機(jī)械手控制編程方法的研究

秦萍

摘要：機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用，具有控制方便、工作可靠、效率高等優(yōu)點(diǎn)，本文介紹了PLC控制機(jī)械手的編程方法、順序圖設(shè)計(jì)中步的合并方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手 ?PLC ?順序控制 ?順序功能圖 ?步的合并

隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，在汽車(chē)生產(chǎn)、機(jī)械加工、物流、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn)，機(jī)械手的應(yīng)用越來(lái)越普及。特別是隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)繼電器控制中需要大量的接觸器、中間繼電器、時(shí)間繼電器等器件，控制線路復(fù)雜，故障率高，維修費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問(wèn)題，機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，可以節(jié)約能源和提高加工、運(yùn)輸設(shè)備效率。

1 機(jī)械手機(jī)構(gòu)的組成

機(jī)械手的機(jī)構(gòu)（如圖1所示）主要包括由四個(gè)電磁閥控制的氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的上升下降運(yùn)動(dòng)、伸出縮回運(yùn)動(dòng)、左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及氣爪的夾緊松開(kāi)工件的動(dòng)作。其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在氣缸不同部位的傳感器輸出信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器輸入繼電器，再通過(guò)PLC內(nèi)部程序控制輸出不同的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部線圈來(lái)控制電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確控制。

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圖1 機(jī)械手機(jī)構(gòu)

氣缸均采用雙作用氣缸，氣缸活塞的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向都由空氣壓力推動(dòng)，因此在活塞兩邊，氣缸有兩個(gè)氣孔作供氣和排氣用，以實(shí)現(xiàn)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手臂的左右轉(zhuǎn)動(dòng)采用葉片式擺動(dòng)氣缸，將氣壓力作用在葉片上，由于葉片與轉(zhuǎn)軸連在一起，因此受氣壓作用的葉片就帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，并輸出力矩。氣缸用外部擋塊來(lái)改變其轉(zhuǎn)動(dòng)角度， 轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸高速左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用緩沖器起緩沖減速作用，保護(hù)擺動(dòng)氣缸。

所有氣缸的運(yùn)動(dòng)采用雙線圈電磁換向閥控制，雙線圈控閥如圖2所示。

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圖2 ?雙線圈控制閥

雙向電控閥用來(lái)控制氣缸進(jìn)氣和出氣，從而實(shí)現(xiàn)氣缸的伸出、縮回運(yùn)動(dòng)。氣爪是氣動(dòng)設(shè)備中用來(lái)夾持工件的常用元件。它一般是在氣缸的活塞桿上連接一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，來(lái)帶動(dòng)氣爪的爪子作直線平移或繞某支點(diǎn)開(kāi)閉，以?shī)A緊或放松工件，如圖3所示。

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圖3 ?氣爪控制示意圖

當(dāng)氣爪由雙向電控氣閥控制時(shí)，氣爪抓緊和松開(kāi)分別由一個(gè)線圈控制，在控制過(guò)程中不允許兩個(gè)線圈同時(shí)得電。

2 機(jī)械手控制編程

2.1 I/O分配表

表1 ?I/O分配表

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2.2 機(jī)械手自檢順序圖

機(jī)械手工作之前，需進(jìn)行機(jī)械手動(dòng)作是否正常的檢查。可以手動(dòng)逐個(gè)動(dòng)作檢查，也可以編寫(xiě)機(jī)械手自檢程序進(jìn)行檢查，圖4是機(jī)械手自檢程序參考順序功能圖。

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圖4 ?機(jī)械手動(dòng)作自檢順序功能圖

2.3 機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)材料的工作順序功能圖

機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)材料的工作過(guò)程需經(jīng)過(guò)手臂伸出→下降→氣爪夾緊→手臂上升→縮回→右轉(zhuǎn)→伸出→下降→氣爪松開(kāi)→手臂上升→縮回→左轉(zhuǎn)，回到初始等待位置共12個(gè)步驟，順序功能圖如圖5所示。

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圖5 ?機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)材料順序功能圖

機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)材料的順序功能圖中有12個(gè)步，采用三菱GX Devolper編程軟件編程時(shí)，步太多導(dǎo)致程序較長(zhǎng)，檢查、調(diào)試不方便。

2.4 機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)材料的工作順序步的合并

合并原則：避免同一氣缸相反方向動(dòng)作出現(xiàn)在同一步里。如果同一氣缸的相反方向動(dòng)作出現(xiàn)在同一個(gè)步里，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械手動(dòng)作混亂;為保證機(jī)械手的正常工作，需保證這兩個(gè)動(dòng)作的先后順序，編程時(shí)需要加較多的限定條件，使程序變得太復(fù)雜，調(diào)試時(shí)間較長(zhǎng)。

按照避免同一氣缸相反方向動(dòng)作出現(xiàn)在同一步里的合并原則，順序圖中S11～S13中沒(méi)有相互矛盾的動(dòng)作，如果再把S14合并進(jìn)來(lái)，則S14與S12后的動(dòng)作上升與下降是兩個(gè)相反方向的動(dòng)作，所以應(yīng)將S11～S13進(jìn)行步的合并，將原先的3個(gè)步合并成為1個(gè)步，如圖6所示。

同樣的方法，可以把S14～S16、S17～S19、S20～S22分別進(jìn)行步的合并，如圖7所示。

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圖7 ?機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)材料順序圖（合并）

經(jīng)過(guò)步的合并，機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)材料的工作過(guò)程從12步減少為4個(gè)步，順序功能圖大大縮短，方便程序的檢查，調(diào)試時(shí)間大為縮短。

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基金項(xiàng)目：

寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)教改項(xiàng)目《設(shè)備控制編程規(guī)劃與實(shí)施》一體化教學(xué)改革探索（GS2012-35）。