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随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及*、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。

一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程

机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。

其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。

其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。

步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。

二 控制器件选型

为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：

1. 步进电机及其驱动器

机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，zui大3A的8种输出电流可选，zui大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器zui大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。

2. 伺服电机及其驱动器

机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司*算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、RS-232C 通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。

3. 直流电机

可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。

4. 旋转编码器

在可回旋360°的转盘机构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的精确定位。

5. PLC的选型

根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。

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CH Westinghouse 2100 Fusible 45A Reversing Size 2 Starter MCC Bucket 18" MCCB

Westinghouse 2100 Size 1 Fused 2-Speed MCC Bucket 18in

Cutler Hammer Advantage 50A Feeder MCC Bucket 6in 6 in

Cutler Hammer Advantage 40A Feeder MCC Bucket 6in 6 in

Westinghouse 2100 60 Amp Breaker Feeder MCC Bucket 60A MCCB 3P 12" Cutler Hammer

Cutler Hammer 2100 50 Amp Size 2 Breaker MCC Bucket MCCB FDB Sz2 A200M2CAC 12"

Cutler Hammer 2100 Size 2 Fused MCC Bucket 60 Amp MCCB A200M2CAC CH Sz2

Westinghouse 2100 30A Breaker Feeder MCC Bucket MCCB 12" Cutler Hammer 30 Amp

Cutler Hammer 2100 60 Amp Size 2 Fusible MCC Bucket 60A MCCB A200M2CACM 12" CH

Cutler-Hammer Advantage Breaker Type MCC Bucket 3A 6in

Cutler Hammer Size 1 2100 40 Amp Breaker MCC Bucket 40A FD3040 MCCB 12" Sz 1

Westinghouse 2100 30A Fusible Feeder Bucket 12" CH Advantage 30 amp MCCB 8 AWG

Cutler Hammer 2100 60 Amp Size 2 Fusible MCC Bucket 60A MCCB A200M2CACM 12" WH

Westinghouse 2100 30A Fusible Feeder Bucket 18" CH Advantage 30 amp MCCB 8 AWG

Westinghouse 2100 Size 1 Reversing Breaker 50 Amp MCC Bucket A210K1CA MCP Sz1

Cutler Hammer Size 1 2100 30 Amp FDB Breaker MCC Bucket MCP 12" Westinghouse

Cutler Hammer Size 1 2100 20 Amp FDB Breaker MCC Bucket MCP 12" Westinghouse

Cutler Hammer 2100 Size 1 15 Amp Breaker MCC Bucket HMCP 12" Sz 1 Westinghouse

Westinghouse 2100 Size 1 Reversing Breaker 30 Amp MCC Bucket A2S0H1CAC MCP Sz1

Westinghouse 2100 Size 1 Breaker 30 Amp MCC Bucket B210M1CAC Reversing MCP Sz1

Westinghouse 2100 Size 1 Reversing Breaker 30 Amp MCC Bucket A20K1CA HMCP Sz1

Cutler Hammer Size 1 2100 30 Amp Breaker MCC Bucket MCP 12" Sz 1 Westinghouse

Cutler Hammer Size 1 2100 15 Amp Breaker MCC Bucket MCP 12" Sz 1 Westinghouse

Cutler Hammer Size 1 2100 50 Amp FDB Breaker MCC Bucket MCP 12" Westinghouse

Cutler Hammer 2100 15 Amp Size 1 Breaker MCC Bucket MCCB HMCP 12" Westinghouse

Cutler Hammer Size 1 2100 15 Amp Breaker MCC Bucket 15A MCCB 12" Westinghouse

Cutler Hammer Size 1 2100 20 Amp Breaker MCC Bucket HFB MCCB 12" Westinghouse

Cutler Hammer 2100 15 Amp Size 1 Breaker MCC Bucket 15A MCCB 12" Westinghouse

Cutler Hammer Size 1 2100 15 Amp Breaker MCC Bucket MCCB CH 15A 12" Westinghouse

Cutler Hammer Size 1 2100 25 Amp Breaker MCC Bucket MCCB Mark 75 12" WH

Cutler Hammer Size 1 2100 20 Amp MCC Breaker Bucket 20A MCCB B201K1CA 12" WH CH

Cutler Hammer Size 1 2100 20 Amp Breaker MCC Bucket MCCB 12" Sz 1 Westinghouse

Westinghouse 2100 Size 1 7 Amp Breaker MCC Bucket HMCP 12" Sz 1 Cutler-Hammer 7A

Westinghouse 2100 Size 1 3 Amp Breaker MCC Bucket HMCP 12" Sz 1 Cutler-Hammer

Westinghouse 2100 Size 1 Breaker Type MCC Bucket 15A

Cutler-Hammer Advantage Control Module 9996D10 C-H CH

Cutler Hammer 9996D10 Advantage Control Module C-H CH

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