基于PLC的机械手控制系统设计 (1).pdf
第3 0 卷第5 期2 0 0 9 年5 月煤矿机械C o a lM i n eM a c h i n e r yV 0 1 3 0N o 5M a y 2 0 0 9基于P L C 的机械手控制系统设计袁森。肖军。罗卫东(贵州大学机械工程学院，贵阳，5 5 0 0 0 3)摘要：在对两工作台间的工件搬移机械手结构进行分析的基础上，重点介绍了基于P L C 的机械手控制系统的组成，详细叙述了对机械手进行控制软、硬件的实现方法。该系统采用开环点位控制，操作者仅需一次手动操作，即能完成自动程序的点位编程，机械手可以自动完成与手动操作相同的动作，从而实现远程控制、高柔性的工件搬移。关键词：P L C；机械手；点位控制中图分类号：T D 2 7 3 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 3 0 7 9 4(2 0 0 9)0 5 0 1 9 8 0 3M a n i p u l a t o rD o n t r o lS y s t e mD e s i g nB a s e do nP L CY U A NS e n，X I A OJ a n，L U OW e i d o n g(C o l l e g eo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g，G u i z h o uu n i v e r s i t y，G u i y a n g5 5 0 0 0 3，C h i n a)A b s t r a c t：T h ec o m p o s i t i o no ft h em a n i p u l a t o ri Sa n a l y z e d i tm o v e sw o r k p i e c e sb e t w e e nt w ow o r k t a b l e s；i n t r o d u e e st h eP L C b a s e dc o n t r 0 1s y s t e mo ft h em a n i p u l a t o r a n dd e s c r i b e di nd e t a i l，t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g na r er e a l i z e d T h i ss y s t e mu s e so p e n l o o pp o s i t i o n i n gc o n t r 0 1 T h eo p e r a t o r o n l ym a n u a H yo p e r a t e sm e c h a n i c a lh a n dm o v e m e n tf r o mt h ep o i n to fr e f e r e n c ep o i n t st ot h ep u r p o s eo n et i m e，t h em a n i p u l a t o rc a na u t o m a t i c a l l yo p e r a t ei nt h es a m ew a y S ol o n g d i s t a n c ec o n t r o la n df i e x i b l ew o r k p i e c e sm o v i n gh a v eb e e nr e a l i z e d K e yw o r d s：P L C；m a n i p u l a t o r；p o s i t i o n i n gc o n t r o l贵州省科技基金项目(黔科合J 2 0 0 7 1 2 1 8 5)过该功能，可帮助有关人员查询判断设备的报警原因在于误操作还是设备本身造成。2 4W e b 浏览监控界面整个在线监控系统具有对煤矿通风机运行工作状况可视化监控的功能，利用监控室内的监控主机(高档P C 或工控机)，将代表矿用通风机工作状态的各种实时数据和故障变化等以实时显示的方式呈现出来，用户可以看到相应的通风机工作状态信息。如果增加一个W e b 服务器，就可以将风机的运行状况发布到矿局域网络上，这样，风机运行状态及参数以W e b 页面实时显示，供工程师及有关领导随时了解和查看通风机的实时运行状况。监控界面的网页浏览实现是基于J a v a 和A c t i v e X 控件(V C+实现)相结合来实现的。在W e b页面文件嵌入A c t i v e X 控件的格式是：c l a s s i d=c o d e b a s e=A c f i v e X O C X ，这样嵌入A c f i v e X 控件后即可实现监控界面的W e b 实时显示。在下位机和监控主机之间通过s o c k e t 来实现实时数据的传输，s o c k e t 是通过调用V C+的类C s o c k e t 来完成的。如图2，采集到的监控数据经处理后传输到监控系统的数据处理模块。在矿区局域网中，工作人员通过I E 浏览器向W W W 服务器发出页面请求，W W WO 引言目前，机械手已广泛应用于铸造、锻造、冲压、服务器响应之后，到存放监控数据的文件中查询，结果以W e b 页面的形式在I E 浏览器显示出来。图2 监控数据实时W f e b 显示流程图参考文献 1 刘翔煤矿风机工作状态监控软件设计 D 北京：北京交通大学，2 0 0 8 2 刘翔煤矿风机工作状态监控软件的设计 J 工矿自动化，2 0 0 7(6)3 张熠煤矿风机智能远程监控系统的应用研究 J 工矿自动化，2 0 0 8(2)4 林琳煤矿风机智能人员管理和远程监控系统的应用研究 J 煤矿安全，2 0 0 8(2)5】马瑞军煤矿风机监控管理软件系统设计 J 自动化仪表2 0 0 8(1 0)作者简介：王强(1 9 7 2 一)，山东新泰人讲师硬士研究生现从事计算机网络理论-q 应用方面的研究，电话：0 5 3 8 3 0 7 9 0 3 l(办)。电子邮箱：t a w q l 9 7 2 1 6 3 咖。-1 9 8-收稿日期：2 0 0 9 0 2 一1 5 万方数据V 0 1 3 0 N o 5矿井通风机在线监控系统应用研究王强第3 0 卷第5 期切削加工、喷漆和装配等各种工艺过程中。采用机械手方式代替人工的方式，可以大大地减轻工人的劳动强度、减少人力资源的浪费，节省生产成本，提高生产效率，减少因为人工疏忽造成的安全事故。本文介绍的以P L C 为控制核心的机械手，可以实现手动模式下运用关键点位输入及自动模式查表方式的“仿形”动作。该设备可应用于中、小批量生产柔性制造自动化生产线上，实现工件在两工作台间的搬移。1机械手结构与动作整个机械手结构如图l 所示，由机械手躯干及机械手夹持机构组成。其中机械手躯干包括立柱、机座和手臂三部分。本设计中机座为落地固定式机座，伸缩式手臂结构。系统的运行原理：操作者仅需一次手动操作，P L C 即能完成自动程序的点位编程，机械手就可以自动完成与手动操作相同的动作，循环往复。图1 机械手机构图1 机械手夹持机构2 立柱3 机座4 步进电机5 圆柱主动齿轮6 步进电机圆柱从动齿轮7 摇臂8 导向轴9 丝杠滑块l O 丝杠轴1 1 手臂3 硬件设计包括驱动系统、执行系统和控制系统的设计。本设计采用步进电机驱动，以获得机械手的各种运动，步进电机能够达到比较高的重复定位精度。机械手的位移和运动速度，可由电控系统发出脉冲信号数量及脉冲信号频率来控制。机械手的上下、左右直线运动由步进电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠螺母传动实现。机械手的旋转运动由步进电机驱动直齿轮，再由直齿轮啮合传动实现。机械手夹持机构即手爪是用来抓取工件的部件。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作。假定被夹持工件为有凹槽回转体，且自重不超过机械手允许安全负载，结构设计如图2 所示。机械手的夹紧与放松由电磁线圈控制。若线圈得电，手臂端产生磁力矩。当磁力矩大于弹簧被压缩所产生的力矩时，手臂吸合，机械手手爪张开；若线圈失电，手臂端无磁力矩，机械手手爪将在弹图2 机械手手爪结构图1 手爪2 转轴3 压缩弹簧4 电磁铁芯5 电磁线圈6 螺母7 机械手手爪壳体8 定位销9 限位螺钉l O 橡胶防滑垫簧预压缩力所产生的力矩作用下，保持夹紧状态，实现自锁功能，避免因偶然断电导致被抓物掉落。控制系统的设计主要是P L C 输入、输出接线图的设计。按照机械手控制要求，科学地选择控制方案，确定P L C 型号，合理地分配输入、输出点，确定P L C 输入、输出接线图。结构中在极限位置采用行程开关进行超程保护，各极限位置保留了一定工作区域，不作为工作行程。采用F X 2 N 一4 8 M T D 型P L C，具体的输人输出口分配见表1 和表2。3 软件设计该系统利用步进电动机单位脉冲所具有的步进距离不变的特点，对其采用开环点位控制。因此可将整个运动视为折线运动，每一个动作可视为运动程序相同、特征参数各异的点位相对运动。以起点作为参考点，通过脉冲计数得到目的点的位置，手动操作机械手从参考点运动到目的点后，保存目的点位的特征参数，并统一进行列表管理，从而实现手动模式下运用关键点位输入及自动模式查表方式的“仿形”动作。手动程序流程和自动控制程序流程分别如图3和图4 所示j图3 手动程序流程图4 结语以P L C 实现机械手自动控制系统设计，不仅使系统适应工业生产条件，而且P L C 自身具备控制灵一1 9 9 万方数据第3 0 卷第5 期基于P L C 的机械手控制系统设计袁森，等V 0 1 3 0 N o 5活性及可扩展性等优点，使基于P L C 的系统具有很高的性价比，提高了生产效率。表1 方案2 I O 分配输入端一览表输入功能(设备)输入功能(设备)X O O Is X B 4 T J-向位移+X 0 0 2 磐向位秘Y 方向位移+X 0 0 3S B 6 7。1“。”。Y 方向位移一X 0 0 4S B 7 7。14。9X 0 0 5旋转位移+S B 8旋转位移一S B 9机械手夹紧S B l 0机械手放松S B I lX 原点(行程开关L S 0)超程保护(行程开关L S I)y 原点(行程开关L S 2)X O O I 磐向位移+X 0 0 2 磐向位萨Y 方向位移+X 0 0 3S B 6 7。叫阻侈Y 方向位移一X 0 0 4s 爿”X 0 0 5旋转位移+S B 8X 0 0 6替转付穆一S X 0 0 7S 机BJ 械0 手夹紧)(0 l o曼l 毕手放松-搿断X O l z 葬翼笛俯程X 0 1 4X D l 5X O l 6X 0 2 4)【0 2 5)I)2 6超程保护(行程开关L S 3)旋转原点(行程开关1 5 4)超程保护(行程开关L S 5)位置保存S B 3手动回原点单步运动单周期运动全自动运行回原点启动S B 0自动启动S B I停止S B 2 超程保护(行程开关L S 3)，旋转原点(行程开关1 5 4)超程保护(行程开关L S 5)位置保存S B 3手动回原点单步运动单周期运动全自动运行回原点启动S B O自动启动S B!+图4 自动控制程序流程图表2 方案二I O 分配输出端一览表参考文献 1 白传悦装配机械手P I 上控制系统 J】机械制造行业应用。2 0 0 6(5)：1 3 4 1 3 6 2 熊幸明曹才开一种工业机械手的P L C 控制 J 微计算机信息，2 0 0 6(1 1)：1 2 0 1 2 2 3 陈志权基于P I,C 气动机械手的控制系统 J 兵工自动化，2 0 0 8(4)：8 3 8 4作者简介：袁森(1 9 7 4 一)，贵州遵义人，贵州大学机械工程学院教师。研究方向：机械工程，发表论文3 篇。本刊声明收稿日期：2 0 0 8 1 2 1 1煤矿机械杂志连续5 次被认定为中文核心期刊。黑龙江省优秀期刊，列入、文摘杂志)来源期刊。本刊已加入。中国期刊网”、“万方数据网”和。蘑庆维普网”作者稿酬由杂志社一次付清。本杂志社属自负盈亏单位，在本刊发表文章收发表费同时也付给作者稿酬，如有不同意上面所述者，请来函说明，本杂志社将做适当处理。投稿必须通过电子信箱发来，投稿只能用W o r d 排双栏版并请仔细阅读，字数在30 0 0 50 0 0 字为宜。投稿之前请查看m k j x c r l 网址投稿须知，在第一作者简介文末留下联系电话、电子信箱。2 0 0 9 年本刊仍为国际标准A 4 开本，2 2 4 页，定价每册1 5 元，全年1 2 册1 8 0 元，订阅者可到当地邮局订阅，也b T 来函索取征订单，欢迎订阅、投稿。2 0 0 9 年本刊发布广告价格如下(老客户老价格，新客户执行新价格，多登优惠)(元版)：封面(彩色)1 00 0 0封二(彩色)80 0 0插页(彩页)70 0 0 封底(彩色)90 0 0封三(彩色)75 0 0插页(黑白)40 0 0插页(黑白半版)24 0 0内页(黑白)24 0 0内页(半版)】2 0 0舯砌黝凇粉黝|耄嬲黼黼娜|霎黼粉煳勉粉|詈黼籼剐砒籼 万方数据基于PLC的机械手控制系统设计基于PLC的机械手控制系统设计作者：袁森，肖军，罗卫东，YUAN Sen，XIAO Jun，LUO Wei-dong作者单位：贵州大学机械工程学院,贵阳,550003刊名：煤矿机械英文刊名：COAL MINE MACHINERY年，卷(期)：2009,30(5)被引用次数：2次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.陈志权 基于PLC气动机械手的控制系统期刊论文-兵工自动化 2008(04)2.熊幸明;曹才开 一种工业机械手的PLC控制期刊论文-微计算机信息 2006(11)3.白传悦 装配机械手PLC控制系统 2006(05)本文读者也读过(4条)本文读者也读过(4条)1.周庆贵.ZHOU Qing-gui 基于PC和PLC的机械手控制系统设计期刊论文-微计算机信息2008,24(26)2.晁黎明 基于PLC的机械手控制系统设计期刊论文-科技信息2011(1)3.李雪静.杜玉红.LI Xue-jing.DU Yu-hong 小型搬运机械手结构及PLC控制系统的设计期刊论文-装备制造技术2010(3)4.唐立平.马俊峰.TANG Li-ping.MA Jun-feng 基于PLC的四自由度机械手控制系统设计期刊论文-液压气动与密封2007,27(4)引证文献(2条)引证文献(2条)1.李建国 基于PLC的气动机械手的改装设计期刊论文-液压与气动 2011(8)2.马林联 基于S7-300PLC的一种工业机械手控制系统设计期刊论文-工业控制计算机 2011(4)本文链接：http:/
