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欧姆龙PLC在机械手控制中的应用

2015/2/28    来源:佳工网        
关键字:PLC  机械手  伺服电机  
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便地嵌入到工业生产流水线中。

  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。

机械手结构
机械手结构

  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细分的7种细分模式可选,输入信号光电隔离,标准单脉冲接口,有脱机保持功能,半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境,提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计,保证了驱动器可适应较宽的电压范围,用户可根据各自情况在10~40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩,但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器最大输出电流值为3A/相(峰值),通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态,对应8种输出电流,从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式,利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。

  2. 伺服电机及其驱动器

  机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G,其额定输出50W、100/200V共用,旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线);有油封,无制动器,轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法,使速度频率响应提高2倍,达到500Hz ;定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能,可弥补机械的刚性不足,从而实现高速定位,也可通过外接高精度的光栅尺,构成全闭环控制,进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式,还配有RS-485、 RS-232C 通信口,使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A,适用于小惯量电动机。

责任编辑:陈浩
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