基于三菱PLC控制的机械手应用

率和脉 冲数 目。这 一线性关 系的存在 ，加上步进 电机只有周期性误差 步进 电机根据发 出脉 冲数转换
而无累 计误差 的特点 ，使其在速度 、定位等控制领域应用非常广泛 。 成垂直线位移距离 ，机械手下
１ 工 作 原理
机械手 由驱动系统 、控制系统 、检 测装置 和机械执行机构组成 ； 其机械执行机构主要 由５部分组成 ：水 平移动 、垂直移动 、底盘旋转 、手臂 水平旋转和手抓夹持 （见 图１）。
缩 ）回到 水平轴原 点位置 （水平 轴左行 限位开关Ｘ０动作 ）。机械 手
作者简 介 钟波 ，广州铁路职业技术学院电气工程 系教师，从事电
回到水平轴原点后 ，机械手的旋转底 盘由直流电机驱动反转 （逆时针 气 自动化技 术教 学。 旋转 ）到底盘原点 （限位检测ｘｌ３动作 ），电机停转 。之后 ，机械 手
的原点判断及限位保 护都是采 用接 近开关进行检测。 以垂直运动系统为例介绍机械手 的工作原理 。垂直轴运动 系统主
要由步进 电机、微动开关组 成。步进 电机为垂直运动提供动力 ，与步 进 电机驱动器配合 ，ＰＬＣ发 出设定脉冲 ，脉 冲信 号转变为垂直线位移
右行 （前伸 ）移动距离的脉冲 ，
图２ 控 制 过 程
算操作的电子控制装 置。由于其具有可靠性高 ，功能强 ，编程简单 ， 出脉冲数转换 成线位 移距 离，
人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制 系统 。
机械手达到 ｌ舟工位正上方 ，水
步进 电机是将 电脉冲信 号转变 为角 位移或 线位移 的开环执 行元 平轴步进 电机停转 。接着ＰＬＣ 件。在 非超 载情况 下 ，电机的转 速、停 止位置只取决于脉冲信号的频 发 出机械手下行脉冲 ，垂直轴
用，消除了对物体的位置要求，大大提高了它的适鹰性，真正具备了在三维空间内大范围作业的功能。
关 键词 三菱ＰＬＣ 机械 手 自由度
机械手能模仿人手和臂 的蔡 些动作功能 ，按照设定程序 、轨迹和 的手臂 由直流 电机驱动正转 １８０。
要求 ，抓取 、搬运物件或操作工 具的 自动操 作装置 ，以实现生产的机 （顺时针水平旋转 ）到手臂原
（１）机 械手各执行 机构 复位 。初 始脉冲设 置初始状态 ，使 得机
经过 调试 ，步进 电机的运转无抖动和失步现象发生 ，机械手系统 处于 良好 的运行状态 ，定位准确 、工作可靠 ，适合用于工业 中单调 、 频 繁的搬运或抓取类工作 。
械手手爪放松 （机械手 手爪 电磁阀通 电放松 ，断电夹 紧 ），２ｓ后机械 手垂直轴步进 电机根据 ＰＬＣ发 出的脉冲数转换成垂 直线 位移距 离 ，使 机 械手 上升 ，直 到 回到 垂直 轴原 点 位置 （垂 直 轴上 限位 开关 Ｘｌ动 作 ）。机械 手 回到 垂直 轴原 点 后 ，机 械 手的 水平 轴步 进 电机 根据
（３）机械 手２＃工位运动。 完成 ｌ＃工位工件夹持后 ，机械 手旋转底盘 由直流 电机驱动顺 时针旋转 ．底盘旋转到２＃工位 （限位传感器ｘ１２置位 ），直
２ 控制系统设计
流 电机停转 。ＰＬＣ发出机械手
控 制系统采用 三菱ＦＸ２Ｎ一４ｑ８ＭＴ可编 程控制器 来实现五 自由度机 械手运动的控制过程 。系统在 电气 设计上 ，水平 轴和 垂直轴平移机构 采用 步进 电机进行控制 ，旋转 手臂及 旋转 底盘采用 直流 电机进行控 制 ，夹持手采用气动 电磁阀来进行控制 。机械 手在动作过程 的原点 判 断及限位保护都是采用微动开关来进行设 计，机械 手臂 以及旋转底 盘
放在２＃工 位上 ，并完成机械手上升 、后缩动作 ，由机械手 回原点程序
段完成 。
距 离后 ，机械 手停止 动作 ，并 转至下一步工作状态 。脉冲参数设定值 ３ 结 束语
用来计量 电机 的旋转 圈数 ，从 而可 以精确计算垂直运动的距离 ，起到 定位的作 用。为防止机械手运 动超 程 ，设微动开关傲极限保护 。具体 控制过程如下 。
技 术 创 新
南 肛 科 ｊ宝 ２０１０年第６期 ９２
基 于 三 菱Ｐ ＬＣ控 制 的机 械 手 应 用
钟 波 赵 华 军
（广 州 铁 路 职 业 技 术 学 院 ）
摘 要 本文介 绍三 菱ＰＬｃ控 制五 自由度机械 手 ，为 了提 高机械 手在工 业生产 中定位 的精 度 ，提 出了步进 电机在机械 手定位 应
（收稿 日期 ：２０１０－０４－０７）
械化和 自动化 ，因而广泛应用于 机械 制造、冶金 、电子 、轻工和原子 点 （限位检测ｘｌｌ动作 ）。底盘
能等部 门。机械手主要 由手部和运动 机构组成 ，使手部完成各种转动 和机械手臂的旋转角度用金属传
（摆动）、移动或复合运动来 实现规 定的动作 ，改变被抓持物件 的位置 感器Ｘ１３、Ｘｌｌ进行检测 。此时 ，
参考文献 …１ 张 万忠．可 鳊程控 制 器应 用技 术．北 京 ：化 学工业 出版 社 ，２００５．５ ［２】 钟肇新．可编程控制器原理及应用．广州：华南理工大学出版社。
２００８．２
ＰＬＣ发 出发 出的脉 冲数转换 成 水平 线位 移距离 ，使 机械手左 行 （后
ｆ３】 三菱微型可编Leabharlann Baidu控制 器蝙程手册．２００７
后缩 ，底盘旋转复位 ，手臂顺时针旋转复位 ，循环工作 。
降到ｌ＃工位 ，垂直轴步进 电机 停转。步进 电机到达 ｌ舡 位后 机械手爪 电磁阀失 电，机械手 爪夹持工件 ，２ｓ后ＰＬｃ先后发
出上升和左行 （后缩 ）脉冲 ， 机械手进行上 行和左 行 （后缩 ） 运动 。此 时 ，机械 手完成ｌ＃工 位工件夹持工 作。
和姿势。运动机构的升降 、伸缩 、旋转 等独立运动方式 ，称为机械 手 机械手五个执行机构完成复位。
的 自由度。 自由度是机械手设计的关键参数 。 自由度越 多 ，机械 手的
（２）机械手ｌ静工位运动 。
灵活性越大 ，通用性 越广 ，其结构 也越 复杂。
ＰＬＣ发 出机械手右行 （前伸 ）
可编程控制 器（ＰＬＣ）是一种专 门为工业应 用而设计 的进 行数字运 脉 冲 ，水 平轴步进电机根据发
水平移动丝杠和垂直移动丝杠将机 械手移动至ｌ｝｝工位上 ，手爪 夹持 ｌ＃工位 上的工件 ，２Ｓ后机械手上升 、后缩 ；机 械手旋转到２＃工位方 向 ，机械手前伸 ， 手臂逆 时针旋转 １８０。，然后下行 ，将 、～ ～ 一 一
工件放在２＃工位上 ：２ｓ后机械手上升 、
图１机械手机构图
机械手前伸 ；之后机械手的手
臂由直流电机逆时针旋转１８０。
（旋转 限位传感器ｘｌＯ置位 ），
图３程序状态转移图
直流电机停转 。最后 ＰＬＣ发 出机械 手下行移动的脉冲 ，机械手 下行 ，
到 达 工位。在２＃Ｔ位 ，机械手放置工位 ，动作 与机械 手各执 行机构
复 位相 同 ，为了使程序简练易读 ，机械手在２＃工位手 爪放松 ，将工件