基于PLC控制的多轴机械手研制-论文.pdf

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1、第26卷第1期宁波工程学院学报V01．26No．12014年3月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITYOFTECHNOL0GYMar．2014DOI：10．3969／j．issn．1008-7109．2014．01．014基于PLC控制的多轴机械手研制丁张坚，郑祥明，胡杰，汪启厚，庄卢阳，陈耀盛(宁波工程学院，浙江宁波315211)摘要：本项目研制多轴机械手实训设备，该机械手采用PLC控制，通过编制程序控制器程序，对直流电机和步进电机、电磁阀、行程开关、气动元件进行复杂的开关量控制，从而实现机械手对物体进行抓取、移、放．完成整套工件运送工作。关键词：PLC；机械手

2、；真空吸盘中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1008—7109(2014)01—0069—04目前世界高端工业机械手均有高精化、高速化、多轴化、轻量化的发展趋势。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，以减轻劳动强度，改善作业条件。随着社会生产不断进步和人们生活节奏的不断加快，机械手在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能得到广泛的运用。可编程序控制器(PLC)是工业控制中应用最广泛最可靠的控制器【】1。本项目通过对机械手的组装和PLC系统的

3、编程，实现多轴机械手可靠稳定的搬运工件。通过本项目的研制，研制人员提高了自主动手能力，掌握机电一体化综合设计技能，学习和掌握PLC语言的编写，且借此可以了解学习国内外机械手的发展水平。1总体部分如图1所示，本项目研制的机械手教学实训设备的总体结构由机械部分和电气部分组成。1旋转底盘Z轴2旋转编码器3卡抓+真空吸盘4直流电机5X、Y轴丝杠组6步进电机7气动电磁换向阀图1PLC多轴机械手总体结构图收稿日期：2013—09—09作者简介：丁张坚，男，宁波工程学院机械学院机电专业2010级学生；指导教师：郑祥明，男，宁波工程学院机械学院副教授。基金项目：浙江省2011年度高校实验室工

4、作研究立项项目《机械基础系列实验教学体系改进与创新》的研究成果(项目编号：Y201106)。70宁波工程学院学报2014年第1期1．1机械部分机械手的机械部分总体结构由夹持部分、传动机构和旋转机构所组成。(1)夹持部分使用机械夹手与真空吸盘相结合的结构夹持工件，可根据被夹持工件的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头和真空吸盘，以适应操作。真空吸盘一般用橡胶制造，主要作用是将工件吸合便于搬运，最大限度的保护工件的外观，还具有易使用、零污染等优点；(2)传动机构由XY轴滚珠丝杠副组成，滚珠丝杠副传递力矩，完成工件在XY轴方向上的往复运动，其利用滚珠运动的原理可以具有较高的重复精度，

5、实现运动的微进给，从而保证更准确的将运送工件至指定地点[21；(3)旋转机构z轴由底座和机械手所组成，旋转机构扩大了机械手的动作范围．提高了机械手在搬运过程中的灵活性。1．2电气部分PLC控制多轴机械手电气部分主要由变压器，步进电机驱动器，直流电机驱动器，PLC主机模块，控制面板等部分组成l3l。(1)变压器作用是把220V的交流电压转换为电机与PLC工作的24V直流电压；(2)X轴Y轴直线运动由步进电机实现，步进电机能够达到比较高的重复定位精度。步进电机驱动器将输入的电信号(或者脉冲信号)通过模数处理，转变为电机的步进运动与增量位移，控制机械运动：(3)机械手有两个旋转动作

6、，分别是抓手轴的正反旋转和旋转底盘Z轴的正反旋转，其动作由直流无刷电机带动，可回旋360。，无刷直流电机的驱动器采用24V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护等特点；(4)控制面板开关主要分为自动和手动两种模式。自动模式下，根据PLC的编程顺序进行各种动作并循环；手动模式主要是实现点动。且控制面板上采用复合开关按钮，节约PLC输入点位：(5)PLC采用了逐步通电、同步断电的步进式控制设计，受控对象之间形成互锁，动作的是否执行取决于前一步动作是否完成，若前一步未完成，则后一步无法执行。具有编程简单、维修方便、柔性化强等特点，可在现场修改和调试程序，可根据生产要求随时

7、改变[41。2控制要求1机械手2XY轴滚珠丝杠副3转盘机构4旋转底盘逆图2机械手动作示意图图2为本机械手教学实训模型的动作示意图，其工作路径是将工件从A点搬运至B点。机械手运行时，机械手首先要返回至设定的原点位置，之后通过XY轴的滚珠丝杠、底座和腕部的旋转运动至工件所在位置并夹持工件回到原点，然后将工件准确的运送至指定位置。3控制部分设计基于控制要求，合理地分配PLC输入、输出点位。如表1所示为PLC的输入输出各点位的分配。丁张坚郑祥明胡杰汪启厚庄卢阳陈耀盛：基于SQLSERVER的SQL自动练习系统的