隨著社會生產不斷進步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對生產效率也不斷提出新要求機械手 由于微電子技術和計算軟、硬件技術的迅猛發(fā)展和現代控制理論的不斷完善，使機械手技術快速發(fā)展，其中氣動機械手系統由于其介質來源簡便以及不污染環(huán)境、組件價格低廉、維修方便和系統安全可靠等特點，已滲透到工業(yè)領域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位機械手 本文講述的氣動機械手有氣控機械手、XY軸絲杠組、轉盤機構、旋轉基座等機械部分組成應用 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線或物流流水線中，使零件搬運、貨物運輸更快捷、便利應用

　　一.  四軸聯動簡易機械手的結構及動作過程

　　機械手結構如下圖1所示，有氣控機械手(1)、XY軸絲杠組(2)、轉盤機構(3)、旋轉基座(4)等組成應用

　　其運動控制方式為：(1)由伺服電機驅動可旋轉角度為360�的氣控機械手(有光電傳感器確定起始0點)；(2)由步進電機驅動絲杠組件使機械手沿X、Y軸移動(有x、y軸限位開關)；(3)可回旋360�的轉盤機構能帶動機械手

及絲杠組自由旋轉(其電氣拖動部分由直流電動機、光電編碼器、接近開關等組成)；(4)旋轉基座主要支撐以上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：當貨物到達時，機械手系統開始動作；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；伺服電機驅動機械手旋轉到達正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機械手夾住貨物。

　　步進電機驅動縱軸上升，另一個步進電機驅動橫軸開始向前走；轉盤直流電機轉動使機械手整體運動，轉到貨物接收處；步進電機再次驅動縱軸下降，到達指定位置后，氣閥放氣，機械手松開貨物；系統回位準備下一次動作。

　　二 控制器件選型

　　為達到精確控制的目的，根據市場情況，對各種關鍵器件選型如下：

　　1. 步進電機及其驅動器

　　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，帶動機械手機構伸、縮；M2是縱軸電機，帶動機械手機構上升、下降。所選用的步進電機驅動器是SH-20403型，該驅動器采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅動，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，標準單脈沖接口，有脫機保持功能，半密閉式機殼可適應更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動半電流方式。驅動器內部的開關電源設計，保證了驅動器可適應較寬的電壓范圍，用戶可根據各自情況在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，但卻會加大驅動器的損耗和溫升。本驅動器最大輸出電流值為3A/相(峰值)，通過驅動器面板上六位撥碼開關的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)，對應8種輸出電流，從0.9A到3A以配合不同的電機使用。本驅動器可提供整步、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，利用驅動器面板上六位撥碼開關的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。

　　2. 伺服電機及其驅動器

　　機械手的旋轉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，旋轉編碼器規(guī)格為增量式(脈沖數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，使速度頻率響應提高2倍，達到500Hz ；定位超調整定時間縮短為以往松下伺服電機產品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，從而實現高速定位，也可通過外接高精度的光柵尺，構成全閉環(huán)控制，進一步提高系統精度。具有常規(guī)自動增益調整和實時自動增益調整兩種自動增益調整方式，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�的轉盤機構有直流無刷電機帶動，系統選用的是北京和時利公司生產的57BL1010H1無刷直流電機，其調速范圍寬、低速力矩大、運行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無刷直流電機驅動器使用北京和時利公司生產的BL-0408驅動器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉向控制、過流、過壓及堵轉保護，且有故障報警輸出、外部模擬量調速、制動快速停機等特點。

　　4. 旋轉編碼器

　　在可回旋360�的轉盤機構上，安裝有OMRON公司生產的E6A2增量型旋轉編碼器，編碼器將信號傳給PLC，實現轉盤機構的精確定位。

　　5. PLC的選型

　　根據系統的設計要求，選用OMRON公司生產的CPM2A小型機。CPM2A在一個小巧的單元內綜合有各種性能，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用問題，所以它是在設備內用作內裝控制單元的理想產品。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動簡易機械手能方便的融合到工業(yè)控制系統中。

　　三 軟件編程

　　1. 軟件流程圖

　　流程圖是PLC程序設計的基礎。只有設計出流程圖，才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表，最終完成程序的設計。所以寫出流程圖非常關鍵也是程序設計首先要做的任務。依據四軸聯動簡易機械手的控制要求，繪制流程圖如圖2所示。

　　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。

　　四 結束語

　　四軸聯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、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，實現網絡通信與網絡控制。使四軸聯動簡易機械手能方便地嵌入到工業(yè)生產流水線中。