基于可編程控制器的工業(yè)機(jī)械手無(wú)線遙控系統(tǒng)

　　針對(duì)多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手的比例和開(kāi)關(guān)控制，以PLC作為其控制器，通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線遙控操作。

　　手持操作器采用16位單片機(jī)，對(duì)檢測(cè)到的按鈕和搖桿操作進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼后通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送至PLC，PLC對(duì)其解碼后獲得指令實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的控制。該方案成本低，具有良好的通用性和可擴(kuò)展性。

　　前言

　　可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一種適用性強(qiáng)的工業(yè)用控制器，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)線，移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的控制等環(huán)境較惡劣的工業(yè)場(chǎng)合。其工作性能穩(wěn)定，可擴(kuò)展性強(qiáng)，應(yīng)用簡(jiǎn)便。根據(jù)不同的模塊配置，可以進(jìn)行邏輯及算數(shù)運(yùn)算，對(duì)數(shù)字開(kāi)關(guān)量、模擬量等進(jìn)行控制和采集，同時(shí)具有豐富的總線接口形式，可以利用公開(kāi)的協(xié)議與不同設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)。在我們所研制的工業(yè)機(jī)械手中，各關(guān)節(jié)由比例閥或開(kāi)關(guān)閥構(gòu)成開(kāi)環(huán)液壓控制回路，實(shí)現(xiàn)比例調(diào)速或開(kāi)關(guān)動(dòng)作，因此我們選用了西門(mén)子的S7-200系列PLC作為其控制器。[1>[2>

　　在一些環(huán)境復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是對(duì)于移動(dòng)機(jī)械設(shè)備，控制系統(tǒng)的布線受到諸多限制，操作人員與控制系統(tǒng)的位置安排不方便。因此，具有高度靈活性的無(wú)線遙控操作系統(tǒng)的應(yīng)用得到了推廣。目前工業(yè)上應(yīng)用的無(wú)線遙控操作系統(tǒng)一般采用無(wú)線電數(shù)字傳輸方式。一些芯片廠商如Infineon、Micrel、RFMonolithics、Melexis、CML、ATMEL等也都推出了各種適應(yīng)于不同場(chǎng)合和要求的RF芯片[3>。

　　無(wú)線數(shù)傳模塊是一種集成式的專(zhuān)用于無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)的模塊，可直接通過(guò)數(shù)據(jù)總線與其它控制、采集等模塊連接完成無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)功能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)遙控、遙測(cè)，無(wú)線抄表，自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合。具有可靠性高，功耗低，協(xié)議透明使用方便等優(yōu)點(diǎn)。傳輸距離可以達(dá)到幾十至上百米，有些甚至可以到上千米的距離。目前很多廠商推出了工業(yè)化、系列化的產(chǎn)品，可以根據(jù)不同的使用場(chǎng)合和要求選擇合適的產(chǎn)品。

　　目前一些廠家推出了專(zhuān)用的基于嵌入式處理器的工業(yè)用無(wú)線遙控器，其性能優(yōu)異，集成度高。如HBC、JAY等，應(yīng)用于混凝土泵車(chē)、裝載機(jī)等場(chǎng)合。但由于其一般針對(duì)專(zhuān)用工程設(shè)備，不具有較好的通用性及可擴(kuò)展性，且主要是國(guó)外廠家，價(jià)格高昂，其應(yīng)用推廣受到限制。

　　在我們研制的多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手中，采用PLC作為其主控制器，完成對(duì)液壓泵站和各關(guān)節(jié)液壓閥的開(kāi)關(guān)及比例控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的基本功能。采用無(wú)線數(shù)傳模塊通過(guò)無(wú)線通信方式收發(fā)數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線遙控功能，所設(shè)計(jì)的手持遙控器的輸入開(kāi)關(guān)量及模擬量由16位單片機(jī)采集并編碼輸出。

　　1.總體方案

　　該機(jī)械手用于巷道內(nèi)進(jìn)行混凝土噴漿作業(yè)，有自動(dòng)和手動(dòng)操作兩種模式。自動(dòng)模式下，PLC控制機(jī)械手各關(guān)節(jié)按程序預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，調(diào)整機(jī)械手末端的方位與角度，使噴漿噴頭按設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)，且始終垂直于受?chē)姷南锏烂?，完成巷道表面的噴漿作業(yè)。手動(dòng)模式下，由操作員分別采用按鈕和比例搖桿對(duì)開(kāi)關(guān)閥和比例閥進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，控制混凝土噴頭的方位及角度。其中按鈕控制泵站的啟停及開(kāi)關(guān)閥的方向切換，比例搖桿則根據(jù)操作人員的控制，形成一個(gè)±10V范圍內(nèi)的模擬量，比例閥根據(jù)模擬量的大小及方向，控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度的大小及方向。其控制系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

圖1機(jī)械手控制系統(tǒng)功能框圖