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機械手設計論文
摘要：機械手在設計過(guò)程中,注重其自動(dòng)化控制,能夠實(shí)現一些較為復雜的工業(yè)操作。文章對氣動(dòng)抓取式工業(yè)機械手設計的研究,主要是基于PLC自動(dòng)化控制下的抓取式機械手的設計分析,注重提升機械手的靈活性和智能性,以期更好地實(shí)現工業(yè)發(fā)展自動(dòng)化。
關(guān)鍵詞：機械論文發(fā)表
目前，我國的科技發(fā)展迅速，加工制造行業(yè)也越來(lái)越趨向于自動(dòng)化，在機械加工、機械制造行業(yè)已經(jīng)普遍運用機械手來(lái)幫助完成工作，機械手大部分是用于自動(dòng)安裝及自動(dòng)包裝工作，還用來(lái)幫忙上下料這種高重復性的工作。PLC控制技術(shù)不斷發(fā)展，使用其的益處越發(fā)明顯，尤其是在控制系統的結構、是否可靠、是否靈活等方面都有其特有的優(yōu)勢，所以，現在的PLC控制技術(shù)已經(jīng)普遍運用到自動(dòng)化生產(chǎn)的控制工作中了，它可以幫助不同的機械完成自動(dòng)化操控，下面文章中主要闡述了由PLC控制的工業(yè)機械手的系統的設計過(guò)程。
1機械手系統組成與工作原理
下面文章中主要以三自由度機械手為研究對象具體闡述工業(yè)機械手的設計，這種類(lèi)型的機械手靈活、自由，能夠對機械手的各個(gè)部位進(jìn)行獨立控制。機械手的設計結構大致是：機械手的腰關(guān)節主要是為了幫助機身在平面上實(shí)現旋轉動(dòng)作，此部位的驅動(dòng)電機屬于直流力矩電機，這一類(lèi)型的電機結構屬于三級齒輪減速傳動(dòng)結構，由于這種傳動(dòng)結構的構造簡(jiǎn)單，所以它工作起來(lái)的效率很高，并且準確度高。肩關(guān)節的主要結構是懸臂梁式的結構，工作原理是通過(guò)直流力矩電機帶動(dòng)渦輪副桿完成傳動(dòng)工作。肘關(guān)節的主要結構是擺動(dòng)螺旋式的結構，這一關(guān)節的特點(diǎn)是比較穩定、構造簡(jiǎn)單。并且這一關(guān)節的電機也是直流力矩電機。
在實(shí)現以上三個(gè)關(guān)節活動(dòng)的過(guò)程中，機械手采用的是電位器反饋的方式來(lái)完成對各關(guān)節運動(dòng)位置的判斷，電位器安裝在腰關(guān)節驅動(dòng)系統的末級齒輪中心軸同軸，肩關(guān)節蝸桿軸以及肘關(guān)節連接銷(xiāo)軸同軸。其順序控制形式是通過(guò)PLC電位控制來(lái)實(shí)現，比如要完成腰關(guān)節從靜止位置到旋轉一個(gè)設定的角度這個(gè)動(dòng)作，PLC控制系統其通過(guò)輸出電路驅動(dòng)負責腰關(guān)節的直流力矩電機旋轉從而帶動(dòng)該關(guān)節機械轉動(dòng)，到達設定的角度位置時(shí)候，電位器檢測到該位置的反饋信號，PLC控制系統判斷機械手已經(jīng)完成了目標指令，其控制輸出回路斷電，驅動(dòng)電機旋轉停止，則腰關(guān)節正好到達程序命令的轉動(dòng)位置，則PLC自動(dòng)進(jìn)入下一步程序進(jìn)行動(dòng)作輸出。
2控制系統硬件結構
根據上文提到的各關(guān)節動(dòng)作控制完成方式可以看出，PLC控制系統的設計應包含輸入電路、輸出電路以及控制系統本身三個(gè)部分。
2.1輸出電路
作為輸出電路的執行部件，直流力矩電機在線(xiàn)性度以及反應速度方面具有其它電機無(wú)法比擬的優(yōu)勢，同時(shí)該類(lèi)型電機也可以滿(mǎn)足長(cháng)期運行在低速甚至堵轉的工作狀態(tài)。
為了滿(mǎn)足PLC對各關(guān)節動(dòng)作的順序控制，輸出電路對電機控制通常采用開(kāi)關(guān)控制的形式，只要使用符合控制要求的繼電器輸出型PLC，就能使用該PLC對直流電機進(jìn)行直接的驅動(dòng)，從而從電路設計角度就大大簡(jiǎn)化了控制系統的復雜程度，這種設計結構非常直接，PLC內部程序得到執行指令后，其設定用于控制動(dòng)作輸出的繼電器線(xiàn)圈得點(diǎn)，相應串接在電機驅動(dòng)回路的繼電器觸點(diǎn)OUT閉合，執行電機得電開(kāi)始轉動(dòng)，帶動(dòng)執行元件按照設計的運動(dòng)方式進(jìn)行運動(dòng)，直到接受到完成系統指令后，繼電器觸點(diǎn)OUT打開(kāi)，電機驅動(dòng)回路斷開(kāi)，電機停轉等待下一個(gè)指令。如同常用電路一樣，電機控制回路也可以通過(guò)橋式以及分級的接線(xiàn)方式來(lái)實(shí)現對電機正反轉和順序控制。
2.2輸入電路
PLC控制系統的輸入量IN直接取自安裝在機械手各個(gè)關(guān)節的電位器，電位器的安裝位置需要根據規定的機械手動(dòng)作范圍來(lái)設定，當機械手的動(dòng)作范圍到達設定的某個(gè)位置時(shí)，對應位置的電位器其輸出的模擬電壓信號直接反饋給PLC控制系統，PLC通過(guò)比較給定位置的電位與接受到位置電位的大小來(lái)判斷，當達到設定值時(shí)，PLC內部程序驅動(dòng)相應結點(diǎn)的輸出電路動(dòng)作，來(lái)實(shí)現該指令執行的完畢，從而轉入下一指令。IN點(diǎn)的內部設有光電耦合電路，來(lái)實(shí)現內外部強電弱電的隔離。一旦活動(dòng)關(guān)節在執行指令時(shí)候電位器返回的信號與設定的范圍比較失敗，則程序自動(dòng)判斷執行失敗，該關(guān)節返回到初始位置后，該程序重新被執行，這種回路的設計從硬件層面保護了機械部件，避免電機將執行機構錯誤的拖入不應該的位置而造成設備損壞。
2.3選擇PLC
在確定了控制系統的外部輸入輸出電路之后，接下來(lái)就可以進(jìn)行輸入輸出方式的設計階段，決定PLC選型的主要參數就是滿(mǎn)足輸入輸出方式所需要的輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)、內部用于延時(shí)的時(shí)間繼電器數量。在本次的PLC選型的過(guò)程中，考慮到這種機械手有12個(gè)輸入點(diǎn)，9個(gè)輸出點(diǎn)以及7個(gè)用于延時(shí)的時(shí)間繼電器，綜合考慮到造價(jià)成本以及后續拓展需要，方案選擇日本歐姆龍公司生產(chǎn)OMRON- C28P型PLC。這種PLC完全能滿(mǎn)足三自由度工業(yè)機械手的順序控制要求。
3控制系統軟件設計
控制系統的軟件設計按照以下六步的順序進(jìn)行：1)確定系統順序控制次序及功能;2)制定輸入輸出分配表;3)建立適合系統的控制關(guān)系;4)繪制梯形邏輯分析圖;5)編譯代碼程序;6)通過(guò)終端輸入到P LC主機.
PLC順序控制系統軟件必須滿(mǎn)足以下三個(gè)原則：1)系統總開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，各關(guān)節部分分別復位回到各自的初始位置，之后開(kāi)始執行順序動(dòng)作命令;2)當各關(guān)節運動(dòng)到上限或下限位置時(shí)，在接近設定動(dòng)作位置時(shí)電機要有減速過(guò)程，同時(shí)在到達位置后執行機構停止1秒后才能進(jìn)入到下一個(gè)動(dòng)作過(guò)程;3)系統總開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，全部動(dòng)作停止，在原位置待命。
4結語(yǔ)
基于PLC控制的工業(yè)機械手不僅能夠實(shí)現三自由度機械手各關(guān)節獨立以及整體運動(dòng)，完成生產(chǎn)線(xiàn)上下料的自動(dòng)循環(huán)，同時(shí)綜合控制系統還能完成多個(gè)機械手之間的協(xié)同配合，從而完成料物的連續搬運。同時(shí)該系統在運行過(guò)程中，也可以根據實(shí)際需要進(jìn)行操作指令調整，滿(mǎn)足了系統對實(shí)際應用的需要，維護簡(jiǎn)單。
【參考文獻】
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