以PLC控制机械手些想法与实践

1、以 PLC 控制机械手的一些想法与实践第一章机械手的概述随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运 , 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率， 以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作， 两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关 (SQ1-SQ9) 产生的通断信号传输到 P

2、LC控制器，通过 PLC内部程序输出不同的信号， 从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。机械手就是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（

3、或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，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。度越多，机械手通常用作机床或其他机器的附加装置， 如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件， 在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。 有

4、些操作装置需要由人直接操纵， 如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机

5、械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪以及卫星计算机。 工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色

6、和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。 工作时机械手先伸出手指寻找工件， 通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合， 从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。第二章搬运机械手总体设计方案2.1 搬运机械手结构及其动作本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如下：机械手的周期动作2.2 机械手的控制过程如图 32 所示由 A、B 两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作， A 缸通过一个单电两位四通电磁换向阀

7、控制工件的夹紧、放松， B 缸通过一双电两位四通电磁阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。当小车前进时以慢快慢的形式进行，返回时按慢快慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B 缸活塞杆伸出， 带动机械手下降， 下降至终点碰压行程开关SQ3与机械手夹钳相连的A 缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作， B 缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关SQ7时转为快速行走；接近终点时小车碰压行程开关SQ8，转为慢速行走；

8、行至右端行程开关SQ9，小车停止前进；停留5 秒后， B 缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A 缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢快慢的形式沿原路返回，恢复到图示所示的原点位置。2.3 机械手的控制要求为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包括手动和回原位的操作。手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/ 下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通

9、电将操作方式选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。该机械手在自动工作状态时， 应先将其工作方式选择开关放在 “返回原位” ，并按下返回原位按钮， 对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。第三章搬运机械手硬件系统设计3.1 硬件系统

10、设计包括机械部分和电气控制部分的设计。结构图如下：结构示意图图中设置 9 个行程开关 SQ1 SQ9用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中 SQ1为工件是否到位的检测开关； SQ2为小车原位检测开关； SQ3、SQ4分别为机械手下降上升是否到位检测开关；SQ5、 SQ6分别为机械手夹紧放松检测开关； SQ7、SQ8分别为小车速度转换开关； SQ9为小车运动停止开关。3.2 电气控制的设计包括主电路和控制电路的设计。 主电路由两台电动机， 即慢速电机和快速电机， 分别拖动小车慢行和快行， 其控制如下：慢速电动机 M1由接触器 KM1、KM2分别控制其

11、正传和反转； 快速电动机 M2由接触器 KM3和 KM4分别控制其正传和反转。 机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。控制电路设计主要是PLC输入、输出接线的设计，其I/O 分配如图 35 所示。电气接线图如下PLC I/O接线控制图第四章搬运机械手的软件系统设计机械手动控制属顺序控制，故其手动程序采用普通的PLC控制指令控制，自动程序采用步进梯形指令控制4.1 梯形图的总体设计根据上图的自动工作功能表图，可设计出自动操作时的梯形图如下：搬运机械手自动工作梯形图第五章总结本人从两年前开始关注机器人行业，但是正式工作并非是机器人