基于PLC的实验室应用机器人的设计及研制

梁力中

（广东医学院附属医院 524001）

1 前言

医学生物实验室需要从事大量与病原微生物相关的实验，这使得实验人员被生物生物病原体感染的风险大大增大，SARS、流感等大规模流行，对传染性疾病的免疫学研究的实验开展，工作接触而感染病毒的报导越来越多，2012年5月，美国一名实验室工作人员死一种脑膜炎病原体，引起世界医学界对实验室感染高度重视。用机器人取代实验人员进行病原微生物的直接的工作接触，成为了生物医学实验室建设的趋势。2012年7月东京的药品贸易展上推出了双臂机器人Mahoro，用于处理危险性实验，该机器人还处于推广阶段，造价较高，安装复杂，维护成本高，不利于我国生物实验室的大范围推广。本文将介绍一种基于PLC的四轴机器人的设计及应用。本设计选择S7-200系列的CPU224来组建四轴搬运机器人的控制系统的核心，扩展EM253位控模块。软件设计部分采用STEP 7-Micro/WIN V4.0软件编写梯形图，为四轴机器人设计了一个简单的人机界面，实现了通过机械手取代人手实现运送、抓取、旋转、放置的功能。应用效果表明，该机器人很大程度地减少工作接触，有效地提升了生物安全，较好地保护了实验室人员的生命安全，取得了预期的效果。

2 系统架构

2.1 机器人结构

四轴机器人用于实验室平台上生物试管的自动搬运，能够完成前后轴X、左右轴Y、上下轴Z、旋转轴四个轴向运动以及抓放动作，其结构如图1所示。X轴向的运动由伺服电机驱动皮带实现，Y轴向的运动由三相异步电机驱动旋转丝杠完成，Z轴向通过一个两位四通换向阀控制气缸完成升降运动，机械手的顺、逆时针90度旋转动作以及机械手抓放动作也分别由两个气缸驱动完成。……