电气自动化毕业设计--机械手.docVIP

基于PLC的机械手控制设计 2. 机械手模型设计 2.1机械手控制系统构件概述 机械手实物教学模型的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成；电气方面有步进电机、直流电机、步进电机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。 本设计中采用的机械手，可在三维空间内运动。水平（X）轴、垂直（Y）轴采用步进电机控制，底盘的旋转采用直流电机控制，抓取物体的电磁阀采用气动形式。步进电机的控制，由对应的步进电机驱动器电路完成。完成本设计需要的实验设备有：1）机械手模型2）计算机3）导线4）气泵5）晶体管输出型可编程控制器(带编程电缆) 机械手的控制面板分以下几个模块 （1）步进电机驱动及步进电机 驱动器电流设定为0.63A，细分设定为8细分。将24V电源接入驱动器，此时驱动器的电源指示灯应点亮。将24V与OPTO端（驱动器使能端）连接起来。PUL端是脉冲输入端。DIR是方向控制输入端。 （2）直流电机本模型用的气夹电机和底座电机均是24V直流电机，PLC控制两个直流继电器的吸合来控制电机的正转和反转。 （3）旋转编码盘 在本模型底座上有一个旋转编码盘，在底座旋转时，在此产生一个VP-P为24V的方波信号，可以提供给PLC的高速计数器，用于机械手的定位控制。 （4）接近开关 在本模型中底座和气夹的限位通过4个电感式接近开关来完成。接近开关与触头接近时接近指示灯点亮、输出低电平，否则为高电平。 （5）行程开关 在本模型中两个滚珠丝杆的限位通过4个滚轴式行程开关来完成。当行程开关压下时，常开触点闭合，给PLC一个控制信号。 （6）电磁阀与平行气夹 本模型使用的电磁阀动作时平行气夹夹紧，动作则张开。 2.1.1步进电机 用二相八拍混合式步进电机，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。本模型中采用串联型接法，其电气图如图2.1所示： 2.1步进电机电气图 步进电机驱动器 步进电机驱动器主要有电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。驱动器参数如下列图表所示： （1）电气规格 说明 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 18 24 40 V 均值输出电流 0.21 1 1.50 A 逻辑输入电流 6 15 30 mA 步进脉冲响应频率 — — 100 kHz 脉冲低电平时间 5 — 1 μs （2）电流设定 电流值 SW1 SW2 SW3 0.21A OFF ON ON 0.42A ON OFF ON 0.63A OFF OFF ON 0.84A ON ON OFF 1.05A 0FF ON OFF 1.26A ON OFF OFF 1.50A OFF OFF OFF （3）细分设定 细分倍数 步数/圈（1.8°整步） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON 2 400 OFF ON ON 4 800 ON OFF ON 8 1600 OFF OFF ON 16 3200 ON ON OFF 32 6400 OFF ON OFF 64 12800 OFF ON OFF 由外部确定 动态改细分/禁止工作 OFF OFF OFF （4）接线信号描述 信 号 功 能 PUL 脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步 DIR 方向信号：用于改变电机转向，TTL平驱动 OPTO 光耦驱动电源 ENA 使能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止 GND 直流电源地 +V 直流电源正极，典型值+24V A+ 电机A相 A- 电机A相 B+ 电机B相 B- 电机B相 （5）PLC控制器与步进电机驱动器连接的工作原理如图所示： 驱动器电源由面板上电源模块提供，注意正负极性，驱动器信号端采用+24V供电，需加1.5K限流电阻（见图2.2中1.5K电阻）。驱动器输入端为低电平有效，在使用不同厂家的PLC产品配套此模型使用时，要选择相应的输出方式，或者加入合适的电平转换板进行电平转换。 图2.2控制驱动电路 2.2 控制要求 本设计中，机械手模型的执行顺序为： 1.开机复位 2.横轴前升 3.手旋转到位 4.电磁阀动作，手张开 5.竖轴下降 6.电磁阀动作，手夹紧 7.竖轴上升 8.横轴缩回 9.底盘旋转到位 10.横轴前伸 11.手旋转 12.竖轴下降 13.电磁阀动作，手张开 14.竖轴上升 15.复位 气夹在电磁阀未通电动作时为夹紧状态，通电后变为张开状态。在上述步骤中，4-5和13-15之间为电磁阀通电状态。 3.PL