基于PLC控制搬運機械手研究

摘要:本文以日本三菱FX2N型的PLC為基礎，介紹PLC在機械手搬運控制中的應用。該系統具有穩定、可靠的性能。

關鍵詞:PLC;機械手;搬運;可靠

一、PLC控制搬運機械手的控制系統

1.機械手的組成

所謂機械手，就是具有和人的手臂相似的動作，取放物體或進行其它操作的機械裝置。在當今社會，機械手已經成為人類真正的“手臂”。

機械手主要由執行結構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置等組成。

(1)執行結構

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還要增設行走機構。

A、手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為加持式和吸附式手部。

B、手腕是連接手臂和手部，起調整或改變工件方位的作用。

C、手臂是支撐手臂和手部的部件，用以改變工件的空間位置。

D、立柱是支撐手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的關系。

E、行走機構，機械手為了完成遠距離操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。滾輪式行走機構可分為有軌和無軌兩種。

執行機構是機械手的基礎部分，機械手執行機構的各個部件和驅動系統安裝在基座上，起支撐和連接的作用。

(2)驅動系統

機械手的驅動系統是驅動執行機構運行的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械動等四種形式。

A、液壓傳動是以油液的壓力來驅動執行機構運動。

B、氣壓傳動是以壓縮空氣的壓力來驅動執行機構運動。其主要特點是介質來源方便、動作迅速、結構簡單、成本低。但是，由于空氣的可壓縮性，故穩定性較低，氣源壓力較低。適用于高速、輕載、高溫和粉塵較大的工作環境。

C、機械傳動是由機械傳動機構(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅動。

D、電力傳動是由特殊結構的感應電動機、直流電機、功率步進電機直接驅動執行機構運動。因為不需要中間轉換機構，故機械結構簡單。

(3)控制系統

有電氣控制和射流控制兩種，常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配機械手按規定的程序運動，并記憶人們給機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統的信息對執行機構發出指令，必要時可對機械手的動作進行監視，當動作有錯誤或發生故障時發出報警信號。

(4)位置檢測裝置

控制機械手執行機構的運動位置，并隨時將執行機構的實際位置反饋給控制系統，并不斷的與設定位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而是執行機構以一定的進度達到設定位置。

2.氣動機械手

現在的自動化機械手在動力源上主要采用液壓驅動和氣壓驅動，本課題設計的是近距離自動移動式機械手臂，所以選氣壓驅動。

(1)氣動執行機構

氣動機構由氣缸和氣動馬達組成。氣缸是把壓縮空氣的壓力能轉換為機械能能量的轉換裝置。它可以輸出力，驅動工作部分做往復直線運動或往復擺動。氣缸分為單向作用和雙向作用。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能量轉換機械能能量的轉換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅動機構做回轉運動。

(2)空氣控制閥

A、壓力控制閥分為:調壓閥、安全閥、順序閥。

B、流量控制閥是用來調節和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執行機構的工作速度。其主要有節流閥、單向截流閥和排氣節流閥等。

3.系統的控制要求

機械手的動作過程:從原點開始，按下啟動按鈕，下降電磁閥通電，機械手下降;碰到下限限位開關時，下降電磁閥斷電，機械手下降停止;同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊;夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升;碰到上限限位開關時，上升電磁閥斷電，上升停止;同時接通左移電磁閥，機械手左移，碰到左限位開關時，左移電磁閥斷電，左移停止;若此時桌面上無物料時，光電開關接通，下降電磁閥通電，機械手下降，碰到下限限位開關時，下降電磁閥斷電，下降停止;同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松;上升電磁閥通電，機械手上升，碰到上限限位開關時，上升電磁閥斷電，上升停止;同時接通右移電磁閥，右移電磁閥通電，機械手右移;碰到右限位開關時，機械手停止右移。機械手回到原點，完成一個周期的運動。

二、控制系統硬件的選擇

1、PLC的選擇

(1)輸入輸出點數的估算

輸入輸出點的估算很重要，在估算時要考慮適當的余量，通常在統計的輸入輸出點數基礎上增加10%-20%的余量，這就有利于PLC有效的控制。

(2)存儲器容量的估算

可編程序控制器本身的硬件存儲單元就是存儲器容量，它是存儲器中用戶應用項目所使用存儲單元的大小，由此可以看出存儲器的容量大于程序容量。

(3)PLC控制功能的選擇

PLC的控制功能有很多，包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等。本課題設計在控制功能選擇上并沒有包含PLC的所有功能，但有幾項功能是這次設計所必須的。

(4)可編程控制器機型的選擇

決定用三菱公司生產的FX系列的可編程控制器作為機械手的控制器。

2.傳感器的選擇

本設計所選用的傳感器是由深圳市聯興特傳感技術有限公司生產的，其名稱是Anyload247系列微型傳感器。

3.I/O接線圖

系統控制電路設計主要是PLC的輸入、輸出接線圖設計，根據機械手的動作過程和控制要求，確定PLC的型號和傳感器，合理分配輸入、輸出點，得到系統的PLC輸入、輸出接線圖，如下所示:

參考文獻

[1]李國平著，《基于PLC控制的氣動機械手實驗裝置的研制[J]》，液壓與氣動，2003

[2]李乃夫著，《可編程控制器原理、應用》，北京，中國輕工業出版社，2003

[3]常曉玲著，《電氣控制系統與可編程控制器》，北京，機械工業出版社，2004

[4]鄧星鐘著，《機電傳動控制[M]》，華中科技大學出版社，2001

作者簡介:劉蘭波，黑龍江雞西，郵編:158100，1970年10月出生，黑龍江省雞西人，性別:男，副教授，碩士，研究方向:電氣工程

(責任編輯婁潤忠)