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机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并且是现代工业生产领域中一个重要的组成部分，在企业工厂中得到了广泛的应用。在汽车制造生产的流水线中，将待加工的汽车放到传送带上，再各个阶段的加工，最后加工完成。此道工序用机械手代替人工来进行搬运，大大降低了工人的劳动强度，而且通过PLC的准确控制，提高了生产效率，改善了工人的劳动条件。目前工业用机械手主运动臂的控制方式主要采用液压或者气动驱动。这种控制方式的优点在于它的结构简单，易于掌握和控制，但需要配置压力源或者气源，使得整个控制系统体积大，而且系统的定位靠设定行程开关的位置来实现，所以它的可靠性，灵活性差，不利于生产的自动化，基于以上的原因，将机械手的主运动改为全电动控制方式，用步进电机驱动机械手手臂和躯干的运动，借助接近开关的精确定位，利用PLC和脉冲输出模块作控制器控制步进电机，从而驱动机械手的手臂可以精确的完成整套动作。由于PLC的功能强大，控制灵活，这种设计方案提高了控制系统的精度和可靠性，结构紧凑，易于操作。
机械手的结构和控制系统配置在工业生产流水线的物料传送系统中，为了使机械手准确定位，机械手的空间位移方式采用圆柱坐标方式。它由底盘，立柱，手臂和手爪组成（如图1所示）。机械手的工作流程为:机械手在初始位置(若不在初始位置，调整横轴和竖轴)，底盘转动到要求取货台位置,立柱下降，手臂伸出，定位后抓取物料，立柱上升，同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞)，然后到相应出货台，立柱下降，手臂伸出，手打开，把物料放在相应出货台上，此时，机械手复位，继续下一个工作流程。机械手结构示意图根据工业控制系统的要求，该控制系统包括控制器、四个脉冲输出模块FX2N-1PG、四个步进电机驱动器、执行元件(即四台步进电机和指示灯及电磁阀)和触摸屏五部分。控制器采用的是三菱FX2N系列的PLC。这样可以准确的按照工业要求所设计控制机械手。上位机采用的是触摸屏，它与PLC直接通过通讯口进行通讯，各种相关的设置和以及手动的各部件的操作均通过触摸屏来控制，而且还可以实现一个实时监控的作用。图2机械手控制系统组成图2.1 FX2N-1PG脉冲输出模块FX2N-1PG作为定位控制用的脉冲输出模块可作单轴控制，一台FX2N系列PLC可连接八个模块，控制八个单独的轴，最大输出频率可达100kHz。该控制系统采用四块脉冲输出模块分别控制机械手的伸缩、升降、底盘旋转和手爪翻转。
针对定位控制的特点，该模块具有比较完善的控制参数设定，如定位目标跟踪、运转速度、爬行速度、减速速度等各种参数，这些参数都可以通过PLC的FROM/TO指令轻松设定，从而控制步进电机的运行速度。除高速的响应输出外，还准备了常用的输入控制，如正、反限位开关、STOP、DOG(近点信号)、PGO(零点信号)等。此外，它还内置了许多方便的软控制位，如返回原点、向前、向后等，对这些特定的功能，只要通过设置特定的缓冲单元已定义的位就可轻松实现，特别适合机械手的多工作方式控制。2.2步进电机驱动模块采用混合式步进电机作执行元件,步进电机驱动器。它主要包括电源输入部分、信号输入部分、输出部分（指A+、A-、B+和B-）等，如图3所示。该步进电机驱动器输入信号共有三路，即控制步进电机的位置和速度的步进脉冲信号CP、控制步进电机旋转方向的方向电平信号DIR和脱机电平信号FREE。三路输入信号均由FX2N-1PG的输出提供，由于PLC提供的电平为24V，而步进驱动器输入部分的电平为5V，可以在信号输入端连接保护电路装置。步进电机为二相四根线电机，可以直接和驱动器的A+、A-、B+和B-相连，注意步进电机的相序。图3步进电机驱动器图4机械手程序总体结构图软件设计机械手控制系统设有手动、单步、单周期、连续和回原点五种工作方式，机械手在最上面、最右面且电磁铁线圈断电(即手爪不抓物料)时，称为系统处于原点状态。本文所属栏目http://myeducs.cn/jixiesheji/
机械手PLC梯形图程序的总体结构分为公用程序、自动程序、手动程序和返回原点程序四个部分,其中自动程序包括单步、单周期和连续工作的程序，这是因为它们的工作都是按照同样的顺序进行，所以将它们合在一起编程更加简单。如图4所示，X0为手/自动选择开关，X1为返回原点开关。梯形图中使用跳转指令使得自动程序、手动程序和返回原点程序不会同时执行。假设选择手动方式，则X0为ON、X1为OFF，此时PLC执行完公用程序后，将跳过自动程序到P0处，由于X0常闭触点为断开,故执行手动程序，执行到P1处，由于X1常闭触点为闭合，所以又跳过返回原点程序到P2处;假设选择返回原点方式，则X0为OFF、X1为ON，跳过自动程序和手动程序，执行返回原点程序;假设选择单步或单周期连续方式，则X0、X1均为OFF，此时执行完自动程序后，跳过手动程序和返回原点程序。结论用可编程控制器设计的机械手电气控制系统，线路简单，系统的可靠性高，功能强，整个系统运行稳定，精确。同时还可以根据需要对其进行功能扩展。而且PLC和脉冲输出模块对机械手进行控制，可以更快速、准确地对控制要求做出反应，实现对各自由度步进电机运行的合理精确定位控制，从而方便、快捷、准确地实现机械手位置控制，完成物料的传送任务。（本论文由网学http://myeducs.cn 整理提供，如需转载，请注明出处或联系我们的客服人员）
