基于PLC控制的多軸機械手設(shè)計方案

1、基于PLC控制的多軸機械手設(shè)計方案目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化、高速化、多軸化、輕量化的發(fā)展趨勢。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。國內(nèi)機械手主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。隨著社會生產(chǎn)不斷進步和人們生活節(jié)奏的不斷加快，機械手在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂服務(wù)、軍事以及太空探索等領(lǐng)域都能得到廣泛的運用。可編程序控制器（PL。是工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛最可靠的控制器。本項目通過對機械手的組裝和PLC系統(tǒng)的編程，實現(xiàn)多軸機械手可靠穩(wěn)定的搬運工件。通過本項目的研制，研制人員提高了自主動手能力，掌握機電一體

2、化綜合設(shè)計技能，學(xué)習(xí)和掌握PLC語言的編寫，且借此可以了解學(xué)習(xí)國內(nèi)外機械手的發(fā)展水平。1總體部分如圖1所示，本項目研制的機械手教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)由機械部分和電氣部分組成。圖1PLC多軸機械手總體結(jié)構(gòu)圖1.1機械部分機械手的機械部分總體結(jié)構(gòu)由夾持部分、傳動機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)所組成。（1）夾持部分使用機械夾手與真空吸盤相結(jié)合的結(jié)構(gòu)夾持工件，可根據(jù)被夾持工件的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭和真空吸盤，以適應(yīng)操作。真空吸盤一般用橡膠制造，主要作用是將工件吸合便于搬運，最大限度的保護工件的外觀，還具有易使用、零污染等優(yōu)點；（2）傳動機構(gòu)由XY軸滾珠絲杠副組成，滾珠絲杠副傳遞力矩，完成工件在XY軸方向

3、上的往復(fù)運動，其利用滾珠運動的原理可以具有較高的重復(fù)精度，實現(xiàn)運動的微進給，從而保證更準(zhǔn)確的將運送工件至指定地點；（3）旋轉(zhuǎn)機構(gòu)Z軸由底座和機械手所組成，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)擴大了機械手的動作范圍，提高了機械手在搬運過程中的靈活性。1.2電氣部分PLC控制多軸機械手電氣部分主要由變壓器，步進電機驅(qū)動器，直流電機驅(qū)動器，PLC主機模塊，控制面板等部分組成。（1）變壓器作用是把220V的交流電壓轉(zhuǎn)換為電機與PLC工作的24V直流電壓；（2）X軸Y軸直線運動由步進電機實現(xiàn)，步進電機能夠達到比較高的重復(fù)定位精度。步進電機驅(qū)動器將輸入的電信號（或者脈沖信號）通過模數(shù)處理，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C的步進運動與增量位移，控制機械運動

4、；（3）機械手有兩個旋轉(zhuǎn)動作，分別是抓手軸的正反旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)底盤Z軸的正反旋轉(zhuǎn)，其動作由直流無刷電機帶動，可回旋360°,無刷直流電機的驅(qū)動器采用24V直流供電，有起停及轉(zhuǎn)向控制、過流、過壓及堵轉(zhuǎn)保護等特點；（4）控制面板開關(guān)主要分為自動和手動兩種模式。自動模式下，根據(jù)PLC的編程順序進行各種動作并循環(huán)；手動模式主要是實現(xiàn)點動。且控制面板上采用復(fù)合開關(guān)按鈕，節(jié)約PLC輸入點位；（5）PLC采用了逐步通電、同步斷電的步進式控制設(shè)計，受控對象之間形成互鎖，動作的是否執(zhí)行取決于前一步動作是否完成，若前一步未完成，則后一步無法執(zhí)行。具有編程簡單、維修方便、柔性化強等特點，可在現(xiàn)場修改和調(diào)

5、試程序，可根據(jù)生產(chǎn)要求隨時改變。2控制要求圖2機械手動作示意圖圖2為本機械手教學(xué)實訓(xùn)模型的動作示意圖，其工作路徑是將工件從A點搬運至B點。機械手運行時，機械手首先要返回至設(shè)定的原點位置，之后通過XY軸的滾珠絲杠、底座和腕部的旋轉(zhuǎn)運動至工件所在位置并夾持工件回到原點，然后將工件準(zhǔn)確的運送至指定位置。3控制部分設(shè)計基于控制要求，合理地分配PLC輸入、輸出點位。如表1所示為PLC的輸入輸出各點位的分配。表1I/O分配表先將機械手進行復(fù)位操作。當(dāng)機械手未到原位，此時PLC輸入電平信號跟脈沖信號CP-1給步進電機橫軸驅(qū)動器，連接橫軸的步進電機反轉(zhuǎn)，橫軸往后縮，后縮到位后會碰到后限位開關(guān)SQ3,SQ3啟動

6、之后，主機就輸入電平信號跟脈沖信號CP-2給豎軸驅(qū)動器，豎軸步進電機控制豎軸上升，上升到位后會觸碰到豎軸反限位開關(guān)SQ4,SQ4啟動之后，主機輸入旋轉(zhuǎn)脈沖信號SB-0給直流電機驅(qū)動器3,4,完成機械手的復(fù)位動作即YU21和YU22的動作。復(fù)位操作結(jié)束后，主機輸入脈沖信號CP-1給橫軸驅(qū)動器，步進電機開始正轉(zhuǎn)，橫軸實現(xiàn)進給操作YV2,橫軸進給到位時碰到正限位開關(guān)SQ1,進給完成。機械手收到主機發(fā)送電壓信號，旋轉(zhuǎn)至已定的角度，完成動作YV20,這時氣動電磁閥斷電，機械手張開。主機再同時輸入電平信號跟脈沖信號CP-2給豎軸驅(qū)動器使步進電機開始反轉(zhuǎn)，豎軸下降。當(dāng)豎軸下降至碰到限位開關(guān)時SQ4,下降停止

7、，電磁閥得電機械手夾緊。夾緊后，主機只輸入脈沖信號CP-2給豎軸步進電機驅(qū)動器，步進電機得電正轉(zhuǎn)豎軸上升，碰到限位開關(guān)SQ2后，上升停止，啟動橫軸步進電機驅(qū)動器脈沖CP-1,步進電機得電開始反轉(zhuǎn)，橫軸縮回。碰到限位開關(guān)SQ3后，PLC發(fā)送旋轉(zhuǎn)脈沖信號SB0給底盤，底盤正旋轉(zhuǎn)到位。此時主機再次輸入脈沖信號CP-1給橫軸驅(qū)動器，橫軸第二次向前伸出，碰到限位開關(guān)SQ1后停止。停止后主機輸入電平和脈沖信號CP-2給豎軸驅(qū)動器2使得豎軸電機2反轉(zhuǎn)使豎軸再次下降，下降到位碰到豎軸正限位開關(guān)SQ2停止，此時電磁閥斷電，卡爪和真空吸盤放松，釋放工件，完成整套的工件運送工作。本機械手實訓(xùn)裝置采用的PLC具有高速運算能力和PID調(diào)節(jié)功能，同時可以輸出兩路脈沖控制兩臺電機的優(yōu)點。圖3為控制