1、 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
2、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。四 结束语四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由 PLC 控制，不仅能满足机械手的手动、半自动,自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成 PLC 工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机械手能方
3、便地嵌入到工业生产流水线中。1 引言 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。图 1 是机械手搬运物品示意图。图 1 机械手搬物示意图图中机械手的任务是将传送带 A 上的物品搬运到传送带 B。为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关 SQ1、SQ2 、SQ3、SQ4、 SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带 A 上装有光电开关 SP，用于检测传送带 A 上物品是否到位。机
4、械手的起、停由图中的起动按钮 SB1、停止按钮 SB2 控制。传送带 A、B 由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。2 机械手的动作流程传送带 B 处于连续运行状态，故不需要用 PLC 控制。机械手及传送带 C 顺序动作的要求是：1) 按下起动按钮 SB1 时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作；2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；4) 启动传送带 A 运行，由光电开关 SP 检测传送带 A 上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械
5、手抓紧，至抓紧限位开关动作；5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时 2 秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。9) 按下停止按钮 SB2 或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。根据对机械手的顺序动作要求，可以画出时序图如图 2 所示。由时序图可作出图 3 所示的机械手动作流程图。图 2 机械手佛那故作布序图图 3 机械手动作流程图3 PLC 选型及其 I/O 点编号分配3.1 PLC 的选型由于机械手系统
6、的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对 PLC 进行监控和管理，故选用日本 OMRON（立石）公司生产的多功能小型 C20P 主机。该机输入点为 12，输出点为 8。内部主要有：136 个辅助继电器、16 个特殊功能继电器、160 个保持继电器、8 个暂存继电器、 48 个定时/计数器、 64 个 16 位数据存贮器。3.2 I/O 点编号分配根据图 3 所示的机械手动作流程图，可以确定电气控制系统的 I/O 点分配，如表 1 所示。表 1 机械手控制 I/O 分配表根据图 3 流程图和表 1 的 I/O 分配表，可以编制出状态转移图如图 4 所示。图 4 机械手
7、状态转移图4 编程及程序运行4.1 用步进指令编程根据图 4 状态转移图，编制的步进梯形图程序如图 5 所示。图 5 中，“全部输出禁止 ”部分的作用是在停止时禁止全部输出，使机械手停止在现行的工步上；重新起动时又能从停止前的工步继续动作。在状态由 HR010 转移至 HR000 的条件中，增加了保持继电器的常闭触点，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若PLC 断电或停止运行，机械手停止在中间工步上。 PLC 复电或重新投入运行后，由于保持继电器 HR 具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，中有某一个是断开的，使得 HR000 不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步
8、继续动作。4.2 程序运行按下起动按钮 SB1，输入点 0000 为 ON,则作为互锁条件的辅助继电器 1000 为 ON，互锁指令 IL 接通，IL 与 ILC 之间的线圈正常工作，“全部输出禁止” 解除。若(抓图 1)常闭触点都为 ON，保持继电器 HR000 接通，输出点 0503 使上升电磁阀得电，手臂上升。当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点 0005 闭合，保持继电器 HR001 接通，HR000 复位，输出点 0501 使左转电磁阀得电，手臂左转。. 以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。当状态转移到 HR008 为 ON 时，输出点 0506 使放
9、松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器 TIM00 计时。当计时 2 秒到，状态又转移到 HR000，程序又重新从第一工步开始循环。停止时，按下停止按钮 SB2， 0001 断开，辅助继电器 1000 为 OFF，互锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。当重新按起动按钮时，互锁指令接通，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为 ON 的工步动作。5 结束语本文介绍了日本 OMRON 公司生产的 C 系列 P 型小型多功能 PLC 在机械手步进控制中的设计应用。说明了机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法。本文介绍的程序已在实际生产中获
10、得了成功的应用。步进电机步进电机原理说明步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机的用途
11、步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 同步电机和步进电机的区别 伺服电机 步进电机属于执行电机。同步电动机和异步电动机属于一般电机。四者的联系都是将电能转化为机械能。区别是控制的方式不同。伺服电机用在数控机床，而步进电机用在打印机，磁盘驱动器上。同步电机一般用在机械手起定位作用，异步电机用的就比较多了。 按电源
12、可分为直流电机和交流电机。 按励磁方式可分为串励。，并励，他励。 按用途可分为普通的和特殊的比如：伺服电机 步进电机，直线电机等三相步进电机选型指南 1、系统常识：步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能，不但取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。对步进电机驱动器的研究几乎是与步进电机的研究同步进行的。2、系统概述：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。3、系统控制：步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动器）。控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
