樓蔚松

摘要：在分析伺服控制器特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套機(jī)械手精確工位物料裝箱系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)PLC精確計(jì)算來(lái)確定夾取點(diǎn)位，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)取貨控制與手動(dòng)取貨控制兩種操作模式。系統(tǒng)性能穩(wěn)定、定位精度高。

關(guān)鍵詞：精確定位；伺服控制；機(jī)械手

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

隨著電機(jī)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)不斷的被更新和改造。伺服電機(jī)控制系統(tǒng)由于可靠性高、控制精確、設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)合PLC控制系統(tǒng)?？梢灾苯訉?duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置和速度控制雙閉環(huán)控制，無(wú)需增加定位模塊，節(jié)約成本。在很多實(shí)際系統(tǒng)中需要對(duì)物料的位置進(jìn)行精確定位。所以設(shè)計(jì)完成一套能進(jìn)行精確定位的物料裝箱系統(tǒng)就顯得非常有實(shí)用意義。

2 分揀系統(tǒng)的組成

本文設(shè)計(jì)的物料裝箱系統(tǒng)共有3個(gè)取貨工位。抓取機(jī)械手在直線導(dǎo)軌上左右來(lái)回運(yùn)動(dòng)，到各指定工位抓取物料，然后送入指定位置進(jìn)行裝箱。機(jī)械手抓取貨物的工作模式有手動(dòng)、自動(dòng)兩種模式。在手動(dòng)模式下，需在上位機(jī)系統(tǒng)中人工指定抓取工位，機(jī)械手執(zhí)行指令進(jìn)行抓取和送貨入庫(kù)工作。在自動(dòng)模式下，可以自動(dòng)檢測(cè)工位上是否有物料，如有物料則在系統(tǒng)啟動(dòng)的狀態(tài)下，機(jī)械手直接完成取貨和送貨入庫(kù)的工作。系統(tǒng)采用電感式接近開(kāi)關(guān)作為原點(diǎn)檢測(cè)傳感器，直線導(dǎo)軌兩端各裝有一個(gè)左、右極限開(kāi)關(guān)。極限開(kāi)關(guān)采用有觸點(diǎn)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用來(lái)提供越程故障時(shí)的保護(hù)信號(hào)：當(dāng)滑動(dòng)溜板在運(yùn)動(dòng)中越過(guò)左或右極限位置時(shí)，極限開(kāi)關(guān)會(huì)動(dòng)作，從而向系統(tǒng)發(fā)出越程故障信號(hào)。物料檢測(cè)采用OMRON 公司的CX-441型放大器內(nèi)置型光電開(kāi)關(guān)?？刂葡到y(tǒng)采用三菱FX3U-48M型PLC，伺服驅(qū)動(dòng)器采用松下MADDT1207003全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)采用也采用松下MHMD022P1U永磁同步交流伺服電機(jī)。

3 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服控制系統(tǒng)可以進(jìn)行速度閉環(huán)控制與位置閉環(huán)控制。當(dāng)伺服系統(tǒng)用作定位控制時(shí)，位置指令輸入到位置控制器，速度控制器輸入端前面的電子開(kāi)關(guān)切換到位置控制器輸出端，同樣，電流控制器輸入端前面的電子開(kāi)關(guān)切換到速度控制器輸出端。因此，位置控制模式下的伺服系統(tǒng)是一個(gè)三閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩個(gè)內(nèi)環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。由自動(dòng)控制理論可知，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。在足夠高的開(kāi)環(huán)增益下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差接近為零。在本系統(tǒng)中，采用了松下MHMD022P1U永磁同步交流伺服電機(jī)，及 MADDT1207003全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為運(yùn)輸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制裝置。伺服電機(jī)實(shí)物如圖1所示。

MADDT1207003型伺服驅(qū)動(dòng)器面板上有多個(gè)接線端口，伺服控制的精確工位物料裝箱系統(tǒng)的主電路接線只使用電源接口XA、電機(jī)連接接口XB、編碼器連接器X6?？刂齐娐返慕泳€均在I＼O控制信號(hào)端口X4上完成。MINAS A5系列伺服系統(tǒng)有位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，以及全閉環(huán)控制等控制模式。本系統(tǒng)采用位置控制模式，并根據(jù)設(shè)備工作要求，只使用了部分端子，它們分別是：脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端（OPC1、PULS2、OPC2、SING2）。越程故障信號(hào)輸入端：正方向越程（9腳，POT），負(fù)方向越程（8腳，NOT）。伺服ON輸入（29腳，SRV-ON）。伺服報(bào)警輸出（37腳，ALM+端；36腳，ALM-端）。

伺服驅(qū)動(dòng)器要完成工作必須要進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置才能正確工作。MADDT1207003 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)共有 128 個(gè)?？梢栽诳刂泼姘逯兄苯舆M(jìn)行設(shè)置。但是在很多情況下可以使用缺省設(shè)置。本系統(tǒng)中主要需修改的參數(shù)設(shè)置如下表所示。

3.2 氣動(dòng)機(jī)械手裝置

本系統(tǒng)使用的機(jī)械手抓取裝置主要有底部滑軌、氣動(dòng)擺臺(tái)、上下升降臺(tái)和氣動(dòng)手抓組成。在氣動(dòng)控制回路中，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)氣缸和氣動(dòng)手抓氣缸的電磁閥采用的是二位五通雙電控電磁閥。

左右旋轉(zhuǎn)臺(tái)的主要器件是氣動(dòng)擺臺(tái)，它是由直線氣缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角度能在0-90度和0-180度之間任意可調(diào)，而且可以安裝磁性開(kāi)關(guān)，檢旋轉(zhuǎn)到位信號(hào)。薄型氣缸用于驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)械手的提升與下降。氣爪使用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌型氣動(dòng)手指。

4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)運(yùn)行的目標(biāo)是將三個(gè)物料站的物料依次夾取到工作臺(tái)上，實(shí)行精確放置，具體操作流程如下：

系統(tǒng)通電之后，執(zhí)行復(fù)位操作，使抓取機(jī)械手裝置回到原點(diǎn)位置。然后進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)切換選擇；

自動(dòng)模式，按下啟動(dòng)按鈕SB1，系統(tǒng)啟動(dòng)，在各物料站有料的情況下開(kāi)始工作，否則停止不動(dòng)，這時(shí)HL1啟動(dòng)指示燈亮；當(dāng)完成4個(gè)工件的精確夾取之后，系統(tǒng)停止運(yùn)行，需重新按按鈕SB1啟動(dòng)，繼續(xù)工作；

手動(dòng)模式，按下啟動(dòng)按鈕SB1，系統(tǒng)啟動(dòng)，再按一號(hào)物料站啟動(dòng)按鈕SB3，則進(jìn)行一號(hào)物料站工件的夾取，在完成4個(gè)工件后，系統(tǒng)停止運(yùn)行，其他兩站操作如同一號(hào)站。

5 結(jié)束語(yǔ)

伺服控制系統(tǒng)由于其能實(shí)現(xiàn)精確定位、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的精確定位取貨裝箱系統(tǒng)很好體現(xiàn)了這些優(yōu)點(diǎn)。并在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。對(duì)其他類似需精確定位的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很好的借鑒作用。

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