基于可編程控制器的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張紅

摘 要：機(jī)械手技術(shù)包含了機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等各種科學(xué)技術(shù)。文中介紹了機(jī)械手的一般工作原理，設(shè)計(jì)了基于可編程控制器主控的機(jī)械手，明確了硬件的組成框架以及軟件的構(gòu)成體系。通過實(shí)驗(yàn)證明，此項(xiàng)機(jī)械手有操作簡便、性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，控制系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)展性良好。

關(guān)鍵詞：可編程控制器；機(jī)械手；機(jī)器人

現(xiàn)如今機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)器人已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用空間，代替人類完成著各種大批量、高質(zhì)量的工作。在我國“十一五”規(guī)劃的指導(dǎo)督促下，國內(nèi)的機(jī)器人研究和實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)得到了長遠(yuǎn)的發(fā)展。本世紀(jì)的制造業(yè)必然會(huì)邁入一個(gè)全新的發(fā)展階段，機(jī)器人和其他的各種智能化機(jī)器以及自動(dòng)化的設(shè)備都會(huì)在空間以及海洋探索的過程中獲得廣闊的發(fā)展前景。

1 機(jī)械手工作原理

機(jī)械手在進(jìn)行工作的過程中，先是要借助PLC發(fā)出的電控制信號(hào)給電磁閥。電磁閥在工作過程中輸出的氣信號(hào)再到氣控閥，氣控閥在接收到信號(hào)之后，把動(dòng)力輸送給氣缸，之后氣缸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到指定的程序之后，接觸到機(jī)械閥，機(jī)械閥把氣信號(hào)傳遞到氣電繼電器中[1]。氣電繼電器把電信號(hào)傳送到機(jī)械手的操作體系之中。PLC再依照氣缸的實(shí)際到位情況，依照程度指令執(zhí)行下一個(gè)步驟的操作。

2 PLC控制模型的硬件設(shè)計(jì)

機(jī)械手模型中的PLC控制運(yùn)行體系的硬件組成結(jié)構(gòu)包含了滾珠絲桿、滑桿、氣缸、步進(jìn)電機(jī)、傳感器等等。此項(xiàng)運(yùn)行體系屬于PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)以及氣動(dòng)技術(shù)有序結(jié)合的一種機(jī)械手模型的控制運(yùn)行體系。下圖（圖1）為PLC系統(tǒng)框架圖。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包含了電源的輸入部分、信號(hào)的輸入部分、信號(hào)的輸出部分等等，借助驅(qū)動(dòng)器能夠較好的對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向等做把控。整個(gè)的運(yùn)行體系使用AT89C2051構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器做步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，AT89C2051把控制脈沖從P1口的P1.4～P1.7做輸出，反方向之后再進(jìn)入至放大的環(huán)節(jié)，放大之后進(jìn)行光電開關(guān)的控制，做光電隔離之后，借助功率管把脈沖信號(hào)做電壓以及電流的放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)相繞組。此項(xiàng)運(yùn)行體系的底座以及氣夾的正反轉(zhuǎn)限位都是使用接近開關(guān)，借助對(duì)基座以及氣夾上的技術(shù)塊位置調(diào)整，能夠在一定的區(qū)間內(nèi)將基座以及氣夾的旋轉(zhuǎn)角度做改變。機(jī)械手的伸縮和升降使用的都是行程開關(guān)的限位，同時(shí)借助對(duì)行程開關(guān)位置的調(diào)整對(duì)橫軸以及豎軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)范圍做調(diào)整。

3 機(jī)械手軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)流程

機(jī)械手的操作流程按照的次序是抓取工作、搬運(yùn)工作、工作定位和恢復(fù)初始形態(tài)、軟件能夠借助梯形圖做編寫。機(jī)械手手臂伸出到一定位置之后，傳感器會(huì)檢測(cè)到機(jī)械手伸出的具體位置，之后驅(qū)動(dòng)機(jī)械手手爪的松開。機(jī)械手手爪松開之后，機(jī)械手的手臂會(huì)下沉，一直到最底端位置，機(jī)械手氣爪加緊，從一開始到整個(gè)工件抓住的過程耗時(shí)約1秒[2]。到這個(gè)過程中，整個(gè)機(jī)械手的抓取工作算順利完成。機(jī)械手搬運(yùn)工件流程圖參見圖2。

機(jī)械手在將工件抓緊之后，懸臂會(huì)下沉，限位傳感器在接收到信號(hào)之后，驅(qū)動(dòng)的手臂氣缸會(huì)慢慢上移。手臂提升至一定的位置之后，機(jī)械手手臂會(huì)慢慢回收，手臂一直到最后端位置，機(jī)械手便會(huì)朝左旋轉(zhuǎn)到位。之后機(jī)械手伸出再到指定位置，機(jī)械手下沉，到位。機(jī)械手搬運(yùn)到位的具體要求，便是工件二檢測(cè)到位，氣抓左旋，工作固定在一定的區(qū)間，整個(gè)過程限時(shí)1秒，之后機(jī)械手氣爪松開。整個(gè)檢測(cè)程序便全部完成。機(jī)械手又會(huì)回復(fù)至最初的模式。機(jī)械手將工件松開之后，手臂會(huì)回縮至固定位置。機(jī)械手右旋至固定位置，之后機(jī)械手回復(fù)至最初形式。

3.2 抗干擾設(shè)計(jì)

為了有效的確保整個(gè)運(yùn)行體系在工業(yè)電磁環(huán)境中不會(huì)受到或者少受到內(nèi)外電磁造成的影響，需要設(shè)計(jì)伊始就使用三個(gè)控件做抑制操作，分別是：抑制干擾源、阻斷或者衰減電磁干擾的傳播渠道、有效提升設(shè)備以及運(yùn)行體系的抗干擾能力。此項(xiàng)控制運(yùn)行體系的主要抗干擾方式包含了以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，使用有較高性能的電源，控制電網(wǎng)中加入的干擾程序；第二，硬件濾波和軟件的抗干擾方式，信號(hào)在接入計(jì)算機(jī)之前，會(huì)在信號(hào)線和地之間串聯(lián)并接上一個(gè)電容，進(jìn)而有效的減少共模造成的干擾，并且在兩極之間多加入一個(gè)濾波器設(shè)備，能夠較大程度的減少差模造成的干擾。

4 結(jié)語

在未來的技術(shù)領(lǐng)域上，機(jī)械手的完善過程還需要進(jìn)一步探索。文中設(shè)計(jì)在多次的實(shí)驗(yàn)之后，表明了機(jī)械手操作方便、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，除此之外，此項(xiàng)操作體系的開放性以及可擴(kuò)展性都十分突出，同時(shí)在使用的過程中，能夠依照使用要求，更加便利的增加或者刪減各個(gè)組成控件，進(jìn)行自主創(chuàng)新建設(shè)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳建強(qiáng).可編程控制器原理及其應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2010：12-60.

[2]劉麗華.基于PLC控制的教學(xué)型旋蓋氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2010，05（13）：51-52.