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基于PLC的四軸聯(lián)動簡易機(jī)械手控制系統(tǒng)

作者: 時(shí)間:2010-08-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
一四軸的結(jié)構(gòu)及動作過程
  
結(jié)構(gòu)如下圖1所示,有氣控(1)、XY軸絲杠組(2)、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)(3)、旋轉(zhuǎn)基座(4)等組成。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/162935.htm

其運(yùn)動控制方式為:(1)由伺服電機(jī)驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)角度為360°的氣控機(jī)械手(有光電傳感器確定起始0點(diǎn));(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠組件使機(jī)械手沿X、Y軸移動(有x、y軸限位開關(guān));(3)可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)能帶動機(jī)械手及絲杠組自由旋轉(zhuǎn)(其電氣拖動部分由直流電動機(jī)、光電編碼器、接近開關(guān)等組成);(4)旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上3部分;(5)氣控機(jī)械手的張合由氣壓控制(充氣時(shí)機(jī)械手抓緊,放氣時(shí)機(jī)械手松開)。
  
其工作過程為:當(dāng)貨物到達(dá)時(shí),機(jī)械手系統(tǒng)開始動作;步進(jìn)電機(jī)控制開始向下運(yùn)動,同時(shí)另一路步進(jìn)電機(jī)控制橫軸開始向前運(yùn)動;伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到達(dá)正好抓取貨物的方位處,然后充氣,機(jī)械手夾住貨物。
  
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動縱軸上升,另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動橫軸開始向前走;轉(zhuǎn)盤直流電機(jī)轉(zhuǎn)動使機(jī)械手整體運(yùn)動,轉(zhuǎn)到貨物接收處;步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動縱軸下降,到達(dá)指定位置后,氣閥放氣,機(jī)械手松開貨物;系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動作。
  
二控制器件選型
  
為達(dá)到精確控制的目的,根據(jù)市場情況,對各種關(guān)鍵器件選型如下:
  
1.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器
  
機(jī)械手縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī),步距角為0.9°/1.8°,電流1.5A。M1是橫軸電機(jī),帶動機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮;M2是縱軸電機(jī),帶動機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是SH-20403型,該驅(qū)動器采用10~40V直流供電,H橋雙極恒相電流驅(qū)動,最大3A的8種輸出電流可選,最大64細(xì)分的7種細(xì)分模式可選,輸入信號光電隔離,標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口,有脫機(jī)保持功能,半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境,提供節(jié)能的自動半電流方式。驅(qū)動器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計(jì),保證了驅(qū)動器可適應(yīng)較寬的電壓范圍,用戶可根據(jù)各自情況在10~40VDC之間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩,但卻會加大驅(qū)動器的損耗和溫升。本驅(qū)動器最大輸出電流值為3A/相(峰值),通過驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài),對應(yīng)8種輸出電流,從0.9A到3A以配合不同的電機(jī)使用。本驅(qū)動器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分7種運(yùn)行模式,利用驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。
  
2.伺服電機(jī)及其驅(qū)動器
  
機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動作采用松下伺服電機(jī)A系列小慣量MSMA5AZA1G,其額定輸出50W、100/200V共用,旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格為增量式(脈沖數(shù)2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11線);有油封,無制動器,軸采用鍵槽連接。該電機(jī)采用松下公司獨(dú)特算法,使速度頻率響應(yīng)提高2倍,達(dá)到500Hz;定位超調(diào)整定時(shí)間縮短為以往松下伺服電機(jī)產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能,可彌補(bǔ)機(jī)械的剛性不足,從而實(shí)現(xiàn)高速定位,也可通過外接高精度的光柵尺,構(gòu)成全閉環(huán)控制,進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動增益調(diào)整和實(shí)時(shí)自動增
  
益調(diào)整兩種自動增益調(diào)整方式,還配有RS-485、RS-232C通信口,使上位控制器可同時(shí)控制多達(dá)16個(gè)軸。伺服電機(jī)驅(qū)動器為A系列MSDA5A3A1A,適用于小慣量電動機(jī)。
  
3.直流電機(jī)
  
可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)有直流無刷電機(jī)帶動,系統(tǒng)選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無刷直流電機(jī),其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無刷直流電機(jī)驅(qū)動器使用北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的BL-0408驅(qū)動器,其采用24~48V直流供電,有起停及轉(zhuǎn)向控制、過流、過壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù),且有故障報(bào)警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動快速停機(jī)等特點(diǎn)。
  
4.旋轉(zhuǎn)編碼器
  
在可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)上,安裝有OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉(zhuǎn)編碼器,編碼器將信號傳給,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的精確定位。
  
5. 的選型
  
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,選用OMRON公司生產(chǎn)的CPM2A小型機(jī)。CPM2A在一個(gè)小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能,包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設(shè)定和時(shí)鐘功能等。CPM2A的CPU單元又是一個(gè)獨(dú)立單元,能處理廣泛的機(jī)械控制應(yīng)用問題,所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。完整的通信功能保證了與個(gè)人計(jì)算機(jī)、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸機(jī)械手能方便的融合到工業(yè)中。
  
三軟件編程
  
1.軟件流程圖

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