基于PLC的液壓機(jī)械臂控制技術(shù)研究

楊永江

摘 要

針對液壓機(jī)械臂，介紹了機(jī)械臂結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵傳感器類型，基于機(jī)器人運動學(xué)及三維模型運動仿真擬合出運動方程，通過PLC控制器基于PID算法的速度閉環(huán)控制及位置閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)了機(jī)械臂末端裝置水平及垂直位移。

關(guān)鍵詞

液壓機(jī)械臂;機(jī)器人運動學(xué);同步運動;PID閉環(huán)控制

中圖分類號： TP241? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.034

Abstract

For the hydraulic manipulator，the structure of the manipulator and key sensor types are introduced.Based on the robot kinematics and three-dimensional model motion simulation，the motion equations are fitted.The speed closed-loop control and position closed-loop control of the PLC algorithm based on the PID algorithm are finally implemented The horizontal and vertical displacement of the arm end device.

Key Words

Hydraulic mechanical arm;Robot kinematics;Synchronized motion; PID closed-loop control

0 引言

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置。機(jī)械臂是工業(yè)機(jī)機(jī)器人中的一種重要類型，通過機(jī)器人運動學(xué)及PID控制原理控制機(jī)械連桿完成機(jī)械臂轉(zhuǎn)動、移動或復(fù)合運動，實現(xiàn)機(jī)械臂末端裝置規(guī)定路徑運動、姿態(tài)調(diào)整、位置監(jiān)控等功能。

1 液壓機(jī)械臂結(jié)構(gòu)

機(jī)械臂關(guān)鍵部件如圖1所示：包含液壓油缸、旋轉(zhuǎn)基座、旋轉(zhuǎn)裝置。

各關(guān)鍵部件描述：

機(jī)械連桿長度：L1、L2、L3;

液壓油缸伸縮長度：l1、l2、l3;

基座旋轉(zhuǎn)角度：C1;

裝置旋轉(zhuǎn)角度：C2;

液壓油缸l1、l2、l3帶4～20mA位移反饋傳感器，旋轉(zhuǎn)基座C1和旋轉(zhuǎn)裝置C2帶SSI絕對位置編碼器。

2 液壓機(jī)械臂控制需求

控制如圖2所示：末端裝置在X方向（水平）或Y方向（垂直）位移由三根液壓油缸的同步運動實現(xiàn)。

2.1 解鎖裝置，一鍵展開

機(jī)械臂從鎖定位置一鍵展開到作業(yè)零點位置。

2.2 運動模式選擇。

速度控制模式+速度值選擇。

位置控制模式+位移量選擇。

2.3 裝置運動到指定位置作

通過操作面板控制機(jī)械臂基座和裝置旋轉(zhuǎn)角度，操作裝置運動到指定位置，啟動相關(guān)作業(yè)裝置進(jìn)行作業(yè)。

2.4一鍵收回，鎖定裝置

機(jī)械臂從作業(yè)位置一鍵收回到鎖定位置。

3 機(jī)械臂控制策略

機(jī)械臂可簡化為圖3所示：基準(zhǔn)坐標(biāo)系（x0，y0），運動坐標(biāo)系（xp，yp）。機(jī)械連桿長度L1、L2、L3，連桿關(guān)節(jié)角θ（關(guān)節(jié)角順時針為負(fù)逆時針為正）。

機(jī)械臂正運動學(xué)：正運動學(xué)描述械臂末端位置和姿態(tài)跟各關(guān)節(jié)變量在坐標(biāo)系中的幾何函數(shù)關(guān)系。

機(jī)械臂逆運動學(xué)：給定機(jī)械臂末端位置和姿態(tài)，通過逆運動學(xué)可以計算所以可達(dá)給定位置和姿態(tài)的關(guān)節(jié)角。

本PID控制器具有抗積分飽和功能并且能夠?qū)Ρ壤饔煤臀⒎肿饔眠M(jìn)行加權(quán)。通過加載不同的PID參數(shù)實現(xiàn)油缸的速度控制或位置控制。

5 結(jié)語

該液壓機(jī)械臂的控制系統(tǒng)、控制算法策略、功能需求及控制精度滿足作業(yè)需求。該項技術(shù)通過PLC控制器實現(xiàn)了液壓機(jī)械臂末端裝置水平及垂直位移。

參考文獻(xiàn)

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