【摘要】機(jī)械手是自動(dòng)控制領(lǐng)域中一項(xiàng)重要而且較新的技術(shù)，引入PLC控制技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐結(jié)合的精華。它可以代替人類在各種惡劣的條件下工作，而且它能提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此得到廣泛的應(yīng)用。本文主要研究在PLC控制下機(jī)械手完成上下左右以及抓取等活動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】PLC；機(jī)械手；步進(jìn)電機(jī)

1.引言

機(jī)械手按用途可分為通用機(jī)械手和專用機(jī)械手兩種，本文研究的PLC機(jī)械手屬于通用機(jī)械手，它的控制系統(tǒng)獨(dú)立，可改變程序、動(dòng)作靈活多樣。通過(guò)PLC控制的機(jī)械手具有較大的工作范圍、較高的定位精度和很強(qiáng)的通用性，可在多種嚴(yán)酷條件下工作。

2.PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

對(duì)PLC機(jī)械手的要求是能準(zhǔn)確、快速地搬運(yùn)和拾放物件，這就要求它們具有精度高、反應(yīng)快、承載能力強(qiáng)、工作空間充足和靈活的自由度以及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。

首先，PLC是可編輯控制器的簡(jiǎn)稱，它是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置。它的主要功能有：多種控制功能；數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能；通信聯(lián)網(wǎng)功能；輸入輸出接口調(diào)理功能；人機(jī)界面功能；編程、調(diào)試功能。本文選用PLC作為機(jī)械手的控制系統(tǒng)，是因?yàn)镻LC體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維修容易、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的不同工作要求。機(jī)械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化程序，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件連線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。

其次，選擇步進(jìn)電機(jī)和傳感器?？刂茩C(jī)械手縱軸和橫軸的步進(jìn)電機(jī)選用的是42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，參數(shù)為步距角0.9o～1.8o，電流為1.5A。選用SH-20403型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅(qū)動(dòng)，8種輸出電流可選，最大為3A。輸入信號(hào)光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機(jī)保持功能，有可適應(yīng)惡劣工況環(huán)境的半密閉式機(jī)殼，提供自動(dòng)半電流方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能。它具有較高的電機(jī)高速力矩，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)。本文采用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān)。氣夾和基座采用接近開關(guān)，它有三根接線，藍(lán)色接電源負(fù)極、棕色接電源正極、黑色接輸出。當(dāng)物體與檔塊接近時(shí)，輸出低電平，反之為高電平；機(jī)械手的升降、伸縮采用行程開關(guān)，用來(lái)限制物體位置，而且可以通過(guò)改變行程開關(guān)的位置，來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍，當(dāng)物體碰到行程開關(guān)時(shí)，常開觸點(diǎn)閉合，結(jié)束此次動(dòng)作。

最后，PLC機(jī)械手工作時(shí)，首先檢測(cè)工件的材料特性和結(jié)構(gòu)形狀，定位工件，以及抓取、搬運(yùn)工件時(shí)的尺寸、受力特性和質(zhì)量參數(shù)等，進(jìn)而再確定對(duì)PLC機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求。

3.機(jī)械手工作過(guò)程及工作參數(shù)

PLC機(jī)械手的工作任務(wù)是將X處的工件傳送到Y(jié)處。根據(jù)客觀情況，PLC機(jī)械手的主要工作過(guò)程為：機(jī)械手下降，機(jī)械手抓緊工件，機(jī)械手帶動(dòng)工件上升，機(jī)械手與工件右移，機(jī)械手與工件下降，機(jī)械手放開工件，機(jī)械手上升，機(jī)械手左移。上，下，左，右限位開關(guān)的通斷通過(guò)控制器進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)處理后，輸出當(dāng)前動(dòng)作控制指令，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出，控制機(jī)械手動(dòng)作。這里采用兩位數(shù)碼管顯示出搬運(yùn)工件的數(shù)量。

機(jī)械手的主要參數(shù)有：最大抓取重量：1000g；4個(gè)自由度；圓柱型坐；最大伸縮量：100mm；伸縮速度：40mm/s；最大升降量：150mm；升隆速度：100mm/s；旋轉(zhuǎn)范圍：0o～180o；旋轉(zhuǎn)速度：90o/s；手腕旋轉(zhuǎn)范圍：0o～180o；手腕旋轉(zhuǎn)速度：90o/s；夾持尺寸：10～40mm；定位方式：行程開關(guān)；定位精準(zhǔn)度：±1mm；程序控制方式：PLC點(diǎn)位程序控制。

當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)，壓下上限位開關(guān)和左限位開關(guān)，原點(diǎn)指示燈亮。此時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，下降電磁閥得電，機(jī)械手下降。下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電接通，下降停。然后夾緊電磁閥得電，機(jī)械手夾緊工件。上升電磁閥得電，機(jī)械手上升，上升到頂碰到上限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電接通，上升停，同時(shí)右移電磁閥得電，機(jī)械手右移。最后，右移到位碰到右限位開關(guān)時(shí)，右移，機(jī)械手下降放開工件。

4.系統(tǒng)調(diào)試

由于機(jī)械手常工作在條件、電磁干擾強(qiáng)的環(huán)境，為了保證系統(tǒng)的正常、可靠、安全運(yùn)行，做出如下調(diào)試：接線一般不超過(guò)30m，輸入、輸出線分開，并串聯(lián)二極管防止信號(hào)干擾。在供電回路中引入隔離變壓器、晶體管開關(guān)電源、穩(wěn)壓器等來(lái)進(jìn)行抗干擾。接地采用直接接地方式，避免偶然發(fā)生的電壓沖擊對(duì)設(shè)置的傷害。調(diào)試過(guò)程：首先在電腦上打開STEP-7-Micro/WIN編程軟件，將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察程序有無(wú)錯(cuò)誤，對(duì)存在的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，然后將修改完最終運(yùn)行無(wú)誤后的程序下載到可編程控制儀器中；其次根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和電路圖正確接線，檢查無(wú)誤后通電，按下啟動(dòng)按鈕。

5.總結(jié)

對(duì)于機(jī)械手控制技術(shù)來(lái)說(shuō)，PLC控制技術(shù)是機(jī)械手得到廣泛應(yīng)用的重要原因之一，基于PLC機(jī)械手控制技術(shù)不但大大提高了機(jī)械手自動(dòng)化程度，還減少了大量繼電器的使用和連線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)，使用PLC進(jìn)行控制可方便更改相關(guān)參數(shù)，增強(qiáng)控制功能?；赑LC機(jī)械手控制技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)合型、應(yīng)用型的復(fù)雜技術(shù)，本文研究的機(jī)械手控制系統(tǒng)與專業(yè)的機(jī)械手控制之間還有很大的差距，今后還需要不斷地改進(jìn)和加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

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