本站原创【摘 要】机械手是自动控制领域中一项重要而且较新的技术,引入PLC控制技术,是现代控制理论与工业生产自动化实践结合的精华.它可以代替人类在各种恶劣的条件下工作,而且它能提高生产过程的自动化程度,提高产品质量和生产效率,因此得到广泛的应用.本文主要研究在PLC控制下机械手完成上下左右以及抓取等活动.
【关 键 词】PLC；机械手；步进电机
1.引言
机械手按用途可分为通用机械手和专用机械手两种,本文研究的PLC机械手属于通用机械手,它的控制系统独立,可改变程序、动作灵活多样.通过PLC控制的机械手具有较大的工作范围、较高的定位精度和很强的通用性,可在多种严酷条件下工作.
2.PLC机械手控制系统设计方案
对PLC机械手的要求是能准确、快速地搬运和拾放物件,这就要求它们具有精度高、反应快、承载能力强、工作空间充足和灵活的自由度以及在任意位置都能自动定位等特性.
首先,PLC是可编辑控制器的简称,它是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置.它的主要功能有：多种控制功能；数据采集、存储与处理功能；通信联网功能；输入输出接口调理功能；人机界面功能；编程、调试功能.本文选用PLC作为机械手的控制系统,是因为PLC体积小、重量轻、控制方式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易、易于扩展等特点,可以根据现场要求实现机械手的不同工作要求.机械手采用PLC控制技术,可以大大提高该系统的自动化程序,减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件连线,提高了控制系统的可靠性.同时,PLC控制系统可方便地更改生产流程,增强控制功能.
其次,选择步进电机和传感器.控制机械手纵轴和横轴的步进电机选用的是42BYG250C型两相混合式步进电机,参数为步距角0.9o～1.8o,电流为1.5A.选用SH-20403型步进电机驱动器,它采用10～40V直流供电,H桥双极恒相电流驱动,8种输出电流可选,最大为3A.输入信号光电隔离,标准单脉冲接口,有脱机保持功能,有可适应恶劣工况环境的半密闭式机壳,提供自动半电流方式,实现节能功能.它具有较高的电机高速力矩,并通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态.本文采用的传感器有接近开关和行程开关.气夹和基座采用接近开关,它有三根接线,蓝色接电源负极、棕色接电源正极、黑色接输出.当物体与档块接近时,输出低电平,反之为高电平；机械手的升降、伸缩采用行程开关,用来限制物体位置,而且可以通过改变行程开关的位置,来调节机械手的运动范围,当物体碰到行程开关时,常开触点闭合,结束此次动作.
最后,PLC机械手工作时,首先检测工件的材料特性和结构形状,定位工件,以及抓取、搬运工件时的尺寸、受力特性和质量参数等,进而再确定对PLC机械手的结构及运行控制的要求.
3.机械手工作过程及工作参数
PLC机械手的工作任务是将X处的工件传送到Y处.根据客观情况,PLC机械手的主要工作过程为：机械手下降,机械手抓紧工件,机械手带动工件上升,机械手与工件右移,机械手与工件下降,机械手放开工件,机械手上升,机械手左移.上,下,左,右限位开关的通断通过控制器进行检测,经过处理后,输出当前动作控制指令,再通过驱动系统输出,控制机械手动作.这里采用两位数码管显示出搬运工件的数量.
机械手的主要参数有：最大抓取重量：1000g；4个自由度；圆柱型坐；最大伸缩量：100mm；伸缩速度：40mm/s；最大升降量：150mm；升隆速度：100mm/s；旋转范围：0o～180o；旋转速度：90o/s；手腕旋转范围：0o～180o；手腕旋转速度：90o/s；夹持尺寸：10～40mm；定位方式：行程开关；定位精准度：±1mm；程序控制方式：PLC点位程序控制.
当机械手处于原点时,压下上限位开关和左限位开关,原点指示灯亮.此时,按下起动按钮,下降电磁阀得电,机械手下降.下降到底碰到下限位开关时,输入继电接通,下降停.然后夹紧电磁阀得电,机械手夹紧工件.上升电磁阀得电,机械手上升,上升到顶碰到上限位开关时,输入继电接通,上升停,同时右移电磁阀得电,机械手右移.最后,右移到位碰到右限位开关时,右移,机械手下降放开工件.
4.系统调试
由于机械手常工作在条件、电磁干扰强的环境,为了保证系统的正常、可靠、安全运行,做出如下调试：接线一般不超过30m,输入、输出线分开,并串联二极管防止信号干扰.在供电回路中引入隔离变压器、晶体管开关电源、稳压器等来进行抗干扰.接地采用直接接地方式,避免偶然发生的电压冲击对设置的伤害.调试过程：首先在电脑上打开STEP-7-Micro/WIN编程软件,将编辑的梯形图写入软件中,然后点击运行,观察程序有无错误,对存在的错误进行修改,然后将修改完最终运行无误后的程序下载到可编程控制仪器中；其次根据设计的要求和电路图正确接线,检查无误后通电,按下启动按钮.
5.总结
对于机械手控制技术来说,PLC控制技术是机械手得到广泛应用的重要原因之一,基于PLC机械手控制技术不但大大提高了机械手自动化程度,还减少了大量继电器的使用和连线,提高了控制系统的可靠性,同时,使用PLC进行控制可方便更改相关参数,增强控制功能.基于PLC机械手控制技术是一项复合型、应用型的复杂技术,本文研究的机械手控制系统与专业的机械手控制之间还有很大的差距,今后还需要不断地改进和加强.