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机械臂PLC控制器的研究

机械臂PLC控制器的研究

绪论

机械臂作为工业机器人是最典型的机电控制系统实例之一，几乎具有机

电一体化系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服

驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。

PLC作为一种工业控制计算机，具有模块化结构，配置灵活、高速的处

理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价

比等性能，是目前广泛应用的控制装置之一。

彩色玻壳的生产线上有不同类型的机械臂，其中在移栽和码垛上应用最

多。本设计针对两点之间移栽机械臂的PLC控制，机械臂的两个运动轴

分别用一个直流伺服电机驱动；根据抓取对象为玻璃品，手爪采用真空

式吸盘，由气动驱动电磁阀控制。机械臂的任务是要完成上升/下降、左

行/右行、吸取/松开的动作，为满足不同的需求，其操作分手动单步操作

和自动操作，自动操作又分单周期操作和连续操作。这是利用限位开关

定位的控制，本文还研究了有恒定速度段的点到点运动的轨迹规划，及

可寻迹运动的机械臂的PLC控制方法，可作为以后扩展功能使用。

第一章工业机器人机械臂的概述

工业机器人作为最典型的机电控制系统实例之一，几乎具有机电一体化

系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统

和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。

工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。三大部分是：机械部分、

传感部分、控制部分。六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受

系统、机器人－环境交互系统、人机交互系统、控制系统。

机械臂作为工业机器人的一种形式，是工业自动控制领域中经常遇到的

一种控制对象。机械臂可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染

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等等，应用非常广泛。随着机器人技术的发展，机械臂在各行各业中得

到了广泛的应用。近年来，为实现生产过程自动化，已有不少操作机械

臂广泛应用于工厂的各个生产过程，尤其是那些人力所限和人所不及的

外部环境或危险场所，将是机械臂进一步发展的应用领域。

第一节机械臂的基本结构

机械臂的机械形式多种多样，典型机械臂的机构运动特征是用其坐标特

性来描述的。机械臂的坐标形式有:直角坐标式、圆柱坐标式、球面坐标

式（极坐标式）、关节坐标式。如图1所示。

一直角坐标式机械臂

直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直

角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一

长方体。

直角坐标机械臂的优点：结构简单，容易编程，负载范围大,采用直线滚

动导轨后速度高、定位精度高，在X、Y和Z三个坐标方向上的运动没

有耦合作用，对控制系统的设计相对容易些。但是由于直角坐标式机械

臂必须采用导轨,结构尺寸大但有效工作范围小,移动部件的惯量比较大,

增加了驱动装置的尺寸和能量消耗.

二圆柱坐标式机械臂

圆柱坐标机械臂的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动

轴构成，具有一个