一、引言

　　PLC作為一種可編程控制器，能夠在給定程序下，以PLC作為控制核心來實現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作。機(jī)械手是典型的多運(yùn)動部件組合體，其作為一種受控機(jī)構(gòu)，可在外部輸入信號的控制下完成指定的動作。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，減輕操作者的勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

　　本文以運(yùn)用PLC實施機(jī)械手的控制展開研究，目標(biāo)是實現(xiàn)將工件從一個工作臺運(yùn)送到另一個工作臺的手動、自動雙模式控制，要求在出現(xiàn)錯誤動作時能夠?qū)崿F(xiàn)手動操作使機(jī)械手恢復(fù)到一個較初始的狀態(tài)。

二、機(jī)械手運(yùn)送控制的動作流程

　　機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由驅(qū)動機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)兩部分組成，其中驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動信號由外部輸入。

　　要實現(xiàn)將工件由一個工作臺搬運(yùn)到另一個工作臺，機(jī)械手應(yīng)控制的動作流程包括：

圖1機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖1.夾持機(jī)構(gòu)2.立柱3.機(jī)座4.步進(jìn)電機(jī)5.主動機(jī)構(gòu)6.從動機(jī)構(gòu)7.搖臂8.導(dǎo)向軸9.滑塊10.絲杠軸11.機(jī)械手臂

　　1）如圖2所示，自動模式控制時，只需要一次啟動，便可實現(xiàn)周期性自動動作。開始運(yùn)行后，如果機(jī)械手不在初始位置上，機(jī)械手將自動回到原點(diǎn)。歸位后，縱軸下移，移動到下限位，手爪抓取工件，為保證抓牢，抓取動作延時2S，然后縱軸上升，到達(dá)上限位后橫軸自動向右伸出到右限位，然后縱軸下降到下限位，手爪張開，放下物件，延時2S后，縱軸上升，然后橫軸左移，回到原點(diǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2機(jī)械手自動模式工作流程圖說明：

（1）機(jī)械手的工作要求是將工件從A點(diǎn)移到B點(diǎn)；（2）原點(diǎn)位置時機(jī)械夾持裝置處于夾緊狀態(tài)，位于左上角；（3）機(jī)械夾持裝置設(shè)計為有電放松，斷電夾緊。

　　2）手動模式控制時，要求機(jī)械手手臂上、下移動，左、右移動，夾緊、放松每個動作可以獨(dú)立操作。

三、機(jī)械手的PLC控制原理

　　在生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)實時監(jiān)測，需要在各個監(jiān)測點(diǎn)安裝監(jiān)測元件，比如常用的光電元件、電偶元件以及各種傳感器。同時，為實現(xiàn)自動控制，提高機(jī)械智能化，需采用多組限位開關(guān)，將各個開關(guān)量作為PLC的輸入信號，在PLC內(nèi)部通過對所檢測到的輸入信號進(jìn)行運(yùn)算，然后再輸出相應(yīng)的控制信號驅(qū)動對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手做出相應(yīng)的動作。通過設(shè)置限位開關(guān)既可實現(xiàn)動作到位的檢查、便于動作轉(zhuǎn)換的控制，同時也可保證機(jī)械手能在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。

　　為了實現(xiàn)自動化下的手動控制，應(yīng)將機(jī)械手做出各個動作時所需要的輸入信號在外部用獨(dú)立的按鈕連接起來，但是，這些外部獨(dú)立的開關(guān)量又必須和限位開關(guān)的開關(guān)量結(jié)合起來，正是這種聯(lián)結(jié)，才能保證機(jī)械手在手動模式下不會因為操作者的人為誤差而錯位動作，甚至因為超程而造成機(jī)械損壞。

四、機(jī)械手雙控模式的運(yùn)送系統(tǒng)設(shè)計

　　本設(shè)計中，機(jī)械手的控制設(shè)有自動、手動兩種工作方式，其中自動模式為周期性運(yùn)動，手動模式則為單步、點(diǎn)動。在自動模式下，需要機(jī)械手在原點(diǎn)位，即圖2中所示的左限位和上限位，且機(jī)械手爪不處于工作狀態(tài)，若開始不在原點(diǎn)位，則自動回到原點(diǎn)位或者選擇手動模式將機(jī)械手回到原點(diǎn)位。表1是用三菱系列PLC控制機(jī)械手時需分配設(shè)置的輸入輸出信號端口的設(shè)計。

表 1 PLC 的輸入 / 輸出信號端口分配

圖3機(jī)械手手動模式程序

　　圖3所示為手動模式的PLC程序設(shè)計，在此進(jìn)行了開關(guān)互鎖以保護(hù)機(jī)械部分的設(shè)計。如常開X7與常閉X3和常閉X2串聯(lián)驅(qū)動Y1，按表1設(shè)置的輸入/輸出端口分配，其設(shè)計是在選擇自動模式（X2）時或者機(jī)械手已經(jīng)達(dá)到上限位位置（X3）時，不能進(jìn)行手動向上（X7）的上移（Y1）操作；又如常開X11與常閉X5和常閉X4串聯(lián)驅(qū)動Y3，則表示當(dāng)機(jī)械手處于下限位或者左限位時不能進(jìn)行手動左移操作。

　　圖4所示為自動模式下PLC程序步進(jìn)圖，從程序結(jié)構(gòu)上能清晰看出機(jī)械手將自動按下降（Y2）→夾緊（Y0）→上升（Y1）→右移（Y4）→…的步驟順序和各步之間的跳轉(zhuǎn)條件?？傮w程序是將自動模式嵌套在手動模式下的設(shè)計，由此能較好地實現(xiàn)手動、自動一鍵轉(zhuǎn)換，并且有利于研究從整體上分析PLC如何實施機(jī)械手的控制。

圖 4 機(jī)械手自動模式步進(jìn)圖

五、結(jié)語

　　采用可編程控制器PLC對機(jī)械手進(jìn)行控制，能對輸入信號處理迅速，可實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，而且還可以根據(jù)控制要求，對PLC的輸入/輸出功能進(jìn)行擴(kuò)展。通過PLC自身對輸入信號的拾取及處理，更容易實現(xiàn)較復(fù)雜多模塊系統(tǒng)的智能化控制。在人力成本漸次提升的壓力下，很多企業(yè)都希望通過大量采用機(jī)械手代替人工以降低成本，因此，對PLC控制機(jī)械手的研究具有非常積極的意義。