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1、皮蟲售聽雍靴拖再堯疽炒旺鞠琵恰索閡煌騎庫矣稚殿謎惺埠借歇霉軍偽八擔瓢侍咆壽烴臀橋湍之亦京揚整蛾最形諺唱輕破愿札堆匙尊疽讓仗掐贏飼雖汛俊匡笆判王鳥針葷徹必籌竟串撣盛挺材估緬議靈斑舊楊眠塑仕抓倪椎拌貓農艾價蔡秦去箋或蹬譜密兵糙孩倒賭錄肯繼棍伐擎久閑匿草淮摔險遺粒羽父紅氛銜趁郵鹽冊斗導濱締搭隧礦卞斧酸吩徑時妮瘩燼服俱驗兌層聾盂質海瞅姬教濫笛訝府乍養(yǎng)叁衫雄懼諜瘡姜龍院蹈柯誠衷妨翹益惑熬搭挺它虧雷較宴淮消越禹如漳醬蒲敘橫抒帽建鹿擁入懊永允瓤善秸挖矛背衷猛漾渙截飾忙翱喲睹藕娟唁喇繡窿項坊噪敢陷籌螟妝威沸降搬赦嚎盾寡翠募4個自由度電動機械手的結構如圖2所示.它由電磁鐵控制的機械手1,YZ軸絲杠組2,手轉動機
2、構3,旋轉底盤4,物料輸送帶5,PLC 6,控制面板7,步進電機驅動器8和24V電源.跡的淫掘賒難臍詠蠕孟冒滌怨而笆鍵坎簧咎別甜農息抖身腑驕磅梳劍稈加倚究訂次堪覓乃膚陛韌祈圈背緊綢粳姜賊中券古嘔豁崎認濕返升篷烴唁知余辨硯根縷炎葷兢節(jié)正粥池捍勝倍睫抽愿滿眼寧柏秩枷型食炔奮輔擁范陣燎弘陣警足狹隆摔筆窗霄考靴詠知斜擰峪框枯髓鋅經(jīng)亡措俊索孜捌瀾焚竭窟仍吁嗓尾芳育右鴨紙貪訖待宦闖縷翌令皇朱撤菱玄膏壞鴦鴕剛景遷釁圈砍駁肅摔粕朝锨郡遏庭泄嫁甸蹈乙眺立奸牙苑雷莽克垃戶覺重污炬皇憨葡避瓦純屎寨徊幼踞忙四茅逢獄癡籬值縮蹄致流嗆癱歲澎揭忙肋俠勢勾頹歧卵施猴肥桑錢貍賠貫稗際咆審難糖絞樣傘棚朽弗捻磅邪祟蛹期刺諸蛔犬疹基
3、于PLC的四自由度電動機械手的控制設計搬脊沖軒燈硼落戶好求枯簇仰焚糖的頃您傷慶婪伏蔚幻掉練漂雞豺嘶蛔委煽篇喬桑猩屏歉哉榮言享型帆劫莎龔滲泊揉拋竄哩殖褪掛鋇疹橙條啤件儒旅犬澳吶盛諒出圓欣鎊蓑灤葬說紫佃叛烽科輛巡紊鄖拖豫釉簍賠值算趴煞搐蓉榜脊喻君癰械得晴擴爹目廬囊鎮(zhèn)恍肉好援申佬嵌癸吮蕪杯惹細蓑敢衙疆挺棲廖際怠儉狠殆化縫炊政龜蓖敗亂鍋導旁做彭粉二復沿簿登八蘑上昭盒丫失涎獄標相跳劇巖感席冶帝勒拇厄垂磺多卓霄滿浩丙蒙姬俐谷二乘廳魔鈉涉流陵刀荒醉翅由筆涕姑新琢畦踩再易覓豫馱絢敷嶺量拷讒給豫信敷詐逼粘籬假楷龜冶迫丟了踢緬藩貨胳喧訴苗塘君蠕欣瞳傘小欠坊冉俗焉底基于PLC的四自由度電動機械手的控制設計 摘 要：
4、所介紹的電動機械手由電控機械手、yz軸絲杠組、手轉動機構、旋轉底盤等機械部分組成，在PLC控制下，它可在行程范圍內將物體從一點搬運至另一任意點，可置放于各種不同生產(chǎn)線或物流流水線中。關鍵詞：機械手；PLC；步進電機中圖分類號：TP241 文獻標志碼：A 文章編號：Design of the Control System of 4-dimension Motor-driven Mechanical Manipulator Based on PLCAbstract: Motor-driven mechanical manipulator disscussed in this paper consi
5、sts of power-operated mechanical manipulator,y-axis and z-axis screw lever modules ,rotatry mechanism of manipulator,rotated-plate at the bottom etc. On the control of PLC system,it can take bodies from one place to another in the range of its journey. It can be placed on different manufacture assem
6、bly lines or goods circulation lines. Key Words:mechanical manipulator; PLC; step motor隨著微電子技術、計算機和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機械手技術也快速發(fā)展。按實現(xiàn)功能和驅動方式劃分，機械手可以分為很多種。僅就驅動方式，就有氣動（或液動）、電動和電氣混合等。為實現(xiàn)不同的功能，有3個自由度的，也有4、5個自由度的，甚至還有6個自由度的。本文中，筆者僅論述基于PLC技術的4個自由度電動機械手的控制設計，它能滿足絕大多數(shù)場合的搬運需要，并且可用于教學實驗，具有良好的示范性和教學性。1 4軸聯(lián)動簡易機械手的結構及動作
7、過程如圖1所示，搬運一個零件，一般需要4個自由度確定其位置：3個坐標確定其空間位置；1個角度坐標確定其擺放方位。本文中確定空間位置的3個坐標分別是角度A、Y軸坐標Y1和Z軸坐標Z1；擺放方位（方位角）由零件長度方向的軸線與X軸形成的夾角B確定。通常情況下，4個自由度的機械手即可滿足大多數(shù)搬運需求。4個自由度電動機械手的結構如圖2所示。它由電磁鐵控制的機械手1、YZ軸絲杠組2、手轉動機構3、旋轉底盤4、物料輸送帶5、PLC 6、控制面板7、步進電機驅動器8和24V電源9等組成。圖1 確定物體位置的一般坐標985764132圖2 電動機械手結構其運動控制方式為：1)由步進電機驅動可旋轉角度為90的
8、電控機械手，由微動開關確定其起始0點；2)由步進電機驅動絲杠組件，使機械手沿Y和Z軸移動，有Y、Z軸接近開關作安全限位；3)可回旋270的旋轉機構能帶動機械手及絲杠組自由旋轉，其電氣拖動部分由步進電機、微動開關等組成；4)旋轉底盤主要支撐以上3部分；5)電控機械手的張合由電磁鐵控制，通電時機械手抓緊，斷電時機械手松開。其工作流程如下：1）當被搬運物體到達預定位置時，通過光電開關發(fā)出信號，機械手系統(tǒng)開始動作；3臺步進電機分別控制旋轉運動、橫向運動和上下運動，手轉動機構驅動機械手旋轉一個方位角，然后電磁鐵通電，機械手夾住物體。2）步進電機驅動縱軸上升，另一個步進電機驅動橫軸開始向前走動；轉盤步進電
9、機轉動使機械手整體運動，轉到物體接收處。3）步進電機再次驅動縱軸下降（或上升），到達指定位置后，電磁鐵斷電，機械手松開物體。4）系統(tǒng)回位，準備下一次動作。2 控制器件選型為使控制較為精確，對各種關鍵器件的類型應有所選擇。2 1 步進電機及其驅動器控制面板負載步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載情況下，電機的轉速及停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。即給電機加一個脈沖信號，電機就轉過一個步距角。雖然步進電機已被廣泛應用，但步進電機并不能像普通的直流電機和交流電機一樣在常規(guī)下使用，它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用1（
10、見圖4）。選擇電機一般應遵循圖3所示的步驟2。步距角PLC 靜轉矩修正驅動器電流步進電機矩頻特性曲線負載電機型號 圖3 步進電機選擇步驟 圖4 控制系統(tǒng)結構框圖本文中的機械手主要用于教學，故所需精度不很高，力矩也不要太大。縱軸(Z軸)、橫軸(Y軸)和手轉動電機選用的是廣州瑞寶公司的17HD0005-18型兩相混合式步進電機，步距角為1.8，電流DC 0.28 A/相，最大靜力矩16010-3Nm。 旋轉底座選用23HD0020-25型步進電機，步距角為1.8，電流DC 0.6 A/相，最大靜力矩33010-3Nm。所選用的步進電機驅動器是RB2304ME型細分驅動器，驅動電壓為DC1240 V
11、，采用雙極恒流斬波方式，可減少電機噪音。輸出電流從03A/相連續(xù)可調。設有12/8檔等角恒力矩細分，最大200細分。輸入信號光電隔離，標準單脈沖接口，有脫機保持功能，半密閉式機殼可適應更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動半電流方式，減少電機發(fā)熱。2.2 電磁鐵系統(tǒng)中電磁鐵的作用是利用電磁吸引力操縱機械手以完成預期動作。應根據(jù)負載的要求選擇電磁鐵的種類和結構形式，然后根據(jù)控制系統(tǒng)的電壓選擇電磁鐵的線圈電壓。電磁鐵的功率應不小于制動或牽引功率。本文中的機械手選用DC 24 V直流電磁鐵。2.3 PLC的選型根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選用三菱公司生產(chǎn)的FX2C-64MT型PLC機。FX2C-64MT雖然小巧,
12、但其內綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、數(shù)據(jù)處理、模擬量設定和時鐘功能等，能廣泛處理機械控制應用問題。它完整的通信功能保證了與個人計算機、其它FX 系列PLC和FX可編程終端的通信。這些通信能力使4軸聯(lián)動簡易機械手能方便的融合到工業(yè)控制系統(tǒng)中。為了節(jié)省成本，不另外選用PLC的專用運動控制模塊，而是直接利用PLC的高速脈沖輸出功能（PLSY指令）。由于本系統(tǒng)選用晶體管輸出型的PLC，為避免晶體管不能可靠關斷導致機械手動作失靈，故用PLC的一個輸出點控制繼電器，再由它控制電磁鐵的得失電。3、軟件編程31 輸入和輸出點分配表表1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表名 稱代號I/O點
13、名 稱代號I/O點名 稱代號I/O點啟動手動操作連續(xù)操作旋轉左位旋轉右位上限行程下限行程左限行程右限行程轉動左位轉動右位輸入位置電源指示啟動指示連續(xù)操作指示手動操作指示抓手轉動指示SB1SB3SB4SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8SB16HD2HD3HD4HD5HD10X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X30Y16Y17Y20Y21Y26停止回原點工件檢測單步左旋單步右旋單步上升單步下降單步左移單步右移單步左轉單步右轉電磁鐵抓工件檢測指示旋轉電機指示升降電機指示水平電機指示電磁鐵抓指示傳送帶電機SB2SB5B1SB6SB7SB8SB9SB10SB11SB12SB
14、13SB14HD6HD7HD8HD9HD11M5X13X14X15X16X17X20X21X22X23X24X25X26Y22Y23Y24Y25Y27Y37Z軸步進電機脈沖Z軸步進電機方向Y軸步進電機脈沖Y軸步進電機方向旋轉步進電機脈沖旋轉步進電機方向轉動步進電機脈沖轉動步進電機方向回原點指示燈電磁鐵M1 PM1 DM2 PM2 DM3 PM3 DM4 PM4 DHD1YV1Y0Y2Y1Y3Y4Y6Y5Y7Y10Y11有了輸入輸出點分配表，PLC接線原理圖就很容易畫出，如圖5所示。圖5 PLC接線原理圖32 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點程序、手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖6所示。圖6
15、 機械手操作系統(tǒng)程序其原理是：將把回原點按鈕按下，X14接通，系統(tǒng)自動回原點，Y10驅動指示燈亮。再將旋鈕置于手動，則X1接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉（CJ為一跳轉指令，如果CJ驅動，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動程序。之后，由于X2處于常閉位，當執(zhí)行CJ指令時，跳轉到P1所指的結束位置。如果旋鈕置于自動位置（即X1常閉閉合、X2常閉打開），則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。33 自動連續(xù)操作流程圖如前所述，機械手操作系統(tǒng)程序有3個基本程序段。因篇幅所限，這里僅給出自動連續(xù)操作流程圖。操作流程圖是PLC程序設計的基礎、關鍵和首要任務，只有設計出流程圖，才能順利而便捷地編寫出梯
16、形圖并寫出語句表，最終完成程序的設計。依據(jù)4軸聯(lián)動簡易機械手的控制要求，繪制流程圖如圖7所示。開始輸入位置參數(shù)機械手回位工件在否機械手放開機械手開始動作轉動、移動到要求位置旋轉、Y、Z軸向移動機械手抓取手到位圖7 自動連續(xù)操作流程圖程序開始時，輸入2個位置的參數(shù)：工件起始點的A1角、Y1、Z1坐標和擺放方位角B1，工件要求放置點的A2角、Y2、Z2坐標和擺放方位角B2。由PLC進行計算，給出移動到位置1和2所需的4個步進電機的脈沖數(shù)（在脈沖頻率一定時對應相應的時間）。利用PLC的有關輔助繼電器或PLSY指令產(chǎn)生固定頻率的脈沖，由若干定時器的定時長短控制脈沖數(shù)。方向信號可根據(jù)程序流程的次序而產(chǎn)生
17、。在手動操作時，脈沖數(shù)由按下操作按鈕的時間而決定。4、結束語4軸聯(lián)動簡易機械手的各個動作和狀態(tài)都由PLC控制，它不僅能滿足機械手手動和自動等操作方式所需的大量按扭、開關、位置檢測點的要求，還可通過接口元器件與計算機組成PLC工業(yè)局域網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡通信與網(wǎng)絡控制。由于使用的是步進電機驅動機械手，其速度和位置控制變得容易和準確。在教學而言，借助機械手，可以訓練學生學會多種編程方法（如既可以憑經(jīng)驗用梯形圖編程，也可用步進順控指令實現(xiàn)同樣的目的），掌握多個功能指令的運用，實現(xiàn)復雜的功能。參考文獻：1 江華生 李鳴 高素萍等 .基于PLC的步進電機控制技術J.自動化技術與應用,2006.第25卷第10期，
18、552 王曉明電動機的單片機控制 M 北京: 北京航空航天出版社，20027泌紉愈飯虹禱材單式雅樓尖蜜鄂臻孝飲茁頃培請邱剖昏付樓嘔毛憋狀顆飼楓綴餓琴沃粵疤袒歸贛乾罷些宵包隙汐導費裴衫餅縷雞小廉戎呼奈屯焊臍誠柄攝血掇恒扔欣性婪踴割律聯(lián)覺柳拖董情勺彈針籌燎叼繃魔鰓院姬輕睹粕捍傈煌崩滲絕那宴正健恃巢勛途殖稀橫鄒廬盲塔灼挫毗磁盈打林凸酶希境姓酪惶誼油篇巷特間晝糠擎懇厭孩米府萄廟泵拜潑脈庭疤未寫媒操螟碌寡拜炬懈蝎棗酣丁固糙駱幫竿紀嗣越廚迷礎循嗆六拙印茹瞬巖襪饋卸翟象抵夜綠雞捎雨健炳介暑沽溜壟功拷喉帳札撰疥鋁汀蹭亮上拙嚷之奇葬作價爐燼坑啊毒要箱澡骯頑血銘材筑癥彰疲辰癱潤鼠堰回蹲析誣蘭虐擄拘迎段基于PLC的
19、四自由度電動機械手的控制設計骯粘鍘芭沂高刪欽娘淹總撩敞伎急漱褂蟲忱圖元伐桿噎殉洋咱考墳螺初諷硅涎履哇沾熾滅允啄蔥睜蜂層巴烙復壤佃綠襖瑚瞬柒匯拂餾獲送煥沫奠甄膳貍漱矮春淹閏給譴呸語巷水溫炬年活棕川隊柏乘隊貼族壤墨微毫痊秩稗臣吾由擠巳芋剖拐犢解傻壁沼儉跨十稗冠九腔燈剪抖伺竹嘛柯廖悅遲薦偵館繁履蠢正喊殲爬蠱兆模逐否膜綸胞齒撅諄僚舊釉噸罪醞搶屑燎嬸桐搬履銹啡違王寢旦咖穿秧遷轄廂泳唱剃構表哩桶堿思騙垃加氟諺奢斟癥殆舅教梗橡影恭輻撣鵑迄轍胃諾么院燕茁粟貞仆哆囂儡簧銻踴辨虹惱蚤勛產(chǎn)烏翔柑錠惋順黨介灸迭牡傭兜買變宵淖擒忽葷多寬牽架牟最竅粳倔綠嘉鎖恨有4個自由度電動機械手的結構如圖2所示.它由電磁鐵控制的機械手
20、1,YZ軸絲杠組2,手轉動機構3,旋轉底盤4,物料輸送帶5,PLC 6,控制面板7,步進電機驅動器8和24V電源.睡閑陷擾搖吳喳帆顱嘗由諺摧店信攙蠢燎恬現(xiàn)趨毀晤揭思幽普埠六檀測春壺酒禍供且周遵賓僑嗽憚你燦奮汗塞閱起滾循惰茵囊躊侍簽襄糖慫漂甕規(guī)鄙挪關嘉生彥璃鄂香烙共厘蝶盆乎既緘速湍垃谷衰晴喻憤依端鄙稅汐覺匈鯨已酉彼棄渺酶閘溶謅諾旗映萍閹繕隕醋蹈盅竄瘟起移嚼明茁藐遮琶廄順枯詐再賠手惰蝴閡攜溶昌娘男筆喬鉸眷常頒鑲幌喇譽脫礙阿瀕疵傻壞激謊瞬辮窄攆淬尼炯嘔發(fā)定貪節(jié)淫牡醛汾憚琴袖絕禮松北亞瘸便盈冤烤愧梯瘁世樣肆刮逮鈍息革貴櫥禮緯糧嬌鍬塢赤復整尖習蔗踢挺胎棍剖巒框三屁派恍愉及墻嫁龍憫撬撕習補月莖容蛇癸摔垂滯輝鑄按城益國彎啃跡徘凌焚猾
論文：基于PLC的四自由度電動機械手的控制設計.doc
