基于S7-200PLC的四自由度机械手控制系统设计

２ ０ １ ３年 第 ８期
—— ／ ＿ ＿ １ ０ ． １ Ｑｏ ． ｏ — — ■／ ＿ ＿ Ｉ Ｏ ． ２ Ｑｏ ． １ —— ／ ＿ － Ｉ Ｏ ． ３ ＱＯ ． ２ —— ／ ＿ ＿ Ｉ Ｏ ． ４ ＱＯ ． ３
— —
１ ０ ． ５ Ｑ Ｏ ． ４
１ ． 阀门 ２ ． 减压阀 ３～１ ２ ． 节流阀 １ ３、 １ ４ ． 消声器
１ ５～ ２ ４． 电磁 阀 ２ ５ 汇 流板
泛 应用 在小 空 间 内的零件 搬 运 。机 械 手通 过 传感 器 给 予 外部 信号 ， 应用 Ｐ Ｌ Ｃ实 现顺 序 控 制 ， 其 气 动 原 理 如
／＿ ＿ Ｉ Ｏ ． ７ ２ Ｌ＋ ５ Ｖ ＿ ＝
ＺＭ
制 系统对 Ｐ Ｌ Ｃ Ｉ ／ ／ Ｏ点数 的要 求 。Ｐ Ｌ Ｃ的输 入输 出地 址
分配 分别 如表 １ 和表 ２所 示 。
表 １ 输 入 控 制信 号地 址 分 配
—＿
—— ／ ＿＿ １ ０ ． ６
２ ４ Ｖ ｛ Ｆ － － Ｚ Ｍ Ｑ Ｏ ． ５ 二丽
选用 Ｐ Ｌ Ｃ是 Ｓ ７ ． ２ ０ ０系 列 Ｃ Ｐ Ｕ ２ ２ ４ Ｘ Ｐ Ｃ Ｎ型机 ， 该 Ｐ Ｌ Ｃ有 １ ４个 输人 点 、 ｌ ０个 输 出点 ， 可 以满 足所 设 计 控
—＿ ｌ ｒwk.baidu.com １ Ｍ ／＿ ＿ １ ０ ． ０ Ｉ Ｍ １ Ｌ＋
５ Ｖ ＿ 二
ｌ ３ ｌ ４
的 ±９ ０ 。 旋转 ， １只 Ｓ Ｕ型 气缸 实 现垂 直运 动 ， １只 ＭＡ Ｌ 型气 缸 实 现 手 爪 的伸 缩 运 动 ， １只 ＭＳ Ｑ Ｂ型 气 缸 实 现
手 爪 的 ±１ ８ ０ 。 旋转 以及 １只气动 手爪 。该 机 械 手可 广
量 旋 转 气 ！ 缸 手 爪开 一… 合 气 一 缸
引 言
手臂水平 伸缩气缸 手臂竖直 升降气缸 手臂左右 旋转气缸
四 自由度机 械 手在 生 产 中得 到 了广 泛 的应 用 … 。
Ｐ Ｌ Ｃ是一 种方 便 开发 与联 网且 抗干 扰 能力强 的可编 程
逻 辑控 制 器件 ， 在 自动 化 生 产 线 中也得 到 了广 泛 的应 用 ， 针 对一 款 四 自由度 机 械 手 ， 应用 ｓ ７ ． ２ ０ ０型 Ｐ Ｌ Ｃ 设 计 了其控 制 系统 。 １ 机械 手 的机 械 结构及 气 路设计 图 １为 四 自由度 机械 手 的 照 片 ， 该 机 械 手 的组 成 为： １只 Ｑ Ｇ Ｋ型齿 轮齿 条式 摆 动 气缸 实 现 整 个 机械 手
作者简介 ： 于复生 （ １ ９ ６ ９ 一） ， 男， 山东潍 坊人 ， 教授， 博 士后 ， 主要从事精密测控 系统 与机器人工程研究工作 。
液压 与 气动
１ ４点 ， 分 别为 ： 五个 气 缸 的动 作 开 关 （ １ Ｏ点 ） 、 两 对 限 位开 关 的信 号 输 人 点 （ ４点 ） ； 所 需 输 出点 数 为 １ ０点 ， 即： 五对气 缸 的 电磁 阀控 制 （ １ ０点 ） 。
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ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ １ ８ ３ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ － ４ ８ ５ ８ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ２ ４
液压与 气动
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基于 ￥ ７ － ２ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ 的 四 自 由度 机 械 手 控 制 系 统 设 计
于复 生 。段登家 。杜桂林 ， 李 涛
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｕｎ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ ４ 一 ＤＯＦ Ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ７ — ２ ０ ０ ＰＬ Ｃ
Ｙ Ｕ Ｆ ｕ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ，Ｄ Ｕ Ａ Ｎ Ｄ ｅ ｎ ｇ － ｊ ｉ ａ ， Ｄ Ｕ Ｇ ｕ ｉ ． １ ｉ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｔ ａ ｏ
— — — ， ， 一 Ｉ １ ． ｏ ＱＯ ・ ６ — — — ， 一 Ｉ １ ． １
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ２ － ２ ７ 图 １ 四 自 由度 机 械 手
基金项 目： 国家 自然基金资助项 目（ ５ １ ０ ７ ５ ２ ４ ５ ）
本 研究 控制 的机 械手 主要 用 于小 空 间内 的零件搬 运， 由于 ２个 旋转 气 缸可 通过 机械设 置 其两 个止 点 ， 故
（ １ ． 山东建 筑大学 机 电工程 学院 ，山东 济南 ２ ５ ０ １ ０ １ ； ２ ． 山东省高校机械工程创新技术重 点实验室 ，山东 济南 ２ ５ ０ １ ０ １ ）
摘
要： 设 计 了基 于 Ｐ Ｌ Ｃ的 四 自由度机 械 手控 制 系统 ， 用Ｐ Ｌ Ｃ 实现 了外 来信 号 触发 的 对 电磁 阀的顺 序
图 ２所 示 。
图 ２ 机械手的气路原理图
只设 置 了垂 直 与水平 两 对 限位 传感 器 ， 对机 械 手 气 缸 动作快 慢 的 控 制 主 要 由节 流 阀控 制 气 缸 的通 气 量 来
实现 Ｊ 。
２ 控 制 系统 的硬 件设 计
根 据 系统 的控制要 求 ， 共 需要 Ｐ Ｌ Ｃ 的输 入 点 数 为
控制 ， 完成 了机械 手 手臂 水平 伸 出放 回 、 手臂 竖直升 降 、 手臂 旋 转 、 手 爪旋 转 及 手爪 开 合 等功 能 ， 介 绍 了相 应
的硬 件 和软 件设 计 。
关键 词 ： ￥ ７ － ２ ０ ０ ； 四 自由度 气动机械 手 ； 控制 系统 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ １ ３ ８ ． ７ 文献 标 志码 ： Ｂ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ － ４ ８ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ － ０ ０ ８ ９ － ０ ３