關(guān)于PLC控制的智能機(jī)械手設(shè)計(jì)探究

郭健 張鵬

摘要：本文重點(diǎn)就PLC控制的智能機(jī)械手進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的取料機(jī)械手通過機(jī)械、氣動、電氣和PLC控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，可以廣泛應(yīng)用于各大行業(yè)的取料領(lǐng)域，實(shí)踐表明，該系統(tǒng)可以快速、準(zhǔn)確的對控制要求做出反應(yīng)，具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，可大大提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：PLC控制；智能機(jī)械手；設(shè)計(jì)

智能仿生機(jī)械手用智能手機(jī)的iOS應(yīng)用程序進(jìn)行控制的一款靈敏系數(shù)很高的一種仿生手。2013年帕特里克·凱恩成為英國首位裝配智能仿生手的人。這款機(jī)械手名為i-limb，可以用智能手機(jī)的iOS應(yīng)用程序進(jìn)行控制。帕特里克還能控制5個獨(dú)立供能的手指，其中大拇指還能旋轉(zhuǎn)。該款機(jī)械手是蘇格蘭觸摸仿生（Touch Bionics）公司的最新產(chǎn)品。目前，在國內(nèi)大部分中小型軸承加工企業(yè)中，軸承毛坯的沖壓、沖孔加工仍靠人工完成，不僅勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本高、效率低，而且還存在著安全隱患和產(chǎn)品質(zhì)量問題；再加上大部分企業(yè)車間布局不統(tǒng)一，難以同時滿足所有企業(yè)的自動化需求。因此，基于上述問題，設(shè)計(jì)一種用于軸承加工的智能機(jī)械手勢在必行。

一、智能機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

智能機(jī)械手的總體裝置分為兩道工序，一道工序?qū)ｉT用于上料，主要包括氣動手指、上料垂直氣缸、上料伸縮氣缸；一道工序?qū)ｉT用于下料，主要包括翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)平臺、下料伸縮氣缸。兩道工序互不干涉，相對于上下料由一道工序完成的機(jī)械手，大大節(jié)省了時間，提高了效率。在機(jī)械手上裝有兩個紅外光電開關(guān)，一個開關(guān)用來檢測是否有料，若有料，機(jī)械手就按照指令一步一步動作，完成軸承毛坯的加工，若沒料，機(jī)械手會等待毛坯到位之后再動作；另一個開關(guān)是用來檢測沖桿是否將工件帶起，若沒帶起會發(fā)出警報(bào)，等待工作人員處理。主要元件功能如下：氣動手指實(shí)現(xiàn)工件的夾緊和松開，裝有夾位、松位限位開關(guān)；上料垂直氣缸實(shí)現(xiàn)上升和下降動作，裝有上位、下位限位開關(guān)；上料伸縮氣缸控制機(jī)械手的伸出和收縮，實(shí)現(xiàn)工件的上料動作，裝有前位、后位限位開關(guān)；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于工件的接取，翻轉(zhuǎn)氣缸動作將工件翻轉(zhuǎn)掉到指定位置；旋轉(zhuǎn)平臺通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)順時針、逆時針的旋轉(zhuǎn)，裝有左側(cè)、右側(cè)限位開關(guān)。

二、智能機(jī)械手工作過程

氣動手指和氣缸均由220 V單電控二位五通電磁閥控制，電磁閥通電，氣缸伸出、手指夾緊；電磁閥斷電，氣缸收縮、手指松開。將流量閥分別裝在氣缸和手指的進(jìn)氣口和出氣口，通過流量閥控制氣體的流量和速度，來調(diào)節(jié)氣動手指和氣缸的動作速度。初始狀態(tài)：氣動手指松開，上料垂直氣缸、上料伸縮氣缸、下料伸縮氣缸、翻轉(zhuǎn)氣缸都處于收縮狀態(tài)。工作過程為：（上電）→回原點(diǎn)→（啟動） →工件到位→上料垂直氣缸下降→氣動手指夾緊工件→上料垂直氣缸收縮→伸縮氣缸伸出斗氣動手指松開→伸縮氣缸收縮→壓力機(jī)沖壓工件，同時下料伸縮氣缸伸出→下料伸縮氣缸收縮→旋轉(zhuǎn)平臺逆時針旋轉(zhuǎn)900→翻轉(zhuǎn)氣缸伸出→旋轉(zhuǎn)平臺順時針旋轉(zhuǎn)900，同時翻轉(zhuǎn)氣缸收縮，如此循環(huán)。

三、 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）PLC控制系統(tǒng)

分析生產(chǎn)過程的工藝要求，確定控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)哪些功能要求；進(jìn)行控制器、L / O模塊、電源模塊、控制模式、數(shù)據(jù)通信模塊、通信模式的選擇；確定數(shù)字量、模擬量輸人、輸出點(diǎn)的個數(shù)，列出PLC輸入輸出分配表；畫出控制柜接線圖，根據(jù)接線圖進(jìn)行現(xiàn)場接線；根據(jù)順序功能圖編寫程序進(jìn)行調(diào)試，若是程序問題修改程序，若是硬件問題解決硬件問題，直到調(diào)試成功。

（二） PLC軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)有手動、連續(xù)、單周期、單步和回原點(diǎn)三種工作方式。機(jī)械手為初始狀態(tài)時稱為系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)，在進(jìn)入手動、連續(xù)、單周期和單步工作方式之前，系統(tǒng)應(yīng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。機(jī)械手從初始狀態(tài)開始，到夾緊工件、接到工件并將其放到指定位置的過程稱為一個工作周期，在自動工作方式下，按下啟動按鈕，機(jī)械手反復(fù)地工作，但按下停止按鈕機(jī)械手并不會立即停止工作，而是完成一個周期的工作后返回并停留在初始步。單步操作常用于系統(tǒng)的調(diào)試，在單步工作方式下，按下啟動按鈕系統(tǒng)只完成一步的動作，再次按下啟動按鈕，系統(tǒng)接著完成下一步動作。對于本系統(tǒng)而言，當(dāng)接通I0.3時，系統(tǒng)進(jìn)入單步工作方式，按一下啟動按鈕，上料垂直氣缸下降，再按一下啟動按鈕，手指夾緊工件，如此一步一步的動作。連續(xù)工作方式的順序功能圖如圖1所示，將選擇開關(guān)打到連續(xù)工作方式位置，I0.1為1狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入連續(xù)工作方式。MO.5為原點(diǎn)條件，在初始步為活動步的情況下按下啟動按鈕I0.5，紅外光電開關(guān)檢測是否有料，若有，則I2.3為1狀態(tài)，M2.O變?yōu)?狀態(tài)，上料垂直氣缸下降。同時，控制連續(xù)工作方式的線圈M0.7“通電”并自保持。

（三） PLC控制步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

四、結(jié)束語

本文介紹了一種基于PLC控制的工業(yè)取料機(jī)械手，設(shè)計(jì)了取料機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和氣動系統(tǒng)，并給出了PLC控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度控制設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)應(yīng)用于各大行業(yè)，具有穩(wěn)定可靠的性能，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

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