基于可編程控制器的機械手控制系統的設計

張紅

摘 要：機械手技術包含了機械學、電氣液壓技術、自動化控制技術以及計算機技術等各種科學技術。文中介紹了機械手的一般工作原理，設計了基于可編程控制器主控的機械手，明確了硬件的組成框架以及軟件的構成體系。通過實驗證明，此項機械手有操作簡便、性能穩定的優勢，控制系統的開放性和可擴展性良好。

關鍵詞：可編程控制器；機械手；機器人

現如今機械制造業中，機器人已經有廣泛的應用空間，代替人類完成著各種大批量、高質量的工作。在我國“十一五”規劃的指導督促下，國內的機器人研究和實際應用已經得到了長遠的發展。本世紀的制造業必然會邁入一個全新的發展階段，機器人和其他的各種智能化機器以及自動化的設備都會在空間以及海洋探索的過程中獲得廣闊的發展前景。

1 機械手工作原理

機械手在進行工作的過程中，先是要借助PLC發出的電控制信號給電磁閥。電磁閥在工作過程中輸出的氣信號再到氣控閥，氣控閥在接收到信號之后，把動力輸送給氣缸，之后氣缸進行運動，運動到指定的程序之后，接觸到機械閥，機械閥把氣信號傳遞到氣電繼電器中[1]。氣電繼電器把電信號傳送到機械手的操作體系之中。PLC再依照氣缸的實際到位情況，依照程度指令執行下一個步驟的操作。

2 PLC控制模型的硬件設計

機械手模型中的PLC控制運行體系的硬件組成結構包含了滾珠絲桿、滑桿、氣缸、步進電機、傳感器等等。此項運行體系屬于PLC技術、位置控制技術以及氣動技術有序結合的一種機械手模型的控制運行體系。下圖（圖1）為PLC系統框架圖。

步進電機驅動器包含了電源的輸入部分、信號的輸入部分、信號的輸出部分等等，借助驅動器能夠較好的對步進電機的轉速、方向等做把控。整個的運行體系使用AT89C2051構成的步進電機驅動器做步進電機的驅動，AT89C2051把控制脈沖從P1口的P1.4～P1.7做輸出，反方向之后再進入至放大的環節，放大之后進行光電開關的控制，做光電隔離之后，借助功率管把脈沖信號做電壓以及電流的放大，驅動步進電機的各個相繞組。此項運行體系的底座以及氣夾的正反轉限位都是使用接近開關，借助對基座以及氣夾上的技術塊位置調整，能夠在一定的區間內將基座以及氣夾的旋轉角度做改變。機械手的伸縮和升降使用的都是行程開關的限位，同時借助對行程開關位置的調整對橫軸以及豎軸的實際運動范圍做調整。

3 機械手軟件設計

3.1 軟件設計流程

機械手的操作流程按照的次序是抓取工作、搬運工作、工作定位和恢復初始形態、軟件能夠借助梯形圖做編寫。機械手手臂伸出到一定位置之后，傳感器會檢測到機械手伸出的具體位置，之后驅動機械手手爪的松開。機械手手爪松開之后，機械手的手臂會下沉，一直到最底端位置，機械手氣爪加緊，從一開始到整個工件抓住的過程耗時約1秒[2]。到這個過程中，整個機械手的抓取工作算順利完成。機械手搬運工件流程圖參見圖2。

機械手在將工件抓緊之后，懸臂會下沉，限位傳感器在接收到信號之后，驅動的手臂氣缸會慢慢上移。手臂提升至一定的位置之后，機械手手臂會慢慢回收，手臂一直到最后端位置，機械手便會朝左旋轉到位。之后機械手伸出再到指定位置，機械手下沉，到位。機械手搬運到位的具體要求，便是工件二檢測到位，氣抓左旋，工作固定在一定的區間，整個過程限時1秒，之后機械手氣爪松開。整個檢測程序便全部完成。機械手又會回復至最初的模式。機械手將工件松開之后，手臂會回縮至固定位置。機械手右旋至固定位置，之后機械手回復至最初形式。

3.2 抗干擾設計

為了有效的確保整個運行體系在工業電磁環境中不會受到或者少受到內外電磁造成的影響，需要設計伊始就使用三個控件做抑制操作，分別是：抑制干擾源、阻斷或者衰減電磁干擾的傳播渠道、有效提升設備以及運行體系的抗干擾能力。此項控制運行體系的主要抗干擾方式包含了以下幾點內容：第一，使用有較高性能的電源，控制電網中加入的干擾程序；第二，硬件濾波和軟件的抗干擾方式，信號在接入計算機之前，會在信號線和地之間串聯并接上一個電容，進而有效的減少共模造成的干擾，并且在兩極之間多加入一個濾波器設備，能夠較大程度的減少差模造成的干擾。

4 結語

在未來的技術領域上，機械手的完善過程還需要進一步探索。文中設計在多次的實驗之后，表明了機械手操作方便、性能穩定的特點，除此之外，此項操作體系的開放性以及可擴展性都十分突出，同時在使用的過程中，能夠依照使用要求，更加便利的增加或者刪減各個組成控件，進行自主創新建設。

[參考文獻]

[1]吳建強.可編程控制器原理及其應用[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2010：12-60.

[2]劉麗華.基于PLC控制的教學型旋蓋氣動機械手設計[J].液壓與氣動，2010，05（13）：51-52.