基于PLC的五自由度搬运机械手控制系统设计与建立.docx

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1、基于PLC的五自由度搬运机械手控制系统设计与建立 摘 要 机械手是一种能自动进行定位限制的设备。并可依据实际须要，通过编程来变更运动轨迹的多功能机器，在现代工业生产中占据着举足轻重的位置。目前工业生产中的机械手，依据实际状况可以采纳气压传动、液压传动或者是电机驱动等驱动方式。主要介绍基于PLC限制的五自由度搬运机械手限制系统设计建立方法。 关 键 词 PLC;机械手;限制系统 中图分类号 G738.5 文献标记码 A 文章编号 2096-060327-0132-02 机械手是一种能模拟人的手臂动作，根据设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。五自由度机械

2、手即能够实现五个自由度的运动。 本文采纳的可编程限制器是西门子公司生产的S7-200系列PLC，其功能强大、牢靠性高、抗干扰实力强、编程简便。配套人机界面可采纳SMART730，界面操作简洁，内容丰富。基于以上的特性，使得S7-200系列PLC在中小型工业限制系统中被广泛应用。 本文机械手的水平移动和垂直移动驱动采纳步进电机限制方式。步进电机将PLC输出的高速电脉冲信号转变为电机的角位移。在通常状况下，电机的启动、停止、转速快慢只取决于输入的电脉冲信号的频率和脉冲数目。脉冲频率限制电机的转速，脉冲的数量限制电机的角位移。正是由于脉冲信号的频率和转速之间的这一线性关系，以及步进电机无累计误差这一

3、特点，使其在速度、定位等限制领域应用得特别广泛。机械手的夹紧松开动作由气缸限制完成。 本文设计的五自由度机械手属于电动与气压驱动混合式驱动的机械手，它综合了两种驱动方式优点，既节约了位置开关和PLC的I/O点数，又达到了简便操作和精确定位的目的。 一、机械手的机械结构及运动方式 五自由度机械手机械结构主视图如图1所示，机械手水平方向的移动由步进电机通过其上所连接的丝杆实现，垂直方向的移动由步进电机通过其上所连接的丝杆实现，这两个方向的移动通过步进电机的顺时针和逆时针旋转运动实现水平左右移动和垂直上下移动。 机械手的外伸、下降及夹紧装置采纳气压驱动，并由对应的电磁阀限制，来实现对应的外伸缩回、下

4、降上升、夹紧松开动作。以上动作如图2所示。 机械手可以依据程序的设定，将工件从起始位置A处搬运到终点B处。整个过程中须要采集相应传感器信号，且运动过程中各方向的运动都有各自限位爱护传感器。 二、机械手的限制系统设计 五自由度机械手限制系统设置了两种工作方式，即手动方式和自动方式。手动工作方式中分为水平左移、水平右移、垂直上移、垂直下移、外伸、缩回、上升、下降、夹紧、松开、回原点;自动工作方式单周期和连续运行两种工作方式。 限制系统硬件设计 限制系统PLC选用S7-200系列的CPU226CN，步进电机驱动器选用SH-20403型模块。机械手限制系统外围接线图如图3所示。 机械手运动的初始状态为

5、：位置在水平最右端、垂直最上端、缩回到位、上升到位、手抓松开状态。Q0.0与Q0.1分别是水平运动步进电机和垂直运动步进电机的高速电脉冲信号输出点，Q0.2和Q0.3分别为两个步进电机各自对应的方向信号，通过Q0.2和Q0.3两个输出端的导通和断开来实现步进电机的正反转运动。 程序设计 程序由两大部分组成，即手动程序与自动运行程序。自动程序运行的条件为机械手各个运动部件均处于初始位置状态，在此状态下才可以运行自动状态下的各部分程序，即单周期运行和连续运行。手动程序可以进行各运动部分的测试及自动运行时的初始位置条件打算。图4给出了自动运行程序的依次功能图，高速脉冲输出指令可以采纳包络或MAP库进

6、行编程。 三、总结 通过不断的实践检验证明，基于PLC限制的五自由度机械手，在操作运行中不但具有很好的牢靠性，而且还能够保证运行过程中的精确性，提高了对操作目标物体的搬运精确性。通过脉冲限制，实现对相关运动的精准限制，从而保证机械手的重复定位精度，为现代工业自动化生产供应了极大的帮助，可以有效地实现对人工劳动力的代替与解放。此外，还可以通过与HMI设备的连接实现可视化操作。 参考文献： 1王小玲.工业机械手的PLC限制J.机电工程机术，2004，33：32-36. 2喻伟闯.基于PLC的三自由度机械手限制系统设计与实现J.现代电子技术，2022：155-157. 3杨元慧.气动机械手臂的PLC限制J.龙岩学院学报，2022：43-45. 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页