基于PLC的机械手控制设计课程设计

### 基于PLC的机械手控制设计 #### 一、机械手系统概述与应用场景 机械手技术作为自动化领域的重要组成部分，在工业生产中的应用日益广泛。随着微电子技术和计算机软硬件技术的发展以及现代控制理论的进步，机械手技术得以迅速发展。其中，气动机械手因其介质来源简便、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，在工业领域占据着重要地位。 #### 二、四轴联动简易机械手结构及工作原理 四轴联动简易机械手由气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等组成。其工作过程包括： 1. **气控机械手**：由伺服电机驱动，可实现360°旋转，并配备光电传感器确定起始位置； 2. **XY轴丝杠组**：通过步进电机驱动，使得机械手可以在X、Y方向上进行移动，并配有X、Y轴限位开关； 3. **转盘机构**：可实现360°回旋，带动机械手及丝杠组自由旋转，电气拖动部分包括直流电动机、光电编码器、接近开关等； 4. **旋转基座**：作为支撑平台，支撑以上三个部分。 工作流程如下： - 当货物到达时，机械手系统启动； - 步进电机控制机械手下移，同时另一个步进电机控制机械手横向移动至货物上方； - 伺服电机驱动机械手旋转至抓取货物的位置，充气使机械手抓紧货物； - 步进电机驱动机械手上升，另一个步进电机驱动机械手横向移动至货物接收处； - 转盘直流电机旋转使整个机械手移动到指定位置； - 步进电机再次驱动机械手下移，到达指定位置后，机械手松开货物； - 系统回位，准备下一次动作。 #### 三、控制器件选型 为了实现精确控制，选用了以下关键器件： 1. **步进电机及其驱动器**：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。驱动器型号为SH-20403，采用10～40V直流供电，最大3A输出电流，支持多种细分模式，具有脱机保持功能和半密闭式机壳设计。 2. **伺服电机及其驱动器**：采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，额定输出50W、100/200V共用，配备增量式旋转编码器（脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r）。该电机具有高速响应、定位精度高等特点。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A。 3. **直流电机**：选用北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，具有调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高等特点。配套的无刷直流电机驱动器型号为BL-0408，采用24～48V直流供电，具备多种保护功能。 4. **旋转编码器**：在转盘机构上安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，用于精确测量转盘的旋转角度。 5. **PLC选型**：根据系统需求，选用了OMRON公司的CPM2A小型机。CPM2A具有丰富的内置功能，能够满足控制系统的要求。 #### 四、关键技术点总结 1. **伺服电机与步进电机的应用**：伺服电机适用于需要高精度定位和动态响应的场合，而步进电机则适用于不需要连续旋转且精度要求相对较低的应用场景。 2. **PLC控制系统**：CPM2A小型机作为核心控制单元，能够有效地管理各执行机构的动作顺序和协调工作，实现复杂的逻辑控制。 3. **机械手结构设计**：通过合理的机械设计，实现了机械手在三维空间内的精确移动和旋转，提高了搬运效率和灵活性。 4. **电机驱动器的选择**：不同类型的驱动器能够针对特定类型的电机提供最佳性能，确保系统的稳定性和可靠性。 基于PLC的机械手控制设计是一项集成了机械设计、电机控制和自动化控制等多方面技术的综合性项目。通过对关键部件的合理选型和精细调试，可以有效提升机械手的工作效率和精度，进而满足现代工业生产的需求。