楊　鵬, 鐘　飛

(湖北工業(yè)大學機械工程學院， 湖北 武漢 430068)

基于PLC的三軸機器人取件機控制系統(tǒng)設計

楊鵬, 鐘飛

(湖北工業(yè)大學機械工程學院， 湖北 武漢 430068)

[摘要]為降低工業(yè)現(xiàn)場手工拾取物料的勞動強度，提高生產效率，研制一臺基于PLC和觸摸屏的機器人取件機控制裝置。該裝置包括機器人水平組件、機器人垂直組件、機器人機座組件。通過控制各組件的回轉和升降運動，可將物料從一個位置轉移到另一個位置。該裝置控制系統(tǒng)實現(xiàn)了物料拾取的自動化，大大降低了生產成本。

[關鍵詞]可編程邏輯控制器； 觸摸屏； 取件機

在工業(yè)生產中絕大多數物料的拾取工作都是由人工完成的，不僅勞動強度大，生產效率低下，而且易造成人員受傷。為了改變這種狀況，制作出一臺自動化的取件機。該取件機控制系統(tǒng)采用歐姆龍CP1H系列PLC和歐姆龍NB7W觸摸屏進行控制，可以實現(xiàn)系統(tǒng)動作參數的動態(tài)調整以及自動和手動的交互運行。通過試驗表明，該機器人能很好的實現(xiàn)對物料的夾取、移動、放置，且工作性能穩(wěn)定。

1取件機結構設計

圖1、圖2為取件機的系統(tǒng)結構，包括機器人水平組件、垂直組件和機座組件。機器人水平組件與前端輸送物料的設備相銜接，機器人水平組件可繞其軸線方向做回轉運動；機器人垂直組件與機器人水平組件相銜接，可使機器人水平組件沿垂直方向升降運動；機器人機座組件與垂直組件相銜接，可使垂直組件繞垂直軸線方向作回轉運動，通過各組件的回轉和升降運動，可將物料從一個位置轉移到另一個位置。

塊狀物體在拾取過程中，通過機器人水平組件將其夾起。機器人水平組件包括一對設置在氣缸上的夾板1，通過氣缸的伸縮可以使夾板完成夾持的動作，氣缸安裝在抓手架上，且氣缸位置可調節(jié)，可使水平組件夾持不同規(guī)格的物體。固定筒體內裝有伺服電機，可使旋轉臂繞其臂長延伸軸線旋轉[1]。

塊狀物體在拾取過程中，通過機器人垂直組件進行升降動作。機器人垂直組件中的立柱機架內安裝有一個滾珠絲杠和一對導軌，通過固定在大法蘭里與滾珠絲杠相連接的伺服電機，可使固定在滑塊上的滑板沿導軌方向作垂直升降運動。

塊狀物體在拾取過程中，通過機器人機座組件作繞垂直方向的回轉運動，將其從一個位置轉移到另一個位置。機器人機座組件中的固定箱體內套入法蘭軸，法蘭軸與減速機連接，減速機與伺服電機連接，通過伺服電機的動作帶動法蘭軸作繞垂直方向的回轉運動[2]。

1-夾板；2-抓手架；5-固定筒；3-旋轉臂； 4-立柱機架；6-大法蘭；7-固定箱體圖 1　三軸機器人結構

1-滑板；2-減速機；3-伺服電機圖 2　三軸機器人結構的A向視圖

2取件機硬件系統(tǒng)設計

2.1PLC選型

取件機控制系統(tǒng)包括3個伺服電機(圖1、圖2)，經過分析，決定選取歐姆龍公司生產的CP1H-Y20DT-D小型PLC進行控制[3-4]。該PLC包括兩軸1 MHz、兩軸100 kHz的脈沖輸出，含有20點的I/O輸入輸出，其中輸入點為12個，輸出點為8個，并且該款PLC還支持I/O擴展。在綜合考慮本系統(tǒng)所需的I/O點數后，還選用了一個CP1W-8ED的擴展模塊。該模塊為一個8點的DC輸入模塊。

圖 3　系統(tǒng)總體控制框架

2.2伺服電機與伺服驅動器選型

機器人的定位控制選用日本松下A5系列MHMD04ZG1U型交流伺服電機，其對應的伺服驅動器型號為MBDHT2510。選取的伺服電機額定電壓為220 V，額定功率為400 W，額定轉速為3000 r/min，編碼器為20位增量式。松下A5系列交流伺服是松下公司20世紀90年代投入生產的新型數字化伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)自帶小型操作面板，操作簡便，可實現(xiàn)快速精準定位[5-7]。

2.3觸摸屏的選型

該系統(tǒng)選取的觸摸屏型號為NB7W ，其主要性能指標為：128 MB內存 ，17.78 mm ，65536色TFTLCD ，分辨率800×480 ，使用的畫面制作軟件為NB-Designer。

2.4輸入輸出分配表

根據取件機所需完成的動作要求，對可編程控制器進行的I/O點分配(表1)。其中CW0、CCW0、CW1、CCW1的定位脈沖輸出方式為差動線脈沖輸出。差動線輸出的優(yōu)點是：抗干擾能力強，傳輸距離長(10 m)，此兩路脈沖輸出口為CP1H-Y的高速脈沖口，其輸出頻率可高達1 MHz。100.04和100.05的定位方式為脈沖+方向脈沖輸出，此種控制方式的優(yōu)點是只需要一個脈沖輸出口，但是方向控制的脈沖狀態(tài)必須在程序中給予控制，其輸出頻率也可達到100 kHz。

表1　I/O分配

3取件機系統(tǒng)軟件設計

3.1可編程控制器主控程序設計

主控制程序采用歐姆龍公司的編程軟件CX-Programmer進行編寫，流程如圖4所示。

圖 4　系統(tǒng)控制流程

系統(tǒng)程序主要由手動程序與自動程序組成。手動程序主要用于系統(tǒng)的調試、系統(tǒng)故障的處理；自動程序則主要用于工廠的日常生產、循環(huán)運行。系統(tǒng)的初始化包括各標志位的復位、各伺服電機參數的初始值設定、氣缸的復位、各伺服電機的原點返回；手動程序包括各伺服電機的手動參數在觸摸屏上的設定、顯示；自動程序則按照圖4所示的流程圖，編寫循環(huán)程序，可以使系統(tǒng)進行自動往復運行，實現(xiàn)全自動化的取料。

3.2控制系統(tǒng)觸摸屏界面設計

觸摸屏是用戶和設備進行溝通的橋梁，可以方便使用者實時了解設備的運行情況，并實現(xiàn)對設備進行24 h的監(jiān)控[8]。NB7W觸摸屏的畫面設計由NB-Designer軟件完成，其中伺服參數設置如圖5所示。

圖 5　參數設置畫面

4結束語

經系統(tǒng)調試后，基于觸摸屏和PLC控制的三軸機器人取件機運行穩(wěn)定、高效。進入實際生產運行后，提高了工廠的生產效率，降低了工人的勞動強度。

[參考文獻]

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[責任編校： 張眾]

Design of Three-Axis Pickup Robot Control Device Based on PLC Control System

YANG Peng, ZHONG Fei

(SchoolofMechanicalEngin.,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Abstract：In order to reduce the labor intensity of manually material picking up in the industrial field and improve the production efficiency, a control device of pickup robots has been developed based on the PLC and touch screen. The device includes robot horizontal components, robot vertical components, and robot frame components. Materials can be transferred from one place to another by controlling components’ rotation and lifting movements. This device has realized the automation of material picking up and also greatly reduced the cost of production.

Keywords：Programmable Logic Controller (PLC) ; touch screen; pickup machine

[收稿日期]2015-11-07

[作者簡介]楊鵬(1988-)， 男， 湖北天門人，湖北工業(yè)大學碩士研究生，研究方向為自動控制及機械

[文章編號]1003-4684(2016)02-0039-03

[中圖分類號]TP278

[文獻標識碼]：A