基于PLC机械手设计方案.pdf

随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要 求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械 手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低 廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有 重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、 XY 轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等 机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流 流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。 一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程 机械手结构如下图 1 所示，有气控机械手 (1) 、XY 轴丝杠组 (2) 、转盘机构 (3) 、旋转基 座(4) 等组成。 其运动控制方式为： (1) 由伺服电机驱动可旋转角度为 360°的气控机械手 (有光电传感 器确定起始 0 点) ；(2) 由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿 X 、Y 轴移动 (有 x 、y 轴限位开 关) ；(3) 可回旋 360°的转盘机构能带动机械手 及丝杠组自由旋转 (其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成 ) ；(4)旋 转基座主要支撑以上 3 部分； (5)气控机械手的张合由气压控制 (充气时机械手抓紧，放气时 机械手松开 )。 其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动， 同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物 的方位处，然后充气，机械手夹住货物。 步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使 机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀 放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。 二 控制器件选型 为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下： 1. 步进电机及其驱动器 机械手纵轴 (Y 轴 )和横轴 (X 轴 )选用的是北京四通电机技术有限公司的 42BYG250C 型 两相混合式步进电机，步距角为 0.9 °/1.8 ，电流° 1.5A 。M1 是横轴电机，带动机械手机构 伸、缩； M2 是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是 SH-20 403 型，该驱动器采用 10～40V 直流供电， H 桥双极恒相电流驱动，最大 3A 的 8 种输出电 流可选，最大 64 细分的 7 种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机 保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器 内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在 10～ 40VDC 之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大 驱动器的损耗和温升。本驱动器最大输出电流值为 3A/ 相 (峰值 ) ，通过驱动器面板上六位拨 码开关的第 5 、6 、7 三位可组合出 8 种状态，对应 8 种输出电流，从 0.9A 到 3A 以配合不 同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、 4 细分、 8 细分、 16 细分、 32 细分和 64 细分 7 种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第 1、2、 3 三位可组合出不同的状 态。 2. 伺服电机及其驱动器 机械手的旋转动作采用松下伺服电机 A 系列小惯量 MSMA5AZA1G ，其额定输出 50 W 、 100/200V 共用，旋转编码器规格为增量式 (脉冲数 2500p/r 、分辨率