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四轴联动简易机械手 1绪论 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、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。 2四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)、 丝杠组 (2)、转盘机构 (3)、旋转基座 (4)等组成。 图 2械手结构图 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。 3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： 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42两相混合式步进电机 ,步距角为 ,电流 横轴电机 ,带动机械手机构伸、缩 ;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 ,该驱动器采用 10 40V 直流供电 ,H 桥双极性恒相电流驱动 ,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 40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 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。 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 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 500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 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 用于小惯量电动机。 流电机 可回旋 360的转盘机构有直流无刷电机带动 ,系统选用的是北京和时利公司生产的 57刷直流电机 ,其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的 动器 ,其采用 24 48V 直流供电 ,有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护 ,且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。 转编码器 在可回旋 360的转盘机构上 ,安装有 6编码器将信号传给 现转盘机构的精确定位。 选型 根据系统的设计要求 ,选用 司生产的 型机。 一个小巧的单元内综合有各种性能 ,包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。 元又是一个独立单元 ,能处理 广泛的机械控制应用问题 ,所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它 C 和 些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。 4软件编程 件流程图 流程图是 序设计的基础。只有设计出流程图 ,才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表 ,最终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求 ,绘制流程图如图 2 所示。 图 4件流程图 序部分 由于 论文篇幅有限 ,这里只列出了开始两段程序 ,供读者参阅 ,见图 3。 图 4序列表 5结束语 四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由 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 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。 of is on of of do of in an of Y is to be in of or of of as in of 1), XY 2), 3), 4), (1) by 60 (2) by , Y , Y (3) 60 in by dc to (4) (5) by to of to of to C so go to at to To to of a of as 1. Y X is o., 2of , M1 is M2 is of 0 40V DC A of 4 to be to to be to a to to 0 40A / IP on be ,6,7 8 of to of A to , 8 16 32 4 of of IP ,2be 2. of 0W, 100/200V of 500p / r, 0000p / r, 1 ; a no s 00 / 4. up of in to be an to to a in up 6 a to 3. DC 60 of be a C is 7C C ees by 4 48V DC a is so 4. 60 in on 6A2 to to of 5. to in a a of PU is a of a of of it is in of C 1. is it be to a So a of is to to on . 2. is by LC of a of LC be
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