基于PLC的机械手爪控制系统设计

1、机电研究及设计制造 机电技术2010年第1期 105基于PLC 的机械手爪控制系统设计李坚雄(广州市珠江水泥有限公司,广东 广州 510460摘 要:随着可编程控制器应用技术的不断发展,PLC 的应用范围日益扩大。本文重点分析了基于PLC 的机械手控制系统的组成,并详细叙述了在以PLC 为核心的基础上,对步进电动机进行综合控制的软、硬件的实现方法。关键词:PLC 机械手爪 控制系统中图分类号: TP241 文献标识码:A 文章编号:1672-4801(201001-105-03引言在中、小批量生产柔性制造自动化生产线上,经常需要实现工件在两工作台间的搬移。而机械手由于定位精度高、工作性能稳定、

2、结构灵活多样等特点,获得了广泛的应用。由于采用继电控制的机械手,存在控制装置落后、接线复杂、易受干扰、可靠性差等问题。而基于PLC 的机械手控制系统具有较高的性价比,在自动化生产线上得到较好地应用。本文介绍以PLC 为控制核心的机械手控制系统设计。1 机械手工作流程整个机械手结构由机械手躯干及机械手夹紧机构组成。其中机械手机构即手爪是用来抓取工件的部件。图1为机械手工作流程图。图1 工作流程图机械手采用点位控制,可将整个运动看作折线运动,每一步动作归纳为参数不同的点位之间动作。以起点作为参考点,通过脉动计数,得到目的点的位置。手动操作机械手从参考的到达目的点后,保存目的点的相对特征参数,并对每

3、一步保存的参数进行列表管理。实现手动模式下关键点位输入,自动模式查表“仿形”运动。手动设置好以后就可以按预先设置自动运行。如在手动原点状态下,控制机械手至A 点位(到A 点的路径可制定中间点实现绕行,按下保存,记录该点重要参数。之后控制机械手到B 点位夹取工件,同时记录机械手张开位置及夹紧位置,为简化过程,可在A 点设置机械手张开,B 点设置夹紧。控制机械手移动,同前所述记录关键点位,到D 点放下工件。再用同样的方法到下一工位进行操作。2 硬件设计电气传动使利用电动机直接驱动执行机构,以获得机械手的各种运动。采用步进电机驱动,机械手的位移和运动速度,可由电控系统发出脉冲信号数量及脉冲信号频率来

4、控制。步进电机能够达到比较高的重复定位精度。选择42HS003步进电机。步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成,由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。这里选择的是ST-2HB02X 驱动器。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。电控系统的核心部件是PLC,本系统采用FX2N-48MT-D 型PLC,具体的硬件连接见图2所示。 该方案具有以下优点:(1独立控制,互不干扰;(2程序简单,无需添置编码、解码芯片,及抗干扰设施;(3良好的稳定性。(4预留足够的I/O 点数,大于10%20%。方便了扩展升级。机电技术2010年第1期 机电研究及设计制造 106图2

5、 三菱FX2N-48MT-D PLC 接线图1.三菱FX2N-48MT-D 型PLC;2.ST-2HB02X 型步进电机动驱动器;3.42HS003两相混合式步进电机3 软件设计设备有“自动/手动”二种工作方式,与其对应的有自动控制程序模块和手动控制程序模块。各模块程序分开编写,结构清晰,便于调试和修改。其流程图分别见图3和图4。图3 手动程序流程图 图4 自动控制程序流程图 (下转第109页机电研究及设计制造 机电技术2010年第1期 109为主动件,都存在连杆和从动件共线的位置,也就是三角形都存在,一个是70+90>150,一个是100+70>140。再分析第2种情况。图10

6、双摇杆机构2由图10得出,50+100>70+60得到双摇杆机构。类似并且只有一个死点位置。以上分析所示,共线位置仍存在。由此我们可以得出结论,双摇杆机构存在死点位置。4 结语从以上几种典型机构死点位置的分析得出:机构存在死点位置,必然会出现连杆和从动件共线的位置,也就是存在封闭的三角形,否则将不存在死点位置。参考文献:1孙宝均.械设计基础M.北京:机械工业出版社,2008.2申晓龙.平面连杆机构“死点位置”分析J,湖南工业职业技术学院学报,2005(3. 3邓昭铭,张莹.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,2007.4张宾,李志权,刘虹.曲柄摇杆机构死点的数学分析J,吉林工学院学报,1999(3.作者简介:刘奎武(1980年-,男,助教,研究方向:数控加工。(上接第106页4 结束语以PLC 实现机械手自动控制系统设计,不仅使系统适应工业生产条件,而且PLC 自身具备控制灵活性及可扩展性等优点。使得基于PLC 的系统具有很高的性价比,提高了生产效率。参考文献:1白传悦.装配机械手PLC 控制系统J.机械制造行业应用,2006(5:134-136.2熊幸明,曹才开. 一种工业机械手的PLC 控制J.微计