基于可编程控制器的机械手控制系统的设计

张红

摘 要：機械手技术包含了机械学、电气液压技术、自动化控制技术以及计算机技术等各种科学技术。文中介绍了机械手的一般工作原理，设计了基于可编程控制器主控的机械手，明确了硬件的组成框架以及软件的构成体系。通过实验证明，此项机械手有操作简便、性能稳定的优势，控制系统的开放性和可扩展性良好。

关键词：可编程控制器；机械手；机器人

现如今机械制造业中，机器人已经有广泛的应用空间，代替人类完成着各种大批量、高质量的工作。在我国“十一五”规划的指导督促下，国内的机器人研究和实际应用已经得到了长远的发展。本世纪的制造业必然会迈入一个全新的发展阶段，机器人和其他的各种智能化机器以及自动化的设备都会在空间以及海洋探索的过程中获得广阔的发展前景。

1 机械手工作原理

机械手在进行工作的过程中，先是要借助PLC发出的电控制信号给电磁阀。电磁阀在工作过程中输出的气信号再到气控阀，气控阀在接收到信号之后，把动力输送给气缸，之后气缸进行运动，运动到指定的程序之后，接触到机械阀，机械阀把气信号传递到气电继电器中[1]。气电继电器把电信号传送到机械手的操作体系之中。PLC再依照气缸的实际到位情况，依照程度指令执行下一个步骤的操作。

2 PLC控制模型的硬件设计

机械手模型中的PLC控制运行体系的硬件组成结构包含了滚珠丝杆、滑杆、气缸、步进电机、传感器等等。此项运行体系属于PLC技术、位置控制技术以及气动技术有序结合的一种机械手模型的控制运行体系。下图（图1）为PLC系统框架图。

步进电机驱动器包含了电源的输入部分、信号的输入部分、信号的输出部分等等，借助驱动器能够较好的对步进电机的转速、方向等做把控。整个的运行体系使用AT89C2051构成的步进电机驱动器做步进电机的驱动，AT89C2051把控制脉冲从P1口的P1.4～P1.7做输出，反方向之后再进入至放大的环节，放大之后进行光电开关的控制，做光电隔离之后，借助功率管把脉冲信号做电压以及电流的放大，驱动步进电机的各个相绕组。此项运行体系的底座以及气夹的正反转限位都是使用接近开关，借助对基座以及气夹上的技术块位置调整，能够在一定的区间内将基座以及气夹的旋转角度做改变。机械手的伸缩和升降使用的都是行程开关的限位，同时借助对行程开关位置的调整对横轴以及竖轴的实际运动范围做调整。

3 机械手软件设计

3.1 软件设计流程

机械手的操作流程按照的次序是抓取工作、搬运工作、工作定位和恢复初始形态、软件能够借助梯形图做编写。机械手手臂伸出到一定位置之后，传感器会检测到机械手伸出的具体位置，之后驱动机械手手爪的松开。机械手手爪松开之后，机械手的手臂会下沉，一直到最底端位置，机械手气爪加紧，从一开始到整个工件抓住的过程耗时约1秒[2]。到这个过程中，整个机械手的抓取工作算顺利完成。机械手搬运工件流程图参见图2。

机械手在将工件抓紧之后，悬臂会下沉，限位传感器在接收到信号之后，驱动的手臂气缸会慢慢上移。手臂提升至一定的位置之后，机械手手臂会慢慢回收，手臂一直到最后端位置，机械手便会朝左旋转到位。之后机械手伸出再到指定位置，机械手下沉，到位。机械手搬运到位的具体要求，便是工件二检测到位，气抓左旋，工作固定在一定的区间，整个过程限时1秒，之后机械手气爪松开。整个检测程序便全部完成。机械手又会回复至最初的模式。机械手将工件松开之后，手臂会回缩至固定位置。机械手右旋至固定位置，之后机械手回复至最初形式。

3.2 抗干扰设计

为了有效的确保整个运行体系在工业电磁环境中不会受到或者少受到内外电磁造成的影响，需要设计伊始就使用三个控件做抑制操作，分别是：抑制干扰源、阻断或者衰减电磁干扰的传播渠道、有效提升设备以及运行体系的抗干扰能力。此项控制运行体系的主要抗干扰方式包含了以下几点内容：第一，使用有较高性能的电源，控制电网中加入的干扰程序；第二，硬件滤波和软件的抗干扰方式，信号在接入计算机之前，会在信号线和地之间串联并接上一个电容，进而有效的减少共模造成的干扰，并且在两极之间多加入一个滤波器设备，能够较大程度的减少差模造成的干扰。

4 结语

在未来的技术领域上，机械手的完善过程还需要进一步探索。文中设计在多次的实验之后，表明了机械手操作方便、性能稳定的特点，除此之外，此项操作体系的开放性以及可扩展性都十分突出，同时在使用的过程中，能够依照使用要求，更加便利的增加或者删减各个组成控件，进行自主创新建设。

[参考文献]

[1]吴建强.可编程控制器原理及其应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010：12-60.

[2]刘丽华.基于PLC控制的教学型旋盖气动机械手设计[J].液压与气动，2010，05（13）：51-52.