基于PLC的液壓機械臂控制技術研究

楊永江

摘 要

針對液壓機械臂，介紹了機械臂結構、關鍵傳感器類型，基于機器人運動學及三維模型運動仿真擬合出運動方程，通過PLC控制器基于PID算法的速度閉環(huán)控制及位置閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)了機械臂末端裝置水平及垂直位移。

關鍵詞

液壓機械臂;機器人運動學;同步運動;PID閉環(huán)控制

中圖分類號： TP241? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.034

Abstract

For the hydraulic manipulator，the structure of the manipulator and key sensor types are introduced.Based on the robot kinematics and three-dimensional model motion simulation，the motion equations are fitted.The speed closed-loop control and position closed-loop control of the PLC algorithm based on the PID algorithm are finally implemented The horizontal and vertical displacement of the arm end device.

Key Words

Hydraulic mechanical arm;Robot kinematics;Synchronized motion; PID closed-loop control

0 引言

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置。機械臂是工業(yè)機機器人中的一種重要類型，通過機器人運動學及PID控制原理控制機械連桿完成機械臂轉動、移動或復合運動，實現(xiàn)機械臂末端裝置規(guī)定路徑運動、姿態(tài)調整、位置監(jiān)控等功能。

1 液壓機械臂結構

機械臂關鍵部件如圖1所示：包含液壓油缸、旋轉基座、旋轉裝置。

各關鍵部件描述：

機械連桿長度：L1、L2、L3;

液壓油缸伸縮長度：l1、l2、l3;

基座旋轉角度：C1;

裝置旋轉角度：C2;

液壓油缸l1、l2、l3帶4～20mA位移反饋傳感器，旋轉基座C1和旋轉裝置C2帶SSI絕對位置編碼器。

2 液壓機械臂控制需求

控制如圖2所示：末端裝置在X方向（水平）或Y方向（垂直）位移由三根液壓油缸的同步運動實現(xiàn)。

2.1 解鎖裝置，一鍵展開

機械臂從鎖定位置一鍵展開到作業(yè)零點位置。

2.2 運動模式選擇。

速度控制模式+速度值選擇。

位置控制模式+位移量選擇。

2.3 裝置運動到指定位置作

通過操作面板控制機械臂基座和裝置旋轉角度，操作裝置運動到指定位置，啟動相關作業(yè)裝置進行作業(yè)。

2.4一鍵收回，鎖定裝置

機械臂從作業(yè)位置一鍵收回到鎖定位置。

3 機械臂控制策略

機械臂可簡化為圖3所示：基準坐標系（x0，y0），運動坐標系（xp，yp）。機械連桿長度L1、L2、L3，連桿關節(jié)角θ（關節(jié)角順時針為負逆時針為正）。

機械臂正運動學：正運動學描述械臂末端位置和姿態(tài)跟各關節(jié)變量在坐標系中的幾何函數(shù)關系。

機械臂逆運動學：給定機械臂末端位置和姿態(tài)，通過逆運動學可以計算所以可達給定位置和姿態(tài)的關節(jié)角。

本PID控制器具有抗積分飽和功能并且能夠對比例作用和微分作用進行加權。通過加載不同的PID參數(shù)實現(xiàn)油缸的速度控制或位置控制。

5 結語

該液壓機械臂的控制系統(tǒng)、控制算法策略、功能需求及控制精度滿足作業(yè)需求。該項技術通過PLC控制器實現(xiàn)了液壓機械臂末端裝置水平及垂直位移。

參考文獻

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