一款搬运机械手模型的应用设计.doc
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1、一款搬运机械手模型的应用设计在工业控制领域中,机械手的应用已有很长的历史。早期的机械手是全气动控制,随着电气控制技术的发展,继电器控制系统曾被工控领域广泛使用并占主导地位,机械手的控制也不例外。虽然它具有结构简单、易学易懂、价格便宜的优点,但其控制过程是由硬件接线的方式实现的。如果某一个继电器损坏,甚至仅仅是一对触点接触不良,就可能造成系统瘫痪,而故障的查找和排除又往往是困难的,需要花费很长时间。如果产品更新换代,则需修改整个系统的控制元件及其电路,重新进行复杂的接线。既要增加硬件的购置费用,又延长了施工周期。可见,继电器控制系统存在着可靠性低、适应性差的缺点,给人们在使用上带来很大的不便和遗
2、憾。同样,由继电器控制系统控制的机械手的使用也受到了同样的技术限制。 随着工业生产自动化的不断升级,对设备使用性能,运行可靠性,及自动化程度都提出更高的要求,原先靠继电器控制的机械手设备是无法满足现代工业生产要求的。应用PLC对机械手的控制系统进行改造,以PLC控制系统代替继电器控制系统是机械手控制系统的发展趋势,也是整个自动化领域的发展趋势。由此产生了本设计的设计思路,将研究并设计一个以PLC为核心控制装置的机械手模型,该模型涵盖了PLC技术,位置控制技术以及气动技 术等。 一、系统主要硬件组成 搬运机械手模型装置主体由底盘、主机模块(FP)、运动机械、电气控制及一些电缆电线等部分组成。 搬
3、运机械手模型装置的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成;电气方面有步进电机、交流伺服电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。 其结构原理图如图1所示。 在机械手臂的前端安装由伺服电机驱动可旋转角度=270的气控机械抓手(具有光电传感器); 由两台步进电机驱动两组丝杠组件分别构成该系统运动方向的X轴和Y轴,机械手臂沿X轴做伸缩运动,沿Y轴做升降运动(含x、y轴限位开关); 在Y轴的底部安装可回旋=270的转盘机构,由转盘带动机械手臂做水平方向上的旋转动作(其电气部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成); 型材基体。 2.1PLC的选型 松下FP系列PLC具有体积小
4、,功能强大的特点,它拥有一个中型的PLC的所有功能。高速计数器和脉冲输出功能是FP的一个典型特征。脉冲输出功能实现高达100KHz的梯形加/减速控制,通过FP主机脉冲输出功能和一个普通的步进电机驱动器联合使用,输出脉冲功能可进行位置控制。使用指令F171(SPDH),通过指定初始的速度、最大值速度、加速度/减速时间和目标值,可自动获得脉冲输出,进行梯形的加/减速控制。 使用脉冲输出实现位置控制。脉冲输出能实现四种形式:脉冲/信号输出,CW/CCW输出。使用单通道,最大可达100KHz;使用双通道,最大可达60KHz。 2.2步进电机位置控制系统 本系统中,机械手臂的伸缩和升降都是靠步进电机带动
5、丝杠组件来完成的,步进电机旋转所需要的脉冲是由PLC输出的,PLC要和步进电机配合实现运动控制,还要在PLC内部进行一系列的设定,或者是编制一定的程序设计。不同的PLC类型所要编制的程序不同,控制字也有不同,参考说明书就可以知道这种差异。另外,步进电机控制是要用高速脉冲控制的,所以PLC必须是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式,不可以使用继电器输出形式的PLC来控制步进电机。 在生产应用中为了实现生产机械的位置控制,步进电机和生产机械的连接有很多种,常见的一种是步进电机和滚珠丝杆的连接,将步进电机的旋转运动转变成工作台面的直线运动。 在这种应用中,关系运动直接后果的参数有以下几个: N:PLC发
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