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1、基于 PLC 的三自由度机械手掌握系统设计摘要 ：相伴着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动掌握成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们常常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命；因此机械手就在这样产生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一；其中的工业机械手是近代自动掌握领域中显现的一项新技术，它的进展是由于其积极作用正日益为人们所熟悉：它能部分地代替人工操作；能依据生产工艺的要求，遵循肯定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工
2、业生产机械化和自动化的步伐为了提高机械手在工业生产中定位的精度，介绍一种基于PLC 的三自由度机械手掌握系统设计方案；方案中提出了步进电机在机械手定位应用中的一种新思路，具体论述三自由度机械手掌握系统的硬件结构及软件实现方法，并建立MGS 组态环境域面对系统的运行进行监控；测试结果说明，该系统运行稳固，定位精确，具有较高的应用价值；关键词： PLC；三自由度；机械手；步进电机； MCGS 组态环境引 言机械手是一种能模拟人的手臂动作，依据设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置；三自由度机械手又称 3D 机械人，能够实现三个自由度方向 水平、垂直和旋转 的
3、抓取或放置物品，具有操作范畴大，敏捷性好，应用广泛的特点；可编程掌握器 PLC 是一种特地为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子掌握装置；它是以微处理器为核心,综合运算机技术、自动掌握技术和通信技术进展起来的一种通用的自动掌握装置 ,它具有结构简洁、易于编程、性能优越、牢靠性高、敏捷通用和使用便利等一系列特性而广泛用于工业掌握系统；步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环执行元件；在非超载情形下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数目；这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性误差而无累计误差的特点，使其在速度、定位等掌握领域应用得特别广泛；机械手按驱动方式可分为液压式
4、、气动式、电动式和机械式机械手；本文设计的三自由度机械手属于混合式机械手，它综合了电动式和气动式机械手的优点，既节约了行程开关和 PLC 的 I O 端口，又达到了简便操作和精确定位的目的；1 三自由度机械手的系统结构与运动方式三自由度机械手为圆柱坐标型；图 1 为机械手结构示意图，机械手手臂的左右运动 水平方向 由伸缩步进电机掌握，上下运动 垂直方向 由升降步进电机掌握，逆时针和顺时针旋转运动就由底盘直流电机的正反转掌握；机械手的夹紧装置采纳关节结构，其夹紧与松开用气压驱动，并由电磁阀掌握；机械手可以依据设定程序的动作将工件从A 处搬运到 B 处；SQ1， SQ2， SQ5， SQ6 为水平
5、和垂直方向上的限位开关， SQ3，SQ4 为原点位置和终点位置的光接近开关；2 三自由度机械手掌握系统设计三自由度机械手系统设置了手动工作方式和自动工作方式；自动方式又分为自动回原点、单步、单周期、连续四种工作方式；2 1 硬件设计主掌握系统选用三菱 FX2N 系列晶体管输出型 PLC，步进电机驱动器选用SH-20403 型模块；机械手的外部接线图如图2 所示；机械手在最上面、最右边，底盘转至光接近开关X3 处且夹紧装置松开时称系统处于原点状态； X10 为手动掌握按钮，按下该按钮后，可以进行按键开关X20 X27 对应的手动操作； X11 X15 分别为自动方式中的回原点、单步、单周期和连续
6、工作方式按钮，按下其中的某一个按钮，再按起动按钮X0 ，该工作方式的动作就会自动执行；步进电机只有在有脉冲信号 Y0 和方向信号 Y2 或 Y3输入时才会转动， Y6， Y7 挑选将脉冲信号 Y0 送至哪个步进电机； Y5 掌握送气电磁阀，实现夹紧装置的夹紧与松开； Y10，Y11掌握底盘直流电机的正反转；22 软件设计在挑选单步、单周期和连续工作方式前，系统应当处于原点状态；假如不满意这 一条件，可以挑选回原点工作方式，该工作方式依次执行以下操作：向上运动至上 限位 x1向右运动至右限位 X2 顺时针转动至光接近开关 X3 夹紧装置松开；机械手自动工作方式的次序功能图如图3 所示；机械手手臂
7、的运动速度由输入步进电机的脉冲频率掌握，机械手下降及左行的距离由脉冲数掌握，脉冲频率和脉冲 数可以依据工业现场的实际情形在程序中设定，具有可重复操作性；本系统采纳的是 PLC 梯形图次序编程的方法；其中以PLSY 脉冲输出指令输出脉冲，用 MOV 指令设定脉冲个数，指定脉冲输出完后，指令执行完成标志M8029置 1；由于 PLSY 指令只能使用一次，而系统中两个步进电机均需要脉冲输入，设计中采纳两个外部继电器解决了该问题；将Y0 输出的脉冲同时接至两个继电器动触点，两继电器的常开触点分别与两块步进电机驱动器的脉冲输入端相连， Y6， Y7 接到两继电器的掌握端，这样就可以通过Y6，Y7 来掌握
8、步进电机的脉冲输入；3 系统的 MCGS 组态环境MCGS 是为工业过程掌握和实时监测领域服务的通用运算机系统软件，具有功能完善，操作简便，可视性好，可保护性强的突出特点；图4 为三自由度机械手系统工作时的 MCGS 组态环境域面，它包括主界面、手动工作方式界面和自动工作方式界面；4 结 语经调试，步进电机的运转无抖动和失步现象发生，机械手系统处于良好的运行状态；三自由度机械手系统实现的只是三个自由度方向上的运动，依据工业生产的实际需要，可以对其进一步改进，在夹紧装置肘部添加腕回转掌握装置，就能使之成为四自由度机械手掌握系统；在条件答应的情形下，也可以采纳触摸屏代替MCGS组态环境对机械手系统进行掌握，这样占用空间小，人机交互界面直观，操作更便利；