基于PLC的機械手臂控制系統設計的研究

應帥

摘 要：機械手臂為目前常用的一種先進工業技術裝置，其在較多的工業生產制造中應用較多。為了實現對機械手臂按要求進行動作控制，本文通過對機械手臂工作過程特點以及控制要求進行分析，利用PLC技術提出了一種基于PLC的機械手臂控制系統設計的研究。利用PLC作為電氣控制的核心對整個機械手臂的控制系統硬件進行了設計，從電氣控制系統的設計等方面進行介紹，為后續機械手臂的控制系統設計提供了有利的參考。

關鍵詞：機械手臂 PLC 控制系統 先進工業技術裝置

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0081-02

科學技術突飛猛進的發展給人們的生活帶來了極大的改善，為人們的生產勞動帶來了重大的變革。隨著國民經濟的不斷發展以及人們生活質量的不斷提升，人們對工業制造的要求也越來越高。近些年，在電氣電子技術以及機械技術飛速發展的帶動下，工業制造加快了向自動化、綠色環?；确较蜣D型。機械手臂是工業自動控制領域出現的一項新技術。機械手臂作為目前常用的一種先進工業技術裝置，由于具有體積小、綠色環保無污染、動作靈敏等特點，是當下高新技術發展的熱點之一，成為了現代工業制造生產過程中的一個重要成分，深受廣大制造廠家的喜愛[1-2]。目前機械手臂被廣泛用于貨物裝箱流水線、機械加工、鍛造、貨物搬運等多種多樣的自動化工業生產中。通過應用機械手臂不僅可以減輕企業的生產勞動成本，降低勞動者的工作強度，而且還能有效提高產品的生產效率，提高生產作業中的安全保障。尤其是在溫度異常、具有易燃易爆、具有毒害氣體以及放射性物質的環境下，通過機械手臂來替代人工操作就凸顯出了非凡的意義。本文通過對機械手臂的特點進行分析，采用PLC技術提出了一種基于PLC的機械手臂控制系統設計的研究。

1 機械手臂特點分析

當前較多機械手臂通過較高精度的驅動控制單元構成，采用的是液壓驅動的方式。機械手臂主要結構如圖1所示[3-5]。從圖1可見，機械手臂主要由機身、水平以及垂直手臂、機械手等組成。通過直角坐標形式可在X、Y兩個自由維度上實現水平手臂的伸縮和抓取、垂直手臂的升降和抓取等動作。機械手臂在水平和垂直方向上的移動主要依靠橫向移動液壓缸以及縱向移動液壓缸來控制。

從圖1可見，無論機械手臂是在水平或者垂直方向上動作，機械臂都擔任著懸臂梁的作用，當機械手臂伸長幅度較大且機械手抓有重物時，機械臂需要承受較大的彎曲力度，此時就要求機械臂要具備強抗彎性。機械手臂的自重不能太大，而且機械手臂上的動力裝置應該便于裝卸。另外，由于機械手臂的抓重太大，導致轉動過程中轉動慣量較大，所需要的力以及力矩也應較大，故而采用液壓驅動較為合適[6-7]。

2 電氣控制系統的設計

為了實現對機械手臂的動作進行準確、快速的控制，在此采用PLC作為主控器設計了控制系統。執行單元主要由雙作用單桿氣缸、單作用氣缸以及兩位三通電磁閥進行推動缸的控制，在控制系統中還將單向節流閥加入到了執行單元中，以方便執行單元動作速度的調節。機械手臂動作流程如圖2所示。

圖2所示機械手臂的動作流程，可通過執行單元里面的行程開關以及壓力繼電器進行目標點檢測，然后通過PLC發出控制信號對相應的電磁轉向閥進行控制，以使得機械手臂能按照預定路線動作。

在整個控制系統中PLC作為主控單元發揮了關鍵的作用，PLC的選型至關重要。本文選取西門子S7-200型PLC作為本文所設計系統的主控器，該型號的PLC具有通用性廣、處理速度快、穩定性高等特點，非常適合用于機械手臂的控制[8-10]。

整個控制系統工作時，可通過控制面板設定氣缸初始狀態與控制要求，S7-200獲取到來自控制面板的輸入信號后，就根據要求進行相應的輸出響應，從而實現機械手臂的控制。為了提高控制精度，本文還利用光電編碼器獲取位置信息量，然后將獲取到的位置量電信號經過A/D轉換后，經過總線反饋給S7-200進行處理，S7-200再根據反饋值以及目標位置量對輸出量進行調控，從而通過反饋的方式提高控制精度。

3 結語

通過給定程序，機械手臂可按照預定路線進行動作，從而實現模仿人手的功能，用以完成物品的拿取、轉移、放置等動作，實現工業制造中的自動化生產。本文通過對機械手臂的特點進行分析，利用PLC設計了機械手臂的電氣控制系統，并對該系統的組成進行了介紹與分析，為后續機械手臂的控制系統設計提供了有利的參考。

參考文獻

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