Fanuc A860-2000-T301 隨著社會生產(chǎn)不斷進步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機械手技術(shù)快速發(fā)展，其中氣動機械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以及不污染環(huán)境、組件價格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動機械手有氣控機械手、XY軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機械部分組成。主要作用是完成機械部件的搬運工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件搬運、貨物運輸更快捷、便利。
一 四軸聯(lián)動簡易機械手的結(jié)構(gòu)及動作過程
機械手結(jié)構(gòu)如下圖1所示，有氣控機械手（1）、XY軸絲杠組（2）、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)（3）、旋轉(zhuǎn)基座（4）等組成。
圖1 機械手結(jié)構(gòu)圖
其運動控制方式為Fanuc A860-2000-T301由伺服電機驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)角度為360°的氣控機械手（有光電傳感器確定起始0點）；（2）由步進電機驅(qū)動絲杠組件使機械手沿X、Y軸移動（有x、y軸限位開關(guān)）；（3）可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)能帶動機械手及絲杠組自由旋轉(zhuǎn)（其電氣拖動部分由直流電動機、光電編碼器、接近開關(guān)等組成）；（4） 旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上3部分；（5）氣控機械手的張合由氣壓控制（充氣時機械手抓緊，放氣時機械手松開）。
其工作過程為：當(dāng)貨物到達時，機械手系統(tǒng)開始動作；步進電機控制開始向下運動，同時另一路步進電機控制橫軸開始向前運動；伺服電機驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)到達正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機械手夾住貨物。
步進電機驅(qū)動縱軸上升，另一個步進電機驅(qū)動橫軸開始向前走；轉(zhuǎn)盤直流電機轉(zhuǎn)動使機械手整體運動，轉(zhuǎn)到貨物接收處；步進電機再次驅(qū)動縱軸下降，到達指定位置后，氣閥放氣，機械手松開貨物；系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動作。
二 控制器件選型
為達到精確控制的目的，根據(jù)市場情況，對各種關(guān)鍵器件選型如下：
1. 步進電機及其驅(qū)動器
機械手縱軸（Y軸）和橫軸（X軸）選用的是北京四通電機技術(shù)有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進電機，步距角為0.9°/1.8°，電流1.5A。M1是橫軸電機，帶動機械手機構(gòu)伸、縮；M2是縱軸電機，帶動機械手機構(gòu)上升、下降。所選用的步進電機驅(qū)動器是SH-20403型，該驅(qū)動器采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅(qū)動，最大3A的8種輸出電流可選，最大64細分的7種細分模式可選，輸入信號光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機保持功能，半密閉式機殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動半電流方式。驅(qū)動器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計，保證了驅(qū)動器可適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機的高速力矩，但卻會加大驅(qū)動器的損耗和溫升。本驅(qū)動器最大輸出電流值為3A/相（峰值），通過驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)，對應(yīng)8種輸出電流，從0.9A到3A以配合不同的電機使用。本驅(qū)動器可提供整步、改善半步、4細分、8細分、16細分、32細分和64細分7種運行模式，利用驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。
2. 伺服電機及其驅(qū)動器
機械手的旋轉(zhuǎn)動作采用松下伺服電機A系列小慣量MSMA5AZA1G，其額定輸出50W、100/200V共用，旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格為增量式（脈沖數(shù)2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11線）；有油封，無制動器，軸采用鍵槽連接。該電機采用松下公司獨特算法，使速度頻率響應(yīng)提高2倍，達到500Hz ；定位超調(diào)整定時間縮短為以往松下伺服電機產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能，可彌補機械的剛性不足，從而實現(xiàn)高速定位，也可通過外接高精度的光柵尺，構(gòu)成全閉環(huán)控制，進一步提高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動增益調(diào)整和實時自動增益調(diào)整兩種自動增益調(diào)整方式，還配有RS-485、RS-232C 通信口，使上位控制器可同時控制多達16個軸。伺服電機驅(qū)動器為A系列MSDA5A3A1A，適用于小慣量電動機。
3. 直流電機
可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)有直流無刷電機帶動，系統(tǒng)選用的是北京和時利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無刷直流電機，其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無刷直流電機驅(qū)動器使用北京和時利公司生產(chǎn)的BL-0408驅(qū)動器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉(zhuǎn)向控制、過流、過壓及堵轉(zhuǎn)保護，且有故障報警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動快速停機等特點。
4. 旋轉(zhuǎn)編碼器
在可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)上，安裝有OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼器將信號傳給PLC，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的精確定位。
5. PLC的選型
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選用OMRON公司生產(chǎn)的CPM2A小型機。CPM2A在一個小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設(shè)定和時鐘功能等。CPM2A的CPU單元又是一個獨立單元，能處理廣泛的機械控制應(yīng)用問題，所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。完整的通信功能保證了與個人計算機、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸聯(lián)動簡易機械手能方便的融合到工業(yè)控制系統(tǒng)中。
三 軟件編程
1. 軟件流程圖
流程圖是PLC程序設(shè)計的基礎(chǔ)。只有設(shè)計出流程圖，才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表，最終完成程序的設(shè)計。所以寫出流程圖非常關(guān)鍵也是程序設(shè)計首先要做的任務(wù)。依據(jù)四軸聯(lián)動簡易機械手的控制要求，繪制流程圖如圖2所示。
圖2 軟件流程圖
2. 程序部分
由于論文篇幅有限，這里只列出了開始兩段程序，供讀者參閱，見圖3。
圖3 程序列表
四 結(jié)束語
四軸聯(lián)動簡易機械手的各個動作和狀態(tài)都由PLC控制，不僅能滿足機械手的手動、半自動、自動等操作方式所需的大量按扭、開關(guān)、位置檢測點的要求，更可通過接口元器件與計算機組成。
PLC工業(yè)局域網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)控制。使四軸聯(lián)動簡易機械手能方便地嵌入到工業(yè)生產(chǎn)流水線中。
Eltec HMAG-1 Konvertierungskarte Homag
Heller H23.020 017-000 / 5495 ( 20.002 708-3 )
Heller H 23.020 017-000/3768 ( 20.002 708-3 )
Heller AMUB10 A23.020 062-000 / 3286 ( 20.003230 )
Heller B23.020 084-000 / 0654
Homatic 2-083-01- 5408 Steuerung Ausgangskarte versieg
Bosch SE-B2.040.060-04 000 + Heidenhain ROD 4560000-500
Heller E23.032284-000/5944 ( 20.002029-5)
Georgii Kobold KSY268.60 D-MS-RD-1 Servomotor
Kollmorgen / Seidel 6SM37M-6000 Servomotor
Mitsubishi Melsec SPS A2SCPU+ A1SD75P2-S3 + A1SX80-S1 +
Indramat DST/S 7,5 , Trafo 7,5 KVA, secunder 220 Volt 1
Homatic 2-083-02-7024 Servo 4 Achser Karte
Schneider electric ILEB661PC1A0, Telemecanique, Berger
Fanuc A860-2000-T301, Pulsecoder alpha 1000 iA
Mitsubishi FX84A BN624A356H02
Danaher DBL3H00250-B3M-000-S40, Servomotor 1,13 KW, 40
Mitsubishi FX562A MAZAK Mazatrol MAC M
Mitsubishi FX 84A-5 ( BND-S16C00-K ) YM2 FX84-5 MAZAK
Mitsubishi FX52C ( BN624A645G51 ) Mazak Mazatrol MAC M
Güntner GDRT 12.5 U Frequenzumrichter, 12 Ampere
Güntner GDRT 12.5 U Frequenzumrichter top
Güntner GDRT 12.5U Frequenzumrichter 15 A
Mazak Mazatrol MAC-M2 (1) Bedienterminal Mitsubishi KS
Siemens 6GK1415-2BA10 V2.1
Lenze 481 E1, Lenze Art. Nr.: 321454
ABB YTE 102A Servo Power Unit YT213001-BA
