机械臂PLC控制器的研究

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1、机械臂PLC控制器的研究机械臂PLC控制器的研究绪论机械臂作为工业机器人是最典型的机电控制系统实例之一，几乎具有机电一体化系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。PLC作为一种工业控制计算机，具有模块化结构，配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，是目前广泛应用的控制装置之一。彩色玻壳的生产线上有不同类型的机械臂，其中在移栽和码垛上应用最多。本设计针对两点之间移栽机械臂的PLC控制，机械臂的两个运动轴分别用一个直流伺服电机驱动；根据抓取对

2、象为玻璃品，手爪采用真空式吸盘，由气动驱动电磁阀控制。机械臂的任务是要完成上升/下降、左行/右行、吸取/松开的动作，为满足不同的需求，其操作分手动单步操作和自动操作，自动操作又分单周期操作和连续操作。这是利用限位开关定位的控制，本文还研究了有恒定速度段的点到点运动的轨迹规划，及可寻迹运动的机械臂的PLC控制方法，可作为以后扩展功能使用。第一章工业机器人机械臂的概述工业机器人作为最典型的机电控制系统实例之一，几乎具有机电一体化系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。工业机器人系统由三大部分

3、六个子系统组成。三大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人－环境交互系统、人机交互系统、控制系统。机械臂作为工业机器人的一种形式，是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械臂53机械臂PLC控制器的研究可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。随着机器人技术的发展，机械臂在各行各业中得到了广泛的应用。近年来，为实现生产过程自动化，已有不少操作机械臂广泛应用于工厂的各个生产过程，尤其是那些人力所限和人所不及的外部环境或危险场所，将是机械臂进一步发展的应用领域。第一节机械臂的基本结构机

4、械臂的机械形式多种多样，典型机械臂的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。机械臂的坐标形式有:直角坐标式、圆柱坐标式、球面坐标式（极坐标式）、关节坐标式。如图1所示。一直角坐标式机械臂直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机械臂的优点：结构简单，容易编程，负载范围大,采用直线滚动导轨后速度高、定位精度高，在X、Y和Z三个坐标方向上的运动没有耦合作用，对控制系统的设计相对容易些。但是由于直角坐标式机械臂必须采用导轨,结构尺寸大但有效工作范围小,移动部件的惯量比较大

5、,增加了驱动装置的尺寸和能量消耗.二圆柱坐标式机械臂圆柱坐标机械臂的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。圆柱坐标机械臂主体结构的三个自由度：腰转，升降，手臂伸缩。其优点是除了简单的抓－放作业外还可以用在许多其他领域，增加了其通用性。另外结构紧凑，在垂直和径向方向有两个往复运动，可以采用伸缩套筒式结构，在很大程度上减少了转动惯量，改善了动力学负荷。但圆柱式坐标机械臂的手臂不能抵达底部，减少了机器人的工作范围。主要用于重物的搬运、装卸等。三球面坐标机械臂53机械臂PLC控制器的研究球面坐标（极坐标

6、）机械臂具有较大的工作范围，主体结构有三个自由度：绕垂直轴线，绕水平轴线，手臂伸缩。其实际工作范围的形状是不完全的球缺，故设计和控制系统比较复杂。其特点是结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人，但仍大于多关节型机器人。四关节式机械臂关节式机械臂由多个旋转和摆动机构组合而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作，对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有铅垂方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。关节坐标式机械臂的机构紧凑，工作

7、范围大而安装占地面积小，具有很高的可达性，其手部可以进入一个封闭的空间进行作业，而直角坐标机器人就不能进行此类作业；因为没有移动关节，不需要导轨，惯量小，可靠性高；所需关节驱动力矩小，能耗小。但是其肘关节和肩关节轴线是平行的，当大小臂舒展成一直线时虽能抵达很远的工作点，但其刚性低；机器人手部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。53机械臂PLC控制器的研究图1机械臂的基本结构形式第二节机械臂的运动控制方式一控制方式工业机械臂控制结构的选择，是由机械臂所执行的任务决定的，对不同类型的机器人采用不同的控制综合方法。按照运动控制对象的不同，将机械臂控制分为位置

8、控制、速度控制、力控制（包括位置/力混