基于PLC 的三自由度机械手控制系统设计与实现.docxVIP

基于ＰＬＣ的三自由度机械手控制系统设计与实现喻伟闯，罗晓曙，陈赤，杨春慧（广西师范大学电子工程学院广西桂林５４１００４），摘要：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的三自由度机械手控制系统设计方案。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，详细论述三自由度机械手控制系统的硬件结构及软件实现方法，井建立ＭＣＧＳ组态环境界面时系统的运行进行监控。测试结果表明，该系统运行稳定，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组态环境中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—３７３Ｘ（２００９）１１—１５５一０３ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ３——ＤＯＦＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰＬＣＹＵＷｅｉｃｈｕａｎｇ，ＬＵＯＸｉａｏｓｈｕ，ＣＨＥＮＣｈｉ，ＹＡＮＧＣｈｕｎｈｕｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｍｍｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｓｘｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｌｉｎ，５４１００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎＯｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｄｅｓｉｇｎｐｒｏｐｏｓａｌｏｆ３一ＤＯＦｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＬＣｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｐｏｓａｌｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｔｒａｉｎｏｆｔｈｏｕｇｈｔａｂｏｕｔｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒａｐｐｌｉｅｄｔＯｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．Ｗｈｉｌｅｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅ３一ＤＯＦｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ＭＣＧＳｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂ—ｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｅｓｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｂｌｙ，ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ＳＯｉｔｈａｓａｇｏｏｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ；ＰＬＣ３一ＤＯＦ；ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ；ＭＣＧＳｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ０引言和机械式机械手［４］。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机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工点，既节省了行程开关和ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ端口，又达到了简便操作和精确定位的目的。具的机电一体化自动装置［１］。三自由度机械手又称３Ｄ机械儿能够实现三个自由度方向（水平、垂直和旋转）１三自由度机械手的系统结构与运动方式的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点Ｃｚ］。可编程控制器（ＰＬＣ）是一种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。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。在非超载情况下，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［３］。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、定位等控制领域应用得非常广泛。机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式。收稿日期：２００８—１１—１６三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）由伸缩步进电机控制，上下运动（垂直方向）由升降步进电机控制，逆时针和顺时针旋转运动则由底盘直流电机的正反转控制。机械手的夹紧装置采用关节结构，其夹紧与松开用气压驱动，并由电磁阀控制。机械手可以根据设定程序的动作将工件从Ａ处搬运到Ｂ处。ＳＱ。，ＳＱｚ，ＳＱ。，ＳＱ。为水平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。２三自由度机械手控制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［５］。基金项目：广西教育厅科研项目（２００６０８ＭＳｌ３３）?广西研究生教育创新计划项目（２００８１０６０２０８０９Ｍ２６５）１５５万方数据２．２软件设计在选择单步、单周期和连续工作方式前，系统应当处于原点状态。如果不满足这一条件，可以选择回原点工作方式，该工作方式依次执行以下操作：向上运动至上限位Ｘ１一向右运动至右限位Ｘ２一顺时针转动至光接近开