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基于PLC的四自由度电动机械手的控制设计 摘 要：所介绍的电动机械手由电控机械手、yz轴丝杠组、手转动机构、旋转底盘等机械部分组成，在PLC控制下，它可在行程范围内将物体从一点搬运至另一任意点，可置放于各种不同生产线或物流流水线中。 关键词：机械手；PLC；步进电机 中图分类号：TP241 文献标志码：A 文章编号： Design of the Control System of 4-dimension Motor-driven Mechanical Manipulator Based on PLC Abstract: Motor-driven mechanical manipulator disscussed in this paper consists of power-operated mechanical manipulator,y-axis and z-axis screw lever modules ,rotatry mechanism of manipulator,rotated-plate at the bottom etc. On the control of PLC system,it can take bodies from one place to another in the range of its journey. It can be placed on different manufacture assembly lines or goods circulation lines. Key Words:mechanical manipulator; PLC; step motor 随着微电子技术、计算机和现代控制理论的不断完善，机械手技术也快速发展。按实现功能和驱动方式划分，机械手可以分为很多种。仅就驱动方式，就有气动（或液动）、电动和电气混合等。为实现不同的功能，有3个自由度的，也有4、5个自由度的，甚至还有6个自由度的。本文中，笔者仅论述基于PLC技术的4个自由度电动机械手的控制设计，它能满足绝大多数场合的搬运需要，并且可用于教学实验，具有良好的示范性和教学性。 1 4轴联动简易机械手的结构及动作过程 如图1所示，搬运一个零件，一般需要4个自由度确定其位置：3个坐标确定其空间位置；1个角度坐标确定其摆放方位。本文中确定空间位置的3个坐标分别是角度A、Y轴坐标Y1和Z轴坐标Z1；摆放方位（方位角）由零件长度方向的轴线与X轴形成的夹角B确定。通常情况下，4个自由度的机械手即可满足大多数搬运需求。 4个自由度电动机械手的结构如图2所示。它由电磁铁控制的机械手1、YZ轴丝杠组2、手转动机构3、旋转底盘4、物料输送带5、PLC 6、控制面板7、步进电机驱动器8和24V电源9等组成。 　 图1 确定物体位置的一般坐标 985764132 9 8 5 7 6 4 1 3 2 图2 电动机械手结构 其运动控制方式为：1)由步进电机驱动可旋转角度为90°的电控机械手，由微动开关确定其起始0点；2)由步进电机驱动丝杠组件，使机械手沿Y和Z轴移动，有Y、Z轴接近开关作安全限位；3)可回旋270°的旋转机构能带动机械手及丝杠组自由旋转，其电气拖动部分由步进电机、微动开关等组成；4)旋转底盘主要支撑以上3部分；5)电控机械手的张合由电磁铁控制，通电时机械手抓紧，断电时机械手松开。 　　其工作流程如下：1）当被搬运物体到达预定位置时，通过光电开关发出信号，机械手系统开始动作；3台步进电机分别控制旋转运动、横向运动和上下运动，手转动机构驱动机械手旋转一个方位角，然后电磁铁通电，机械手夹住物体。2）步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走动；转盘步进电机转动使机械手整体运动，转到物体接收处。3）步进电机再次驱动纵轴下降（或上升），到达指定位置后，电磁铁断电，机械手松开物体。4）系统回位，准备下一次动作。 2 控制器件选型 为使控制较为精确，对各种关键器件的类型应有所选择。 1 步进电机及其驱动器 控制面板负载步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的转速及停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。即给电机加一个脉冲信号，电机就转过一个步距角。虽然步进电机已被广泛应用，但步进电机并不能像普通的直流电机和交流电机一样在常规下使用，它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用[1]（见图4）。选择电机一般应遵循图3所示的步骤[2]。 控制面板 负载 步距角 步距角 PLC PLC 静转矩修正驱动器 静转矩 修正 驱动器