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基于PLC的三自由度机械手控制系统设计与实现

　机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。三自由度机械手又称3D机械人，能够实现三个自由度方向(水平、垂直和旋转)的抓取或放置物品，XD-E2WT-C生产厂家，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。

　　可编程控制器(PLC)是一种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环执行元件。在非超载情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数目。这*性关系的存在，加上步进电机只有周期性误差而无累计误差的特点，使其在速度、*等控制领域应用得非常广泛。

　　机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手。本文设计的三自由度机械手属于混合式机械手，它综合了电动式和气动式机械手的优点，既节省了行程开关和PLC的I／O端口，又达到了简便操作和精1确*的目的。

　　1 三自由度机械手的系统结构与运动方式

　　三自由度机械手为圆柱坐标型。图1为机械手结构示意图，XD-E2WT-C厂家*，机械手手臂的左右运动(水平方向)由伸缩步进电机控制，上下运动(垂直方向)由升降步进电机控制，逆时针和顺时针旋转运动则由底盘直流电机的正反转控制。机械手的夹紧装置采用关节结构，其夹紧与松开用气压驱动，并由电磁阀控制。

机械手结构示意图

　　机械手可以根据设定程序的动作将工件从A处搬运到B处。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6为水平和垂直方向上的限位开关，SQ3，SQ4为原点位置和终点位置的光接近开关。

PLC控制系统的故障分布

对于控制系统故障的早期诊断对于工业生产有着重要的意义，为了缩短早期故障期，进一步延长随机故障期，推迟耗损故障期的到来，我们一般会采用的方法，在体统设计伊始就采取一定的措施，在耗损故障期到来之前，首先更换进入耗损期故障的元器件。当然，为了更好的找到故障的位置，做好上述工作，首先对于故障分布的部位进行相当的熟悉。故障的分布一般如下：

（一）外部故障

控制系统的外部故障具体指在实际工作过程中直接联系的各种开关、执行机构、传感器和负载等设备。这部分设备发生故障的时候，XD-E2WT-C生产厂家，一般会直接影响系统的相关控制功能，产生故障的原因一般是设备本身存在质量问题或者是设别寿命的原因。

（二）系统故障

系统故障是系统运行的全局性故障。系统故障分为固定性故障和偶然性故障。偶然性故障指故障发生后，江苏XD-E2WT-C，可重新启动使系统恢复正常；定性故障指的是故障发生后，重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件，系统才能恢复正常。固定性故障一般由系统设计不当或系统运行年数较长所致。

（三）硬件故障

在控制系统中硬件故障主要指系统的模板损坏而带来的故障问题，这种故障一般情况下表现明显，而且影响起来也是局部，导致这种问题的原因是设备在使用过程中使用时间较长，模板的元件老化而造成的。

（四）软件故障

软件故障是软件本身所包含的错误所引起的，主要是软件设计考虑不周，在*中一旦条件满足就会引发。图1列出了PLC控制系统的故障分布情况。由图2中知， 在系统总故障中，只有5% 的故障发生在PLC中，这说明PLC本身的可靠性远远高于外部设备的可靠性。PLC的5%故障中，90%的故障发生在FO模板中，只有10% 的故障发生在控制器中，也就是说，发生在PLC的CPU、存储器、系统总线和电源中的故障只占系统全部故障的5% ，而发生在FO模板中的故障也只占系统全部故障的5%。