机械手的控制设计-阅读页

　　

【正文】 气缸2个气口装有单向节流阀，型号选择为SMC公司的ARJ1020F－M5。夹钳上不用位置检测开关。P2气缸1A：上升气缸 气缸2A：下降气缸 气缸3A:夹持气缸P1P2P1P2P1ABBABAS P R S P R S P R P气缸1A气缸2A气缸3A 气压驱动原理图 步进电机的驱动 机械手的小臂转动和机身的旋转都是用步进电机驱动的。在非超载情况下，电机的转速及停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。步进电机具有很多的优点：步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。 度，一圈360 度， 需要48 个脉冲完成。改变脉冲的顺序，可以方便地改变转动的方向。所以步进电机的工作性能,在很大程度上取决于所使用驱动电路的具体类型和性能指标。相数有两相、三相、四相、五相、六相等多种形式,目前常用的是两相或四相混合式步进电机。电压驱动又有单电压驱动 ((a) )和双电压驱动( (b) ) 。双电压驱动每相绕组导通时,首先施加高电压VH使步进电机相电流快速上升,当电流上升到规定幅度时,高电压VH被切断,切换到低电源电压VL维持电流,因去除了耗能很大的串联电阻,电路驱动效率大大提高,这种驱动方式采用高低两种驱动电源,但电源切换的控制电路相对复杂,因而较少采用。图 步进电机两种驱动方式 步进电机驱动的设计本设计用的是PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器,SI27300A两相或四相功率驱动器,用他们组成的四相步进电机功率驱动电路。步进电机使用较高电压电源 ,可使绕组电流几乎阶跃地上升到预定值 ,流过检测电阻的电流去控制斩波控制电路关断,绕组电路在续流回路中续流并下降,当电流下降规定时间后(达到某一电流值)由脉冲电路产生脉冲至斩波控制电路使斩波开关管接通,如此反复控制,由其反复开关绕组电流,进行斩波控制,使电流平均值趋向于维持恒定。Vcc2 0. 026)/PRsIoh (min)≈(0. 214(a)为双脉冲输入法,CU、CD分别控制步进电机正反转脉冲,(b)为单脉冲输入法,CK脉冲输入,步进电机正反转方向由CPD的电位高低决定。 PMM8713的两种脉冲输入方法PMM8713可以择3种励磁方式 ,每相最小灌入与拉出电流为20mA ,满足后级功率放大器的输出要求, 激励方式控制决定选择何种励磁方式(1相励磁、2相励磁、12相励磁3种励磁方式之一)。 步进电机驱动电路图步进电机选用的是42BYG009型混合式步进电机,驱动电压为直流24V。cm）定位转矩(gc㎡）42418020手腕的转动和机身的转动用的驱动和步进电机都是一样的。 驱动芯片的介绍 L298N为SGSTHOMSON Microelectronics 所出产的的双全桥电机驱动芯片内部包含4信道逻辑驱动电路。它内含两个HBridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号。其内部电路图为： L298N内部原理简图 驱动的设计因设计中只用一个直流电机，所以L298N芯片只用一个全桥。VCC是用来作为器件内部控制电路的电源，VDD是用来作为电机的驱动电源。直流电机旁的四个二极管作续流保护电路用的，型号为1N4148，直流电机的型号为5D9024。机械手具有5个自由度，可方便灵活地移动满足工业生产的要求。当四件物体放到固定的位置上，按下启动按钮，此机械手就会去抓取物件，待一个放到流水线，又会回来抓取另一个，四个都放到流水线了为完成一个周期。连续工作方式为机械手正常运作方式。当多档开关拨在单周期工作方式上，按下启动按钮，此时机械手开始工作，只是完成一个周期，即将四件物块抓取放到流水线上。在此中途中，若不想再往后检查机械手每个工步的状态，只需将多档开关拨到单周期即可，这样机械手便能自动完成剩下的工步。 机械手的各个动作有序，需要强有力的驱动和复杂的程序控制支持，前已述及了各个驱动。设计中机械手需要12个输入端口，9个输出端口，考虑PLC的余量，决定选用CPU226的。 PLC的I/O分配 根据控制要求，升降气缸需要2个行程开关，小臂即横梁上有5个行程开关（四个物块的定位和小臂伸开的定位），3个工作方式选择开关，一个启动按钮和一个停止按钮。其相应的分配点数为：表 I/O分配说明图输入点标称意义说明输出点标称意义说明SQ1下限位1YA步进电机1脉冲输出端SQ2上限位1YA0步进电机1输出方向控制端SQ0右限位2YA步进电机2脉冲输出端SQA左限位A2YA0步进电机2输出方向控制端SQB左限位B3YA下降电磁阀SQC左限位C4YA上升电磁阀SQD左限位D5YA1直流电机正向转动SA单周期工作方式5YA2直流电机反向转动单步工作方式6YA夹持器电磁阀连续工作方式DG开始指示灯SB1启动开关SB2停止开关其PLC与器件的逻辑连线如下图所示： PLC外围连接图 物块的位置控制及程序流程图机械手要完成抓取四个物块，四个物块的空间布置决定了程序中的设置，也即决定了各个驱动的控制。并且程序中应用了大量的辅助继电器，现列出一些重要的辅助继电器，以便顺利阅读程序。S7CPU226的PLC内置有高速脉冲，其最高输出频率为20KHz。单段输出即单段流水线输出，就是流水线中只能存储一个脉冲串的控制参数，初始PTO段一旦启动，必须按照对第二个波形的要求立即刷新SM（脉冲控制特殊寄存器）,并再执行PLS指令（脉冲输出），第一个脉冲串完成，第二个波形输出立即启动，重复这一步骤可以实现多个脉冲串的输出。包络表存放每个脉冲的参数，执行PLS指令，PLC会自动按包络表中的顺序及参数进行脉冲输出。而控制步进电机的脉冲输出分为三个阶段，起始频率、运行频率和停止频率。在程序中，要用到包络表，包络表中设置为三段，每段的初始周期、每个脉冲的增减量、脉冲数都可以设置。起始段和停止段在程序初始化中设置，在设置前首先将脉冲输出端置零，之后的脉冲设置用调用子程序的方法设置脉冲的个数和频率。表 步进电机脉冲设置参数段的种类初始周期（ms）每个脉冲的增量(ms)脉冲数段1100180段2200640段320180下面程序中给出了一个步进电机初始化的程序段： 步进电机控制程序初始化机械手按照固定的程序控制搬运四个物件，这就需要程序分别在不同的时候控制着步进电机的旋转角度。每完成一个物块的搬运，其会判断是否是最后一块，若不是，则执行自加一次，若是，则进行清零，机械手回到原点，准备进行下一个周期的搬运。步进电机旋转的角度控制和丝杆螺母的移动距离控制在程序中都是用调用子程序来设置的。其程序段为： 判断物件编号程序图在步进电机控制中，当需要其工作时，主程序会调用子程序，根据物块的编号在设置好脉冲时，会启动步进电机的工作，当脉冲输出完会产生中断，在中断中停止步进电机的工作和置位脉冲输出完标志，以此启动下一个工步！其程序段为（只给出一个步进电机的）： 步进电机旋转角度控制程序图前已述及，机械手共有三种工作方式：单周期工作方式、单步工作方式、连续工作方式，大大增添了机械手的实用功能。其程序如下。在其他工作方式下。在一个物块搬运要结束时。若想工作在单步方式下，只需将多档开关拨在单步方式下（）即可，如图中所示，为下一步程序的转换提供了条件，若想进行下一步，就再按一下启动按钮。工作在单周期方式下。 启动机械手程序图 工作方式控制程序图 PLC程序设计的总结 设计好的程序必须要经过严格的调试，在调试之前首先要检查硬件连接图，待硬件连接图无误后，接通电源，并启动机械手。 因为本设计机械手具有三种工作方式，首先应让其工作在单周期方式，观察并记录机械手每一工步的运行状态，每一个位置是否到位，驱动是否会产生如发热、震荡等现象。 待单周期工作方式大致稳定后，可进行单步调节，单步调节属于对机械手工作的细致调节，记录每一工步的运行时间，关键是工步与工步的衔接是否顺利。当单周期工作方式和单步运行工作方式调试符合要求后，可进行连续工作方式调试了，这个工作方式调试主要看是否能够满足机械手控制的整体要求，能否满足流水线搬运的要求。旨在培养我们综合运用所学的基础知识、专业知识去分析和解决生产实际问题的能力及培养正确的设计思想，并通过运用设计标准、规范、手册、图册、和查阅有关技术资料去进行理论计算、结构思考、绘制图样、写相关说明性材料，培养我们机械设计的基本技能和工程设计工作者的基本素质，为我们走上工作岗位打下坚实的基础。随着生产率水平的提高，人们对产品精度和质量要求越来越来严格，企业生产线的自动化程度要求越来越高，工业机械手已成为多数企业生产线上必不可少的设备。由于自己精力和时间有限，又现场经验不足，而且设计较难、任务繁重，所以在设计中会含有一些我无法克服的缺陷及错误，请老师批评指正。参考文献： [1] PLC原理及应用 [M].机械工业出版社，2009