PLC在机械手控制系统上的应用

本文对应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统进行介绍。该系统充分利用了可编程控制器（PLC）的控制功能，从而使其性能可靠稳定。

一、机械手简介

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

二、搬运机械手总体结构设计

该机械手采用圆柱坐标型，具有三个自由度，即手臂的伸长、缩短和整体旋转。

采用液压驱动，其具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动平稳、操作简单、安全、经济、易于实现过载保护且液压元件能够自行润滑等一系列优点。

在控制方式选择上，由于其功能只是在两个工作台之间搬移工件，运动简单，控制要求不高，因此，采用点位控制方式。

机械手一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1.执行机构

机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要移动。

2.传动系统

执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3.控制系统

机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。

三、机械手的选择

由于机械手是在搬运中应用的，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。

四、机械手操作方式

机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。

五、机械手控制

从原点开始按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手开始下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升电磁阀开始通电，机械手上升；上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移，右移到位时，碰到右移极限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。此时，右工作台上无工作，则光电开关接通，下降电磁阀接通，机械手下降。下降到底时碰到下限位开关下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松，放松后，上升电磁阀通电，机械手上升，上升到极限时碰到极限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移；左移到原点时，碰到左极限开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过以上几个动作完成一个循环。

六、输出设备——由PLC的输出信号驱动的执行元件

本设计中输出设备应包括下降电磁阀、上升电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、夹紧电磁阀等部分。为了对机械手原点位置进行指示，还要配置一个原点指示灯。

总之，根据所确定的用户输入设备及输出设备可知，PLC共需要15点输入、6点输出。

考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协调工作，所以PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入，16点输出)。

七、PLC的工作过程

1.初始操作（上电处理）

PLC未进入正式运行前，首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作。通电后，消除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查I／O单元的连接是否正确（I／O总线）。

2.运行

（1）PLC的工作方式——（顺序）周期循环扫描；

（2）扫描——按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的过程称“CPU对程序的扫描”。

（3）工作特点——集中输入，集中输出（小型PLC）。

八、PLC程序设计

通过分析控制要求，应该设计机械手复位程序、手动运行程序和自动运行程序。搬运机械手在暂停或者等待指令时，液压系统的液压泵一般要处于卸荷状态，因此，还要设计控制液压泵卸荷与否的程序，对液压泵进行控制。

该机械手的设计充分发挥了液压气动技术和PLC技术的优势，较好地实现了机械手的规定动作。随着科技的迅猛发展，液压气动技术和PLC技术结合，将能进一步提高机械手的运动速度、可靠性和稳定性。

（作者单位：李利，青岛科技大学、莱芜市高级技工学校；

王玉菊，莱芜市高级技工学校）

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