四軸聯(lián)動簡易機械手的各個動作和 狀態(tài)都由plc控制，不僅能滿足機械手的手動、半自動 、自動等操作方式所需的大量按扭、開關、位置檢測點的要求，更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。使四軸聯(lián)動簡易機械手能方便地嵌入到工業(yè)生產(chǎn)流水線中。

一 四軸聯(lián)動簡易機械手的結構及動作過程

機械手結構，有氣控機械手(1)、XY軸絲杠組(2)、轉盤機構(3)、旋轉基座(4)等組成。

其運動控制方式為：(1)由伺服 電機驅動可旋轉角度為360°的氣控機械手(有光電傳感器確定起始0點);(2)由步進電機驅動絲杠組件使機械手沿X、Y軸移動(有x、y軸限位開關); (3)可回旋360°的轉盤機構能帶動機械手

及絲杠組自由旋轉(其電氣拖動部分由直流電動機、光電編碼器、接近開關等組成);(4)旋轉基座主 要支撐以上3部分;(5)氣控機械手的張合由氣壓控制(充氣時機械手抓緊，放氣時機械手松開)。

其工作過程為：當貨物到達時，機械手系統(tǒng)開始 動作;步進電機控制開始向下運動，同時另一路步進電機控制橫軸開始向前運動;伺服電機驅動機械手旋轉到達正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機械手夾住貨物。

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;轉盤直流電機轉動使機械手整體運動，轉到貨物接收處;步進電機再次驅動縱軸下 降，到達指定位置后，氣閥放氣，機械手松開貨物;系統(tǒng)回位準備下一次動作。?

二 控制器件選型

為達 到精確控制的目的，根據(jù)市場情況，對各種關鍵器件選型如下：

1. 步進電機及其驅動器

機械手縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)選用的是 北京四通電機技術有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進電機，步距角為0.9°/1.8°，電流1.5A。M1是橫軸電機，帶動機械手機構伸、縮;M2是縱軸電機，帶動機械手機構上升、下降。所選用的步進電機驅動器是SH-20403型，該驅動器采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅動，最大3A的8種輸出電流可選，最大64細分的7種細分模式可選，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。驅動器內(nèi)部的開關電源設計，保證了驅動器可適應較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來 說較高的額定電源電壓有利于提高電機的高速力矩，但卻會加大驅動器的損耗和溫升。本驅動器最大輸出電流值為3A/相(峰值)，通過驅動器面板上六位撥碼開關的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)，對應8種輸出電流，從0.9A到3A以配合不同的電機使用。本驅動器可提供整步、改善半步、4細分、8細分、16 細分、32細分和64細分7種運行模式，利用驅動器面板上六位撥碼開關的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。

2. 伺服電機及其驅動器

機械手的旋轉動作采用松下伺服電機A系列小慣量 MSMA5AZA1G，其額定輸出50W、100/200V共用，旋轉編碼器規(guī)格為增量式(脈沖數(shù)2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11 線);有油封，無制動器，軸采用鍵槽連接。該電機采用松下公司獨特算法，使速度頻率響應提高2倍，達到500Hz ;定位超調(diào)整定時間縮短為以往松下伺服電機產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能，可彌補機械的剛性不足，從而實現(xiàn)高速定位，也可通過外接高精度的光柵尺，構成全閉環(huán)控制，進一步提高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動增益調(diào)整和實時自動增益調(diào)整兩種自動增益調(diào)整方式，還配有RS-485、 RS-232C 通信口，使上位控制器可同時控制多達16個軸。伺服電機驅動器為A系列MSDA5A3A1A，適用于小慣量電動機。

3. 直流電機

可回旋360°的轉盤機構有直流無刷電機帶動，系統(tǒng)選用的是北京和時利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無刷直流電機，其調(diào)速范圍寬、 低速力矩大、運行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無刷直流電機驅動器使用北京和時利公司生產(chǎn)的BL-0408驅動器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉向控制、過流、過壓及堵轉保護，且有故障報警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動快速停機等特點。

4. 旋轉編碼器

在可回旋360°的轉盤機 構上，安裝有OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉編碼器，

5. PLC的選型

根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選用OMRON公司生產(chǎn)的 CPM2A小型機。CPM2A在一個小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設定和時鐘功能等。CPM2A的CPU單 元又是一個獨立單元，能處理廣泛的機械控制應用問題，所以它是在設備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。完整的通信功能保證了與個人計算機、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸聯(lián)動簡易機械手能方便的融合到工業(yè)控制系統(tǒng)中。

三 軟件編程

軟件流程圖：流程圖是PLC程序設計的基礎。只有設計出流程圖，才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表，最終完成程序的設計。所以寫出流程圖非常關鍵也是程序設計首先要做的任務。

四 結束語

四軸聯(lián)動簡易機械手的各個動作和 狀態(tài)都由PLC控制，不僅能滿足機械手的手動、半自動 、自動等操作方式所需的大量按扭、開關、位置檢測點的要求，更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。使四軸聯(lián)動簡易機 械手能方便地嵌入到工業(yè)生產(chǎn)流水線中。

編輯：黃飛

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