應(yīng)帥

摘 要：機(jī)械手臂為目前常用的一種先進(jìn)工業(yè)技術(shù)裝置，其在較多的工業(yè)生產(chǎn)制造中應(yīng)用較多。為了實現(xiàn)對機(jī)械手臂按要求進(jìn)行動作控制，本文通過對機(jī)械手臂工作過程特點以及控制要求進(jìn)行分析，利用PLC技術(shù)提出了一種基于PLC的機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計的研究。利用PLC作為電氣控制的核心對整個機(jī)械手臂的控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計，從電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計等方面進(jìn)行介紹，為后續(xù)機(jī)械手臂的控制系統(tǒng)設(shè)計提供了有利的參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂 PLC 控制系統(tǒng) 先進(jìn)工業(yè)技術(shù)裝置

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0081-02

科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展給人們的生活帶來了極大的改善，為人們的生產(chǎn)勞動帶來了重大的變革。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人們生活質(zhì)量的不斷提升，人們對工業(yè)制造的要求也越來越高。近些年，在電氣電子技術(shù)以及機(jī)械技術(shù)飛速發(fā)展的帶動下，工業(yè)制造加快了向自動化、綠色環(huán)?；确较蜣D(zhuǎn)型。機(jī)械手臂是工業(yè)自動控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項新技術(shù)。機(jī)械手臂作為目前常用的一種先進(jìn)工業(yè)技術(shù)裝置，由于具有體積小、綠色環(huán)保無污染、動作靈敏等特點，是當(dāng)下高新技術(shù)發(fā)展的熱點之一，成為了現(xiàn)代工業(yè)制造生產(chǎn)過程中的一個重要成分，深受廣大制造廠家的喜愛[1-2]。目前機(jī)械手臂被廣泛用于貨物裝箱流水線、機(jī)械加工、鍛造、貨物搬運等多種多樣的自動化工業(yè)生產(chǎn)中。通過應(yīng)用機(jī)械手臂不僅可以減輕企業(yè)的生產(chǎn)勞動成本，降低勞動者的工作強(qiáng)度，而且還能有效提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)作業(yè)中的安全保障。尤其是在溫度異常、具有易燃易爆、具有毒害氣體以及放射性物質(zhì)的環(huán)境下，通過機(jī)械手臂來替代人工操作就凸顯出了非凡的意義。本文通過對機(jī)械手臂的特點進(jìn)行分析，采用PLC技術(shù)提出了一種基于PLC的機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計的研究。

1 機(jī)械手臂特點分析

當(dāng)前較多機(jī)械手臂通過較高精度的驅(qū)動控制單元構(gòu)成，采用的是液壓驅(qū)動的方式。機(jī)械手臂主要結(jié)構(gòu)如圖1所示[3-5]。從圖1可見，機(jī)械手臂主要由機(jī)身、水平以及垂直手臂、機(jī)械手等組成。通過直角坐標(biāo)形式可在X、Y兩個自由維度上實現(xiàn)水平手臂的伸縮和抓取、垂直手臂的升降和抓取等動作。機(jī)械手臂在水平和垂直方向上的移動主要依靠橫向移動液壓缸以及縱向移動液壓缸來控制。

從圖1可見，無論機(jī)械手臂是在水平或者垂直方向上動作，機(jī)械臂都擔(dān)任著懸臂梁的作用，當(dāng)機(jī)械手臂伸長幅度較大且機(jī)械手抓有重物時，機(jī)械臂需要承受較大的彎曲力度，此時就要求機(jī)械臂要具備強(qiáng)抗彎性。機(jī)械手臂的自重不能太大，而且機(jī)械手臂上的動力裝置應(yīng)該便于裝卸。另外，由于機(jī)械手臂的抓重太大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)動慣量較大，所需要的力以及力矩也應(yīng)較大，故而采用液壓驅(qū)動較為合適[6-7]。

2 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

為了實現(xiàn)對機(jī)械手臂的動作進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的控制，在此采用PLC作為主控器設(shè)計了控制系統(tǒng)。執(zhí)行單元主要由雙作用單桿氣缸、單作用氣缸以及兩位三通電磁閥進(jìn)行推動缸的控制，在控制系統(tǒng)中還將單向節(jié)流閥加入到了執(zhí)行單元中，以方便執(zhí)行單元動作速度的調(diào)節(jié)。機(jī)械手臂動作流程如圖2所示。

圖2所示機(jī)械手臂的動作流程，可通過執(zhí)行單元里面的行程開關(guān)以及壓力繼電器進(jìn)行目標(biāo)點檢測，然后通過PLC發(fā)出控制信號對相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)向閥進(jìn)行控制，以使得機(jī)械手臂能按照預(yù)定路線動作。

在整個控制系統(tǒng)中PLC作為主控單元發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，PLC的選型至關(guān)重要。本文選取西門子S7-200型PLC作為本文所設(shè)計系統(tǒng)的主控器，該型號的PLC具有通用性廣、處理速度快、穩(wěn)定性高等特點，非常適合用于機(jī)械手臂的控制[8-10]。

整個控制系統(tǒng)工作時，可通過控制面板設(shè)定氣缸初始狀態(tài)與控制要求，S7-200獲取到來自控制面板的輸入信號后，就根據(jù)要求進(jìn)行相應(yīng)的輸出響應(yīng)，從而實現(xiàn)機(jī)械手臂的控制。為了提高控制精度，本文還利用光電編碼器獲取位置信息量，然后將獲取到的位置量電信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過總線反饋給S7-200進(jìn)行處理，S7-200再根據(jù)反饋值以及目標(biāo)位置量對輸出量進(jìn)行調(diào)控，從而通過反饋的方式提高控制精度。

3 結(jié)語

通過給定程序，機(jī)械手臂可按照預(yù)定路線進(jìn)行動作，從而實現(xiàn)模仿人手的功能，用以完成物品的拿取、轉(zhuǎn)移、放置等動作，實現(xiàn)工業(yè)制造中的自動化生產(chǎn)。本文通過對機(jī)械手臂的特點進(jìn)行分析，利用PLC設(shè)計了機(jī)械手臂的電氣控制系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹與分析，為后續(xù)機(jī)械手臂的控制系統(tǒng)設(shè)計提供了有利的參考。

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