PLC控制机械手设计

1、一、 机械手的工作原理（一）机械手的概述机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：（1）机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。（2）在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板

2、，在机械行业中它可以用来组装零部件。（3）可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。（5）宇宙及海洋的开发。（6）军事工程及生物医学方面的研究和试验。（二）机械手的工作方式机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。1、机械手传送工

3、件系统示意图，如图1所示。图1 机械手传送示意及操作面控制器如图1所示机械手能实现手动、回复位、单步、单周期和连续等五种工作方式。手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；回复位工作方式时，按下“回复位”按钮，则机械手自动返回原位；单步工作方式时，每按一次起动按钮机械手向前执行一步；选择单周期工作方式时，每按一次起动按钮，机械手只运行一个周期就停下；连续工作方式时，机械手向前执行一步；只要按下起动按钮，机械手就会连续循环动作，直到按下停止按钮，机械手才会最后运行到原位并停下；而在传送工件的过程中，机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其它工件。图2 机械手传送

4、示意及操作动作传送图图3 机械手传送示意及操作动作执行图如图2，3、其功能是将工件从A移送到B处。气动机械手的升降和左右移动分别使用了双线圈的电磁阀，在某方向的驱动线圈失电时能保持在原位，必须驱动反方向的线圈才能反向运动。上升、下降对应的电磁阀线圈分别是YV2、YV1，右行、左行对应的电磁阀线圈分别是YV3、YV4。机械手的夹钳使用单线圈电磁阀YV5，线圈通电时夹紧工件，断电时松开工件。通过设置限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别对机械手的下降、上升、右行、左行进行限位，而夹钳不带限位开关，它是通过延时1.7s来表示夹紧、松开动作的完成的。三、机械手控制的硬件设计（一）输入和输出点分配表

5、及原理接线图表1 机械手传送系统输入和输出点分配表名 称代号输入名 称代号输入名 称代号输出启动SB1X0夹紧SB5X10电磁阀下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11电磁阀夹紧YV2Y1上限行程SQ2X2单步上升SB7X12电磁阀上升YV3Y2右限行程SQ3X3单步下降SB8X13电磁阀右行YV4Y3左限行程SQ4X4单步左移SB9X14电磁阀左行YV5Y4停止SB2X5单步右移SB10X15原点指示ELY5手动操作SB3X6回原点SB11X16连续操作SB4X7工件检测SQ5X17表1 机械手传送系统输入和输出点分配表图3、机械手硬件控制连线图（二）控制程序操作系统 操作系统包括回

6、原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。图4、机械手操作系统程序其原理是：把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。回原位程序回原位程序如图4所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043

7、置1。图5、回原位状态转移图手动单步操作程序如图5所示。图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。图6、手动单步操作程序自动操作程序自动操作状态转移见图6所示。当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，图7、自动操作状态转移图驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。S23驱动Y3右移。移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒

8、。延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。7、机械手传送系统梯形图如图7所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行，都以RE

9、T结束本步进顺控程序块。但两者又有不同。回原位程序不能自动返回初始态S1。而自动操作程序能自动返回初态S2。三、梯形图及指令表（一） 梯形图上升右移上限位夹紧下限位下降状态转移开始自动方式初始状态上限位下降结束上升放松下限位下降右移限位夹紧下降限位下降左行限位左行松开夹紧上升1/2限位右移限位下降右移翻转上升回原位初始状态图8、机械手传送系统梯形图（二）指令表五、总结与评价机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的

10、控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。六、致谢感谢我的论文指导老师许美珏老师给我指导和帮助。感谢安徽商贸职业技术学院电子信息工程系全体领导和老师。参考文献1 邬依林等：非接触式IC卡在酒店收费系统中的应用J，佛山科学技术学院学报(自然科学版)，2002.2 金伟正等：基于非接触式IC卡、考勤机的研究J，武汉工业学院学报，2001。3 马秀丽等：一种非接触式射频卡、基站读写电路的设计与应用J，金卡工程，2003。4 邬依林等：基于非接触式IC卡收费机的设计J。广东教育学院学报，2OO4。5.何立民：单片机应用系统设计，北京，北京航空航天大学出版社,1995。6 周航慈：单片机程序设计技术，北京，北京航空