徐海洋

摘 要：本文結(jié)合機(jī)械手的工作過程原理和控制要求，設(shè)計(jì)了基于PLC控制的機(jī)械手，重點(diǎn)介紹了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、PLC的選擇以及PLC程序設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC） 機(jī)械手 控制

中圖分類號(hào)：TH11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082 （2017） 04-0224-02

一、機(jī)械手的工作過程及控制要求

1.機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)

機(jī)械手是一個(gè)水平、垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，有上升、下降運(yùn)動(dòng)，左移、右移運(yùn)動(dòng)和夾緊、放松動(dòng)作和位置控制。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，機(jī)械手的動(dòng)作由氣動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)缸由相應(yīng)的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產(chǎn)線中。圖1-1為機(jī)械手簡(jiǎn)圖，其中 1-執(zhí)行氣爪，2-水平伸縮氣缸，3-旋轉(zhuǎn)軸，4-豎直氣缸，5-底座，6-工件。

機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)由感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分四個(gè)方面組成。采集感知信號(hào)及控制信號(hào)均由氣動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)。主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。由于采用了模塊化拼裝結(jié)構(gòu)，可組成立柱型氣動(dòng)機(jī)械手、門架型氣動(dòng)機(jī)械手及滑塊型氣動(dòng)機(jī)械手，及其它各種類型的機(jī)械手。氣動(dòng)機(jī)械手具有三個(gè)自由度，即水平（Z）方向自由度、垂直（Y）方向自由度和旋轉(zhuǎn)自由度，并可以采用多種靈活的控制方案。

2.機(jī)械手的控制要求

根據(jù)要求：機(jī)械手初始位置在原點(diǎn)位置，每次循環(huán)動(dòng)作都從原點(diǎn)位置開始，完成上升、下降運(yùn)動(dòng)，左移、右移運(yùn)動(dòng)和夾緊、放松動(dòng)作和位置控制，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作和自動(dòng)操作方式。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)位置下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，左傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品后，左傳送帶停止運(yùn)行。根據(jù)分析可得出機(jī)械手的工作流程圖，如圖2-1所示。

機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作，自動(dòng)操作又分為單周期操作和連續(xù)操作方式。

2.1 機(jī)械手的自動(dòng)運(yùn)行：

① 下降：② 加緊工件：③ 上升： ④ 右移： ⑤ 下降：⑥ 放松工件：⑦ 上升： ⑧ 左移：⑨ 回到原位又開始新的工作循環(huán)周期。

2.2 機(jī)械手的手動(dòng)運(yùn)行

手動(dòng)運(yùn)行是指機(jī)械手的上升、下降、左移、右移及夾緊操作通過對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作按鈕控制，與操作順序無關(guān)。

二、機(jī)械手PLC控制的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路

考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器（PLC）對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。

送料機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖3-1 所示。啟動(dòng)控制有2種，1個(gè)由啟動(dòng)開關(guān)安裝在現(xiàn)場(chǎng)，1個(gè)由通過組態(tài)王軟件控制。在控制面板上，安裝一個(gè)檔位開關(guān)，分手動(dòng)和自動(dòng)兩大檔位，手動(dòng)擋包括調(diào)試和回原位兩檔，自動(dòng)擋分單步、半自動(dòng)和全自動(dòng)三檔，要求自動(dòng)擋的操作必須在回原位的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。

2.PLC的選擇

該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制，且所要的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般小型抵擋機(jī)即可。由于所要的I/O點(diǎn)數(shù)為15/6點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，PLC的I/O點(diǎn)基本上可不留裕量。

由于不同記性的PLC，其I/O點(diǎn)的編號(hào)不同，因此應(yīng)根據(jù)所選擇的機(jī)型，對(duì)PLC的I/O點(diǎn)分配編號(hào)。如圖所示的編號(hào)。

3.PLC程序設(shè)計(jì)

為了便于編程，先繪制出整個(gè)控制程序的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1所示。

在該結(jié)構(gòu)框圖中，當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)，輸入點(diǎn)X407接通，其輸入繼電器常閉接點(diǎn)斷開，執(zhí)行手動(dòng)操作程序。

由于手動(dòng)程序和自動(dòng)程序采用了跳轉(zhuǎn)指令，因此在著兩個(gè)程序段可以采用同樣的一套輸出繼電器。

用移位器編程：由于自動(dòng)操作的控制比較，不容易直接設(shè)計(jì)出梯形圖，因此可以先畫出自動(dòng)的操作流程圖，用以表明動(dòng)作的順序和條件，如圖3-2。

圖3-2中，矩形方框代表完成某一動(dòng)作的控制程序，方框之間的箭頭線用以表示程序的轉(zhuǎn)換，箭頭線上的小橫線用以表示轉(zhuǎn)換的條件。

當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)，壓下上限位開關(guān)和左限開關(guān)，輸入點(diǎn)X402和X404接通，產(chǎn)生原點(diǎn)指示輸出。

根據(jù)自動(dòng)操作的流程圖，就可以設(shè)計(jì)自動(dòng)操作的梯形圖如圖3-3所示。

梯形圖的控制原理：

3.1連續(xù)及單周期操作

在連續(xù)及單周期操作方式下，單步輸入點(diǎn)X410斷開，輸入繼電器X410常閉接點(diǎn)閉合，將位移寄存器的位移輸入直接接入輸入端。

當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)，壓下上限位開關(guān)和左限位開關(guān)，輸入點(diǎn)X402和X404接通，Y435接通，原點(diǎn)指示燈亮。

① 按下起動(dòng)按鈕，M120接通并自保，移位器數(shù)據(jù)輸入端接通，M100置“1”，Y430接通，下降電磁閥得電，機(jī)械手下降。

② 下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電器X401接通，Y430斷開，下降停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)，將M100的“1”態(tài)移到M101。M101的常開接點(diǎn)將Y431接通，夾緊電磁閥的電，機(jī)械手夾緊工件，T450開始計(jì)時(shí)。同時(shí)，M101的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開，使M100置“0”。

③T450延3s后，其常開接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生移位信號(hào)，將M102置“1”，M101置“0”。M102的常開接點(diǎn)將Y432接通，上升電磁閥得電，機(jī)械手上升。同時(shí)，M102的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。

④上升到頂碰到上限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，上升停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)，將M103置“1”，M102置“0”，M103的常開接點(diǎn)將Y433接通，右移電磁閥得電，機(jī)械手右移。同時(shí)，M103的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。

⑤ 右移到位碰到右限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，右移停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)，將M104置“1”，M103置“0”。M104的常開接點(diǎn)閉合，若此時(shí)右工作臺(tái)無工件，則光電開關(guān)因露光而導(dǎo)通，其常開接點(diǎn)使輸入繼電器X405接通，Y430再次接通，機(jī)械手下降。同時(shí)，M104的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。若右工作臺(tái)有工件，則光電開關(guān)因遮光面斷開，X405斷開，Y430不能接通，機(jī)械手暫停等待。

3.2設(shè)計(jì)小結(jié)

機(jī)械手采用PLC控制技術(shù)后，操控簡(jiǎn)便，系統(tǒng)線路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)還能根據(jù)不同用戶的需求對(duì)其功能進(jìn)行擴(kuò)展，提高了工作效率及檢測(cè)準(zhǔn)確性。

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