基于PLC的搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

聶萬芬

（河南經(jīng)濟(jì)貿(mào)易技師學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453000）

隨著我國自動(dòng)化流水線的飛速發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于生產(chǎn)加工領(lǐng)域。搬運(yùn)機(jī)械手可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)。搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)用提高了生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度，有效的完成工業(yè)生產(chǎn)的各種操作流程，以及人工所不能完成的一些操作，減少第一線工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，避免人們在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的情況。

1 搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)選擇的是PLC控制系統(tǒng)，主要通過編寫梯形圖程序并寫入PLC主機(jī)中來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的具體功能，具體設(shè)計(jì)如下：

（1）硬件組成：限位傳感器、光電式接近開關(guān)、PLC、開關(guān)電源、繼電器、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥。

（2）工作原理：PLC主機(jī)能夠接收來自限位傳感器輸入的機(jī)械手的位置信號(hào)，收到信號(hào)后，再輸出脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行工作，使機(jī)械手能在橫軸豎軸方向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也能控制電磁閥以實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的夾緊與放松。

（3）機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)：本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手系統(tǒng)是三自由度，即機(jī)械手在左右方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在前后方向上的伸縮運(yùn)動(dòng)和在垂直方向上的上下運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手左右、前后、上下分別裝有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，機(jī)械手在這六個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)主要由三個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制。機(jī)械手的夾緊裝置利用氣壓來驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)夾緊與放松，由電磁閥對其進(jìn)行控制。利用6個(gè)限位傳感器控制機(jī)械手的位置。系統(tǒng)的原點(diǎn)狀態(tài)設(shè)置機(jī)械手在最左端，縮回，上升，氣動(dòng)夾手為放開的狀態(tài)。

2 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡介

本設(shè)計(jì)主要采用限位傳感器作為機(jī)械手位置信號(hào)的反饋裝置，采用光電式接近開關(guān)來檢測抓取裝置是否能進(jìn)行對裝置的抓取。光電式接近開關(guān)主要是利用光電效應(yīng)的原理，將發(fā)光器件與光電氣件合成一個(gè)感應(yīng)體，當(dāng)工件接觸到接近開關(guān)的感應(yīng)面時(shí)，光電器件就可以感受到反射光，就可以使開關(guān)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)PLC提供指令。

電磁閥供電電壓為直流24V，通電時(shí)閥門關(guān)閉，氣缸內(nèi)縮，抓取裝置實(shí)現(xiàn)夾緊，斷電時(shí)閥門開啟，氣缸伸開，抓取裝置實(shí)現(xiàn)放松。

PLC采用三菱FX3U-48MR，控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)脈沖輸入信號(hào)，每向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度；控制驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向輸入信號(hào)，它決定著驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件主要是指控制軟件，搬運(yùn)機(jī)械手完成的每個(gè)控制均有原點(diǎn)、限位等信號(hào)，既能獨(dú)立工作，也能相互通信。軟件編程可以用多種那個(gè)計(jì)算機(jī)語言來編制。根據(jù)搬運(yùn)機(jī)械手的實(shí)際工作需求，可以確定機(jī)械手在一個(gè)周期內(nèi)的工作流程：原位-上升-前伸-下降-夾緊-上升-順時(shí)針回轉(zhuǎn)-下降-松開-縮回-下降-逆時(shí)針回轉(zhuǎn)-原位。

3.1 PLC的I/O口設(shè)置

PLC控制的I/O口設(shè)置如表1所示。

表1 輸入/輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)分配圖

一共采用19個(gè)輸入端子和11個(gè)輸出端子，啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手連續(xù)運(yùn)行動(dòng)作；當(dāng)選用手動(dòng)擋工作方式時(shí)，有上升、下降、伸出、縮回、左限位、右限位、夾緊、松開按鈕8個(gè)輸入端子。8個(gè)輸出端子，分別控制手臂右旋、手臂左旋、手爪夾緊、手爪放松、氣缸下降、氣缸上升、氣缸伸出、氣缸縮回。

根據(jù)PLC控制的I/O口設(shè)置，對PLC控制的I/O口接線。

3.2 PLC的控制程序設(shè)計(jì)

本文對機(jī)械手控制主要分兩種工作方式，一種是啟動(dòng)后，機(jī)械手從原位開始，通過物料檢測光電傳感器檢測到物料后，連續(xù)動(dòng)作搬運(yùn)物料；另一種是選擇手動(dòng)模式，利用按鈕分解每一個(gè)動(dòng)作，完成工作任務(wù)，這種方式有利于機(jī)械手的組裝，調(diào)試和維修。

工作方式一，按下啟動(dòng)按鈕SB1，機(jī)械手回原位（程序如下）。當(dāng)物料檢測光電傳感器X11，手爪提升傳感器X7，氣動(dòng)手臂縮回傳感器X6，旋轉(zhuǎn)左限位傳感器X3得電，開始執(zhí)行提升氣缸上升到位，手爪提升傳感器X7得電，Y10伸縮氣缸伸出，伸出到位以后，氣動(dòng)手臂伸出傳感器X5得電以后，Y6提升氣缸下降，下降到位以后，手爪下限位傳感器X10得電，Y4手爪夾緊，夾緊到位，氣動(dòng)手爪傳感器X2得電，夾緊到位以后，提升氣缸上升，上升到位，手爪提升限位傳感器X7得電以后，Y0驅(qū)動(dòng)手臂右旋，右旋到位，傳感器X4得電，Y6提升氣缸下降，下降到位傳感器X10得電，之后，Y5驅(qū)動(dòng)手爪放松，放松到位，伸縮氣缸Y11開始縮回，縮回到位，傳感器X6得電，得電后提升氣缸Y6下降，下降到位，傳感器X10得電，得電過后，手臂Y2左旋，左旋到位后，恢復(fù)原位。再有物料，按此動(dòng)作順序循環(huán)。

工作方式二，撥動(dòng)手動(dòng)按鈕，分解動(dòng)作依次控制。X12得電，按下上升按鈕X13，機(jī)械手手臂上升，上升到位后，按下按鈕X15，機(jī)械手臂伸出，伸出到位后，按下下降按鈕X14，手臂下降，下降到位后，按下按鈕X21，夾緊物料。按下旋轉(zhuǎn)按鈕X20，旋轉(zhuǎn)到位，再按下下降按鈕X14，下降到位后，按下放松按鈕X22，放下物料。

4 結(jié) 語

本文對搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡略的分析，給出了控制系統(tǒng)的硬件組成框圖和軟件設(shè)計(jì)。技術(shù)人員應(yīng)能夠掌握PLC編程軟件（GX DEVELOPER），繪圖軟件等一系列的設(shè)計(jì)軟件。搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)擋的設(shè)置，可以更加方便的控制搬運(yùn)機(jī)械手的調(diào)節(jié)，相信該設(shè)備將替代人被類更安全有效的從事繁重的工作。