基于PLC的机械手控制设计

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　　摘 要：随着时代的进步，科学技术的不断创新，我们的生产和生活已逐步被自动化和智能化所替代，机械手是其代表之一。它作为机器人的关键部位，是参照人手和臂的某些功能性动作而设计成的自动机械装置，可以按照固定的操作程序用来抓取、搬运物件或操作等，从而实现自动生产的目的。本文在PLC技术的基础上，以机械手控制系统的设计和实现为重点进行了详细的介绍。
　　关键词：机械手;PLC;控制系统
　　1 绪论
　　随着科学技术的快速发展，机械手在世界各国得到了广泛使用。机械手主要由驱动机构、控制机构、执行机构、及位置检测机构等部件构成，为了能够灵活自由地全方位抓取空间中的各种物体，机械手需要设计多个自由度，自由度越多，机械手抓取物体越灵活，使用范围越广泛，结构也更加复杂。一般专用机械手可设置2～3个自由度，复杂的可设置6个自由度。对自由度的控制是由控制系统通过控制电机来实现的，通过控制电机的转向及转角来实现对机械手自由度控制的。依靠传感器接收机械手反馈的信息再次传输给机械手，形成一个闭环控制。
　　在生产过程中采用性价比高的可编程序控制器PLC设计其控制系统，可使控制过程更加清晰明确，精确可靠，减少了手动工作量，提高劳动生产力，减轻了劳动者的劳动强度，取得了良好的工作效果，具有重要意义。
　　2 机械手控制系统硬件设计
　　机械手的硬件控制主要依靠步进电机和直流电机来实现，软件控制采用PLC程序来实现。给步进电机加不同的方向信号，可以改变机械手的转向。要启动步进电机必须先给它一个脉冲输入信号，否则电机不能动作。开机时要先给机械手接通电源，按下启动按钮，才能进行下一步工作，通过控制步进电机的正反转实现机械手的上升、下降、前伸、后缩的动作，通过2个继电器之间的断开与吸合来控制机械手气夹和基座的正、反转动的方向。步进电机是一种能将脉冲信号转换成线位移或角位移的一种电机。每输入一个脉冲信号，电动机转动一个角度，可以通过控制输入脉冲的频率来控制电机转速，可以通过改变输入脉冲顺序来控制电机转动方向。改变电机绕组通电的相序，电机就会反转。步进电机输出的角位移与输入的脉冲个数成正比、输出转速与输入脉冲频率成正比。可以通过控制脉冲数量、改变绕组通电相序来及选择合适的脉冲频率来使电机具有不同的转向。直流无刷电机可带动360°的转盘机构回旋，体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
　　3 机械手控制程序软件设计
　　机械手软件设计采用模块化，将它分为手动模式和自动模式。按照机械手动作的要求，设计出它的运行程序，通过控制指令来控制整机械手的运动情况。
　　手动模式动作程序如图2，采用继电器控制配合PLC程序实现，在手动模式下，可以不根据工序要求的顺序工作，根据自己需要控制机械手的动作过程。在该模式下，机械手可实现手臂上升、手臂下降、吸盘吸气、吸盘放气、引拔前进、引拔后退、旋出、旋入等8个动作。与图2程序图中的X17、X16、X14、X15、X22、X23、X20、X21控制按钮相对应。
　　自动模式状态转移图如图3，在系统程序运行之前，要先對其进行初始化，使整个机组处于初始化位置。按下启动按钮，状态变为S20，输出Y3下降信号，机械手手臂下行运动，当手臂下行靠近下极限时下近接开关X4导通，状态变为S21，S20自动变回原来的状态。在S21状态下，输出Y7吸气信号，气缸开始吸气，当吸气到接近开关X8时，状态变为S22，输出Y2上升信号，机械手手臂上行运动……按照图3的顺序，顺时针执行，一直到S29状态，执行完S29状态后，又回到S2状态，构成一个循环。在运行过程中，只要相应的信号有输出，对应的电磁阀线圈就会导通，与其对应的气缸就会发生动作，一直到下一个近接开关导通。
　　4 结论
　　综上所述，机械手设计系统在PLC技术的基础上，能较好地对整个生产过程进行控制，对于整个程序具有保证安全可靠、保障生产进度和提高生产质量的优点，在很大程度上避免了人为风险，保证了生产安全。因此，企业必须对PLC技术下的机械手控制设计系统引起足够的重视，对先进的驱动方式加以引进，结合企业实际情况，设计合理化的机械手软件系统，使生产线程序协调运作，良好的抗干扰性能得以充分发挥，从而提升企业的生产效益。
　　参考文献：
　　[1]常苗苗.三菱PLC控制的机械手系统设计[J].电子制作，2013，08：207.
　　作者简介：谢智英（1979-），女，苗族，贵州思南人，硕士，副高，研究方向：电气控制。
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