应帅

摘 要：机械手臂为目前常用的一种先进工业技术装置，其在较多的工业生产制造中应用较多。为了实现对机械手臂按要求进行动作控制，本文通过对机械手臂工作过程特点以及控制要求进行分析，利用PLC技术提出了一种基于PLC的机械手臂控制系统设计的研究。利用PLC作为电气控制的核心对整个机械手臂的控制系统硬件进行了设计，从电气控制系统的设计等方面进行介绍，为后续机械手臂的控制系统设计提供了有利的参考。

关键词：机械手臂 PLC 控制系统 先进工业技术装置

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0081-02

科学技术突飞猛进的发展给人们的生活带来了极大的改善，为人们的生产劳动带来了重大的变革。随着国民经济的不断发展以及人们生活质量的不断提升，人们对工业制造的要求也越来越高。近些年，在电气电子技术以及机械技术飞速发展的带动下，工业制造加快了向自动化、绿色环保化等方向转型。机械手臂是工业自动控制领域出现的一项新技术。机械手臂作为目前常用的一种先进工业技术装置，由于具有体积小、绿色环保无污染、动作灵敏等特点，是当下高新技术发展的热点之一，成为了现代工业制造生产过程中的一个重要成分，深受广大制造厂家的喜爱[1-2]。目前机械手臂被广泛用于货物装箱流水线、机械加工、锻造、货物搬运等多种多样的自动化工业生产中。通过应用机械手臂不仅可以减轻企业的生产劳动成本，降低劳动者的工作强度，而且还能有效提高产品的生产效率，提高生产作业中的安全保障。尤其是在温度异常、具有易燃易爆、具有毒害气体以及放射性物质的环境下，通过机械手臂来替代人工操作就凸显出了非凡的意义。本文通过对机械手臂的特点进行分析，采用PLC技术提出了一种基于PLC的机械手臂控制系统设计的研究。

1 机械手臂特点分析

当前较多机械手臂通过较高精度的驱动控制单元构成，采用的是液压驱动的方式。机械手臂主要结构如图1所示[3-5]。从图1可见，机械手臂主要由机身、水平以及垂直手臂、机械手等组成。通过直角坐标形式可在X、Y两个自由维度上实现水平手臂的伸缩和抓取、垂直手臂的升降和抓取等動作。机械手臂在水平和垂直方向上的移动主要依靠横向移动液压缸以及纵向移动液压缸来控制。

从图1可见，无论机械手臂是在水平或者垂直方向上动作，机械臂都担任着悬臂梁的作用，当机械手臂伸长幅度较大且机械手抓有重物时，机械臂需要承受较大的弯曲力度，此时就要求机械臂要具备强抗弯性。机械手臂的自重不能太大，而且机械手臂上的动力装置应该便于装卸。另外，由于机械手臂的抓重太大，导致转动过程中转动惯量较大，所需要的力以及力矩也应较大，故而采用液压驱动较为合适[6-7]。

2 电气控制系统的设计

为了实现对机械手臂的动作进行准确、快速的控制，在此采用PLC作为主控器设计了控制系统。执行单元主要由双作用单杆气缸、单作用气缸以及两位三通电磁阀进行推动缸的控制，在控制系统中还将单向节流阀加入到了执行单元中，以方便执行单元动作速度的调节。机械手臂动作流程如图2所示。

图2所示机械手臂的动作流程，可通过执行单元里面的行程开关以及压力继电器进行目标点检测，然后通过PLC发出控制信号对相应的电磁转向阀进行控制，以使得机械手臂能按照预定路线动作。

在整个控制系统中PLC作为主控单元发挥了关键的作用，PLC的选型至关重要。本文选取西门子S7-200型PLC作为本文所设计系统的主控器，该型号的PLC具有通用性广、处理速度快、稳定性高等特点，非常适合用于机械手臂的控制[8-10]。

整个控制系统工作时，可通过控制面板设定气缸初始状态与控制要求，S7-200获取到来自控制面板的输入信号后，就根据要求进行相应的输出响应，从而实现机械手臂的控制。为了提高控制精度，本文还利用光电编码器获取位置信息量，然后将获取到的位置量电信号经过A/D转换后，经过总线反馈给S7-200进行处理，S7-200再根据反馈值以及目标位置量对输出量进行调控，从而通过反馈的方式提高控制精度。

3 结语

通过给定程序，机械手臂可按照预定路线进行动作，从而实现模仿人手的功能，用以完成物品的拿取、转移、放置等动作，实现工业制造中的自动化生产。本文通过对机械手臂的特点进行分析，利用PLC设计了机械手臂的电气控制系统，并对该系统的组成进行了介绍与分析，为后续机械手臂的控制系统设计提供了有利的参考。

参考文献

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