PLC控制機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、一、 機(jī)械手的工作原理（一）機(jī)械手的概述機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。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(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、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(dòng)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

2、，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。（3）可在勞動(dòng)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(dòng)。（4）在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。（5）宇宙及海洋的開發(fā)。（6）軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。（二）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(dòng)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都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。1、機(jī)械手傳送工

3、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控制器如圖1所示機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回復(fù)位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。手動(dòng)工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；回復(fù)位工作方式時(shí)，按下“回復(fù)位”按鈕，則機(jī)械手自動(dòng)返回原位；單步工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一步；選擇單周期工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期就停下；連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；只要按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)動(dòng)作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手才會(huì)最后運(yùn)行到原位并停下；而在傳送工件的過程中，機(jī)械手必須升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其它工件。圖2 機(jī)械手傳送

4、示意及操作動(dòng)作傳送圖圖3 機(jī)械手傳送示意及操作動(dòng)作執(zhí)行圖如圖2，3、其功能是將工件從A移送到B處。氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移動(dòng)分別使用了雙線圈的電磁閥，在某方向的驅(qū)動(dòng)線圈失電時(shí)能保持在原位，必須驅(qū)動(dòng)反方向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)。上升、下降對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV2、YV1，右行、左行對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV3、YV4。機(jī)械手的夾鉗使用單線圈電磁閥YV5，線圈通電時(shí)夾緊工件，斷電時(shí)松開工件。通過設(shè)置限位開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別對(duì)機(jī)械手的下降、上升、右行、左行進(jìn)行限位，而夾鉗不帶限位開關(guān)，它是通過延時(shí)1.7s來表示夾緊、松開動(dòng)作的完成的。三、機(jī)械手控制的硬件設(shè)計(jì)（一）輸入和輸出點(diǎn)分配表

5、及原理接線圖表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸出啟動(dòng)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SQ4X4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(dòng)操作SB3X6回原點(diǎn)SB11X16連續(xù)操作SB4X7工件檢測(cè)SQ5X17表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表圖3、機(jī)械手硬件控制連線圖（二）控制程序操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回

6、原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序，如圖3所示。圖4、機(jī)械手操作系統(tǒng)程序其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動(dòng)指示燈亮。再把旋鈕置于手動(dòng)，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動(dòng)，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動(dòng)程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動(dòng)位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時(shí)跳過手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序?；卦怀绦蚧卦怀绦蛉鐖D4所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S19作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043

7、置1。圖5、回原位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖手動(dòng)單步操作程序如圖5所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。圖6、手動(dòng)單步操作程序自動(dòng)操作程序自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，圖7、自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖驅(qū)動(dòng)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(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)Y1置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)1秒

8、。延時(shí)時(shí)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(dòng)作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，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，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。7、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(dòng)單步操作程序。從第67行到第129行為自動(dòng)操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；卦怀绦蚝妥詣?dòng)操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RE

9、T結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣?dòng)返回初始態(tài)S1。而自動(dòng)操作程序能自動(dòng)返回初態(tài)S2。三、梯形圖及指令表（一） 梯形圖上升右移上限位夾緊下限位下降狀態(tài)轉(zhuǎn)移開始自動(dòng)方式初始狀態(tài)上限位下降結(jié)束上升放松下限位下降右移限位夾緊下降限位下降左行限位左行松開夾緊上升1/2限位右移限位下降右移翻轉(zhuǎn)上升回原位初始狀態(tài)圖8、機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖（二）指令表五、總結(jié)與評(píng)價(jià)機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。對(duì)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

10、控制，針對(duì)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(jiǎn)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。六、致謝感謝我的論文指導(dǎo)老師許美玨老師給我指導(dǎo)和幫助。感謝安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系全體領(lǐng)導(dǎo)和老師。參考文獻(xiàn)1 鄔依林等：非接觸式IC卡在酒店收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用J，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002.2 金偉正等：基于非接觸式IC卡、考勤機(jī)的研究J，武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001。3 馬秀麗等：一種非接觸式射頻卡、基站讀寫電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用J，金卡工程，2003。4 鄔依林等：基于非接觸式IC卡收費(fèi)機(jī)的設(shè)計(jì)J。廣東教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2OO4。5.何立民：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京，北京航空航天大學(xué)出版社,1995。6 周航慈：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序設(shè)計(jì)技術(shù)，北京，北京航空