四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機械手介紹及其控制

一四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機械手的結構及動(dòng)作過(guò)程
　　
機械手結構如下圖1所示，有氣控機械手(1)、XY軸絲杠組(2)、轉盤(pán)機構(3)、旋轉基座(4)等組成。

其運動(dòng)控制方式為：(1)由伺服電機驅動(dòng)可旋轉角度為360°的氣控機械手(有光電傳感器確定起始0點(diǎn))；(2)由步進(jìn)電機驅動(dòng)絲杠組件使機械手沿X、Y軸移動(dòng)(有x、y軸限位開(kāi)關(guān))；(3)可回旋360°的轉盤(pán)機構能帶動(dòng)機械手及絲杠組自由旋轉(其電氣拖動(dòng)部分由直流電動(dòng)機、光電編碼器、接近開(kāi)關(guān)等組成)；(4)旋轉基座主要支撐以上3部分；(5)氣控機械手的張合由氣壓控制(充氣時(shí)機械手抓緊，放氣時(shí)機械手松開(kāi))。
　　
其工作過(guò)程為：當貨物到達時(shí)，機械手系統開(kāi)始動(dòng)作；步進(jìn)電機控制開(kāi)始向下運動(dòng)，同時(shí)另一路步進(jìn)電機控制橫軸開(kāi)始向前運動(dòng)；伺服電機驅動(dòng)機械手旋轉到達正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機械手夾住貨物。
　　
步進(jìn)電機驅動(dòng)縱軸上升，另一個(gè)步進(jìn)電機驅動(dòng)橫軸開(kāi)始向前走；轉盤(pán)直流電機轉動(dòng)使機械手整體運動(dòng)，轉到貨物接收處；步進(jìn)電機再次驅動(dòng)縱軸下降，到達指定位置后，氣閥放氣，機械手松開(kāi)貨物；系統回位準備下一次動(dòng)作。
　　
二控制器件選型
　　
為達到精確控制的目的，根據市場(chǎng)情況，對各種關(guān)鍵器件選型如下：
　　
1.步進(jìn)電機及其驅動(dòng)器
　　
機械手縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)選用的是北京四通電機技術(shù)有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機，步距角為0.9°/1.8°，電流1.5A。M1是橫軸電機，帶動(dòng)機械手機構伸、縮；M2是縱軸電機，帶動(dòng)機械手機構上升、下降。所選用的步進(jìn)電機驅動(dòng)器是SH-20403型，該驅動(dòng)器采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅動(dòng)，最大3A的8種輸出電流可選，最大64細分的7種細分模式可選，輸入信號光電隔離，標準單脈沖接口，有脫機保持功能，半密閉式機殼可適應更惡劣的工況環(huán)境，提供節能的自動(dòng)半電流方式。驅動(dòng)器內部的開(kāi)關(guān)電源設計，保證了驅動(dòng)器可適應較寬的電壓范圍，用戶(hù)可根據各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來(lái)說(shuō)較高的額定電源電壓有利于提高電機的高速力矩，但卻會(huì )加大驅動(dòng)器的損耗和溫升。本驅動(dòng)器最大輸出電流值為3A/相(峰值)，通過(guò)驅動(dòng)器面板上六位撥碼開(kāi)關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)，對應8種輸出電流，從0.9A到3A以配合不同的電機使用。本驅動(dòng)器可提供整步、改善半步、4細分、8細分、16細分、32細分和64細分7種運行模式，利用驅動(dòng)器面板上六位撥碼開(kāi)關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。
　　
2.伺服電機及其驅動(dòng)器
　　
機械手的旋轉動(dòng)作采用松下伺服電機A系列小慣量MSMA5AZA1G，其額定輸出50W、100/200V共用，旋轉編碼器規格為增量式(脈沖數2500p/r、分辨率10000p/r、引出線(xiàn)11線(xiàn))；有油封，無(wú)制動(dòng)器，軸采用鍵槽連接。該電機采用松下公司獨特算法，使速度頻率響應提高2倍，達到500Hz；定位超調整定時(shí)間縮短為以往松下伺服電機產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能，可彌補機械的剛性不足，從而實(shí)現高速定位，也可通過(guò)外接高精度的光柵尺，構成全閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高系統精度。具有常規自動(dòng)增益調整和實(shí)時(shí)自動(dòng)增
　　
益調整兩種自動(dòng)增益調整方式，還配有RS-485、RS-232C通信口，使上位控制器可同時(shí)控制多達16個(gè)軸。伺服電機驅動(dòng)器為A系列MSDA5A3A1A，適用于小慣量電動(dòng)機。
　　
3.直流電機
　　
可回旋360°的轉盤(pán)機構有直流無(wú)刷電機帶動(dòng)，系統選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無(wú)刷直流電機，其調速范圍寬、低速力矩大、運行平穩、低噪音、效率高。無(wú)刷直流電機驅動(dòng)器使用北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的BL-0408驅動(dòng)器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉向控制、過(guò)流、過(guò)壓及堵轉保護，且有故障報警輸出、外部模擬量調速、制動(dòng)快速停機等特點(diǎn)。
　　
4.旋轉編碼器
　　
在可回旋360°的轉盤(pán)機構上，安裝有OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉編碼器，編碼器將信號傳給PLC，實(shí)現轉盤(pán)機構的精確定位。
　　
5. PLC的選型
　　
根據系統的設計要求，選用OMRON公司生產(chǎn)的CPM2A小型機。CPM2A在一個(gè)小巧的單元內綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設定和時(shí)鐘功能等。CPM2A的CPU單元又是一個(gè)獨立單元，能處理廣泛的機械控制應用問(wèn)題，所以它是在設備內用作內裝控制單元的理想產(chǎn)品。完整的通信功能保證了與個(gè)人計算機、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機械手能方便的融合到工業(yè)控制系統中。
　　
三軟件編程
　　
1.軟件流程圖