基于可编程控制器的工业机械手无线遥控系统

2009-11-21 11:01:37来源: EDN China

  针对多关节工业机械手的比例和开关控制,以PLC作为其控制器,通过无线数传模块进行数据传输,实现远程无线遥控操作。

  手持操作器采用16位单片机,对检测到的按钮和摇杆操作进行数据编码后通过无线的方式发送至PLC,PLC对其解码后获得指令实现对机械手各关节运动的控制。该方案成本低,具有良好的通用性和可扩展性。

  前言

  可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)是一种适用性强的工业用控制器,广泛应用于各类工业生产线,移动机械设备的控制等环境较恶劣的工业场合。其工作性能稳定,可扩展性强,应用简便。根据不同的模块配置,可以进行逻辑及算数运算,对数字开关量、模拟量等进行控制和采集,同时具有丰富的总线接口形式,可以利用公开的协议与不同设备构成复杂的系统。在我们所研制的工业机械手中,各关节由比例阀或开关阀构成开环液压控制回路,实现比例调速或开关动作,因此我们选用了西门子的S7-200系列PLC作为其控制器。[1>[2>

  在一些环境复杂的应用场合,尤其是对于移动机械设备,控制系统的布线受到诸多限制,操作人员与控制系统的位置安排不方便。因此,具有高度灵活性的无线遥控操作系统的应用得到了推广。目前工业上应用的无线遥控操作系统一般采用无线电数字传输方式。一些芯片厂商如Infineon、Micrel、RFMonolithics、Melexis、CML、ATMEL等也都推出了各种适应于不同场合和要求的RF芯片[3>。

  无线数传模块是一种集成式的专用于无线数据收发的模块,可直接通过数据总线与其它控制、采集等模块连接完成无线数据收发功能,广泛应用于工业遥控、遥测,无线抄表,自动化数据采集等场合。具有可靠性高,功耗低,协议透明使用方便等优点。传输距离可以达到几十至上百米,有些甚至可以到上千米的距离。目前很多厂商推出了工业化、系列化的产品,可以根据不同的使用场合和要求选择合适的产品。

  目前一些厂家推出了专用的基于嵌入式处理器的工业用无线遥控器,其性能优异,集成度高。如HBC、JAY等,应用于混凝土泵车、装载机等场合。但由于其一般针对专用工程设备,不具有较好的通用性及可扩展性,且主要是国外厂家,价格高昂,其应用推广受到限制。

  在我们研制的多关节工业机械手中,采用PLC作为其主控制器,完成对液压泵站和各关节液压阀的开关及比例控制,实现机械手的基本功能。采用无线数传模块通过无线通信方式收发数字信号,实现远程无线遥控功能,所设计的手持遥控器的输入开关量及模拟量由16位单片机采集并编码输出。

  1.总体方案

  该机械手用于巷道内进行混凝土喷浆作业,有自动和手动操作两种模式。自动模式下,PLC控制机械手各关节按程序预定的轨迹运动,调整机械手末端的方位与角度,使喷浆喷头按设定轨迹运动,且始终垂直于受喷的巷道面,完成巷道表面的喷浆作业。手动模式下,由操作员分别采用按钮和比例摇杆对开关阀和比例阀进行控制,驱动各关节运动,控制混凝土喷头的方位及角度。其中按钮控制泵站的启停及开关阀的方向切换,比例摇杆则根据操作人员的控制,形成一个±10V范围内的模拟量,比例阀根据模拟量的大小及方向,控制关节运动速度的大小及方向。其控制系统功能框图如图1所示。

机械手控制系统功能框图 

图1机械手控制系统功能框图

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关键字:可编程控制器  工业机械手  无线遥控

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1121/article_810.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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