機(jī)械手自動操作控制的PLC程序設(shè)計(jì)

1機(jī)械手的工作原理機(jī)械手的概述能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身平安，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件〔或工具〕的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動〔擺動〕、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：

1、機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。

2、在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。

3、可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。4、可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運(yùn)等。

5、宇宙及海洋的開發(fā)，軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。機(jī)械手的工作方式機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都需要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。圖1機(jī)械手傳送示意及操作面板圖2、機(jī)械手順序動作的要求是：1)按下起動按鈕SB1時，機(jī)械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關(guān)動作。2)左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作。3)下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動作。4)啟動傳送帶A運(yùn)行，由光電開關(guān)SP檢測傳送帶A上有無物品送來，假設(shè)檢測到物品，那么抓緊電磁閥通電，機(jī)械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動作。5)手臂再次上升，至上升限位開關(guān)再次動作。6)右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作。7)手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動作。8)放松電磁閥通電，機(jī)械手松開手爪，經(jīng)延時2秒后，完成一次搬運(yùn)任務(wù)，然后重復(fù)循環(huán)以上過程。9)按下停止按鈕SB2或斷電時，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動時，機(jī)械手按停止前的動作繼續(xù)工作。2機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)2.1輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖2.1.1PLCI/O分配表1機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名稱代號輸入名稱代號輸入名稱代號輸出啟動SB1X0夾緊SB5X10電磁閥下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X2單步上升SB7X12電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X3單步下降SB8X13電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ6X4單步左移SB9X14電磁閥左行YV5Y4停止SB2X5單步右移SB10X15原點(diǎn)指示ELY5手動操作SB3X6回原點(diǎn)SB11X16連續(xù)操作SB4X7工件檢測SQ7X17圖2、原理接線圖選擇PLC該機(jī)械手為開關(guān)量控制，且所需的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型低檔PLC即可。由于所需的I/O點(diǎn)數(shù)分別為17和8點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，選用的PLC來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)。2.2控制程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，那么X6接通，其常閉觸頭翻開，程序不跳轉(zhuǎn)〔CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，那么跳到指針P所指P0處〕，執(zhí)行手動程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)閉合，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，〔既X6常閉閉合、X7常閉翻開〕那么程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。回原位程序回原位程序如圖4所示。用S10~S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10~S19作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。手動單步操作程序如圖5所示。手動操作時用X10~~~X15對應(yīng)的六個按鈕控制夾緊，松開，機(jī)械手的升，降，右行，左行，為了保證系統(tǒng)的平安運(yùn)行在手動程序中設(shè)置了必要的聯(lián)鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為ON。上下左右極限開關(guān)X2,X1,X4,X3的常閉觸點(diǎn)與控制機(jī)械手的Y0,Y2,Y3,Y4線圈串聯(lián)以防止機(jī)械手行程超限出現(xiàn)事故。用上限位開關(guān)X2,為ON，作為手動左行右行的條件，禁止機(jī)械手在較低的位置水平移動，防止于地面上的東西碰撞。圖5手動單步操作程序自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所。當(dāng)機(jī)械手處于原位時，按啟動X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S21驅(qū)動Y1置位，延時1秒，以使電磁力到達(dá)最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時1秒。延時時間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用屢次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用根本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。這三局部程序〔又稱為模塊〕是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；卦怀绦蚝妥詣硬僮鞒绦?。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動返回初始態(tài)S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)S2。3、梯形圖及指令表3.1梯形圖圖7機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖3.2指令表總結(jié)機(jī)械手的控制對于很多場合需求很大，不管是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其根本動作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。對于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來編寫程序。機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來越廣泛。參考文獻(xiàn)按國標(biāo)GB7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)那么》書寫：廖常初，ＦＸ系列ＰＬＣ編程的應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.4范永勝，王岷．電氣控制與ＰＬＣ應(yīng)用．北京：中國電力出版社，2007齊從謙，