基于 PLC 的机械手控制设计
关键词：机械手 伺服电机 PLC 步进电机
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-20403 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
