通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路探討

文承勇

摘要：氣動機(jī)械手在我國各生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)如今，傳統(tǒng)的氣動機(jī)械手已經(jīng)很難滿足企業(yè)發(fā)展的需求，對氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)進(jìn)行改造、更新是當(dāng)前企業(yè)建設(shè)急需解決的首要問題。PLC控制的機(jī)械手具有價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中取得了較高的效益。文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，從氣動機(jī)械手的工作原理及控制要求著手，對通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路做了簡單介紹。

關(guān)鍵詞：氣動機(jī)械手；控制設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)思路；工作原理；控制要求；電子技術(shù)

中圖分類號：HP138 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0029-02

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)行業(yè)向機(jī)械化、自動化的方向快速發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)運(yùn)而生。進(jìn)入21世紀(jì)以來，電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已經(jīng)受到相關(guān)行業(yè)的廣泛重視。在實(shí)際建設(shè)過程中，很多企業(yè)愿意在生產(chǎn)過程中采用機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)，這樣不僅可以降低生產(chǎn)成本，還能減輕人力勞動強(qiáng)度。正因如此，在很大程度上促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使其更加符合生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需求。氣動機(jī)械手在生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉以及可靠性高等特點(diǎn)。氣動技術(shù)以壓力為動力，壓力主要來源于大氣，對環(huán)境污染較小，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展自動化的重要手段之一。本文以氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)為主要研究對象，對其控制設(shè)計(jì)思路做了簡單介紹。

1 工作原理及控制要求

1.1 氣動機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)

近幾年，機(jī)械手在各生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是污染比較嚴(yán)重的生產(chǎn)企業(yè)更加注重機(jī)械手的使用。圖1是氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。從示意圖中可以看出，氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要組成部分有步進(jìn)電機(jī)、直線導(dǎo)軌、氣缸（3個(gè)滑動氣缸、1個(gè)擺動氣缸）、傳感器、開關(guān)以及支架等，可以同時(shí)在多個(gè)坐標(biāo)內(nèi)工作。啟動裝置和PLC控制系統(tǒng)共同組成該氣動機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主控器以PLC控制系統(tǒng)為主，主要目的是控制機(jī)械手的運(yùn)行。

1.2 氣動機(jī)械手的控制要求

氣動機(jī)械手的控制要求有：第一，機(jī)械手啟動后，立柱電磁閥必須保持通電狀態(tài)，立柱開始上升；第二，機(jī)械手臂處于伸出狀態(tài)，電磁閥通電正常；第三，機(jī)械手爪夾緊，電磁閥處在通電狀態(tài)；第四，機(jī)械手縮回，處于限位開關(guān)動作；第五，立柱保持順時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；第六，立柱逐漸下降，電磁閥關(guān)閉；第七，機(jī)械手臂伸出，重復(fù)之前動作；第八，立柱處于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，停止機(jī)械手工作；第九，進(jìn)行手動操作，每次按下START按鈕，接收程序重復(fù)上述動作。

機(jī)械手自動控制的流程是：啟動→立柱上升→手臂伸出→手抓夾緊→手臂縮回→立柱順時(shí)針轉(zhuǎn)→立柱下降→手臂伸出→放開工件→手臂回縮→立柱逆時(shí)針轉(zhuǎn)，依次重復(fù)上述動作。

2 氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合上文中介紹的機(jī)械手自動控制流程可以看出：為了保障機(jī)械手的正常運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行過程中的機(jī)械手通常需要4個(gè)氣缸（擺動氣缸、升降氣缸、伸縮氣缸以及氣爪氣缸）進(jìn)行驅(qū)動。這4個(gè)氣缸在實(shí)際使用過程中都以雙作用氣缸為主，對控制電磁閥有嚴(yán)格要求，通常情況下，對4個(gè)氣缸進(jìn)行控制的電磁閥必須由2個(gè)工作口、2個(gè)排氣口以及1個(gè)供氣口共同組成，因此，二位五通電磁閥是該過程電磁閥的首選。各個(gè)氣缸入氣口與出氣口位置必須安裝節(jié)流閥門，主要作用是調(diào)節(jié)進(jìn)氣和出氣的流量大小，保障氣缸的穩(wěn)定和安全。為了提高機(jī)械手動作的安全性，通常會采用雙電控電磁閥對擺動氣缸進(jìn)行控制，其他氣缸均有單電控電磁閥控制。最后，運(yùn)行中的4個(gè)氣缸均采用活塞帶磁性的氣缸，氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示：

3 通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路

3.1 氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)

氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)受到了越來越多生產(chǎn)企業(yè)的重視，利用PLC控制機(jī)械手完成相關(guān)的生產(chǎn)動作，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還能簡化傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中復(fù)雜的控制線路、減少成本支出，從而推動企業(yè)的發(fā)展建設(shè)。氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)需要考慮以下要求：

3.1.1 確定PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量。結(jié)合上文內(nèi)容可知，PLC控制系統(tǒng)中輸入信號端作用非常明顯，輸入信號端的信號主要來源于機(jī)械手中的行程開關(guān)，目的是對機(jī)械手的升降、伸縮以及轉(zhuǎn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測。為了滿足系統(tǒng)控制的要求，需要結(jié)合多個(gè)按鈕信號傳達(dá)出的信息判斷機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)，確定PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量還要求設(shè)置按鈕對機(jī)械手運(yùn)行過程中使用的AUTO MAN旋動開關(guān)進(jìn)行控制。

PLC運(yùn)行過程中需要8個(gè)輸出信號，目的是驅(qū)動4個(gè)氣缸的電磁閥，其中有3個(gè)信號用來顯示機(jī)械手的工作狀態(tài)。綜上所述，PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量應(yīng)該大于或等于13個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)該大于或等于11個(gè)。

3.1.2 用戶程序存儲器容量的選擇。從PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量的確定分析中可以看出，PLC氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)需要24個(gè)開關(guān)量控制，存儲器的字?jǐn)?shù)應(yīng)該大于或等于輸出點(diǎn)數(shù)量的8倍，也就是192字。

3.1.3 PLC型號的選擇。從上述分析中可以看出，輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)必須大于或等于13個(gè)，輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)大于或等于11個(gè)，存儲器的字?jǐn)?shù)大于或等于192字，滿足以上要求的PLC才符合實(shí)際運(yùn)行需求。在實(shí)際使用過程中以S7-300型號的PLC和2個(gè)SM323數(shù)字量I/O模塊為主。該模塊由16個(gè)輸入和輸出點(diǎn)、48KB隨機(jī)存儲器、64個(gè)計(jì)數(shù)器以及128個(gè)定時(shí)器共同組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)以及指令豐富的特點(diǎn)。輸出和輸入點(diǎn)的分配以及PLC與器件的邏輯接線圖如圖3所示：

3.2 PLC的程序設(shè)計(jì)

本文中研究的氣動機(jī)械手在PLC控制下的執(zhí)行方式有兩種，筆者對這兩種方式做了如下介紹：

3.2.1 手動。按下START按鈕后，機(jī)械手可以同時(shí)完成上升、伸出、縮回、轉(zhuǎn)動、下降、伸出、松開、縮回以及轉(zhuǎn)動等動作。手動執(zhí)行方式主要運(yùn)用于工藝參數(shù)的摸索研究。

3.2.2 自動。啟動按鈕開啟后，機(jī)械手可以重復(fù)循環(huán)上升、伸出、縮回、轉(zhuǎn)動、下降、伸出、松開、縮回以及轉(zhuǎn)動等動作。自動執(zhí)行方式主要運(yùn)用于正常生產(chǎn)過程中。

3.3 利用PLC進(jìn)行控制的特點(diǎn)

利用PLC對氣動機(jī)械手進(jìn)行控制，與傳統(tǒng)的控制方式，如純氣動控制以及繼電器/接觸器控制相比具有明顯的優(yōu)勢。筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，將其優(yōu)勢做了以下介紹：第一，利用PLC進(jìn)行控制的氣動機(jī)械手工作可靠性和安全性高，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還降低了人力資源的勞動強(qiáng)度；第二，氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)由PLC控制部分和氣動控制部分共同組成；第三，利用PLC進(jìn)行控制可以利用雙電控電磁閥或者單電控電磁閥以閥島進(jìn)行氣路轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的特點(diǎn)；第四，行程開關(guān)可以有效控制信號信息；第五，利用PLC進(jìn)行控制的氣動機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在生產(chǎn)中應(yīng)用效果明顯。

4 結(jié)語

總之，氣動機(jī)械手在生產(chǎn)領(lǐng)域的作用越來越明顯，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，信息技術(shù)對通用PLC氣動機(jī)械手的影響尤為明顯。上文從機(jī)械手的工作原理及控制要求出發(fā)，分析了氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，用PLC控制機(jī)械手與其他控制形式相比具有明顯的優(yōu)勢，為了促進(jìn)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)必須明確通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 張萍萍.基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[2] 齊繼陽，吳倩，何文燦.基于PLC和觸摸屏的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動，2013，（4）.

[3] 袁玉比.氣動機(jī)械手夾持力控制系統(tǒng)的研究[D].昆明理工大學(xué)，2012.

[4] 汪歡歡，胡國清，周青輝.基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].液壓與氣動，2012，（9）.

摘要：氣動機(jī)械手在我國各生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)如今，傳統(tǒng)的氣動機(jī)械手已經(jīng)很難滿足企業(yè)發(fā)展的需求，對氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)進(jìn)行改造、更新是當(dāng)前企業(yè)建設(shè)急需解決的首要問題。PLC控制的機(jī)械手具有價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中取得了較高的效益。文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，從氣動機(jī)械手的工作原理及控制要求著手，對通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路做了簡單介紹。

關(guān)鍵詞：氣動機(jī)械手；控制設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)思路；工作原理；控制要求；電子技術(shù)

中圖分類號：HP138 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0029-02

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)行業(yè)向機(jī)械化、自動化的方向快速發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)運(yùn)而生。進(jìn)入21世紀(jì)以來，電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已經(jīng)受到相關(guān)行業(yè)的廣泛重視。在實(shí)際建設(shè)過程中，很多企業(yè)愿意在生產(chǎn)過程中采用機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)，這樣不僅可以降低生產(chǎn)成本，還能減輕人力勞動強(qiáng)度。正因如此，在很大程度上促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使其更加符合生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需求。氣動機(jī)械手在生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉以及可靠性高等特點(diǎn)。氣動技術(shù)以壓力為動力，壓力主要來源于大氣，對環(huán)境污染較小，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展自動化的重要手段之一。本文以氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)為主要研究對象，對其控制設(shè)計(jì)思路做了簡單介紹。

1 工作原理及控制要求

1.1 氣動機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)

近幾年，機(jī)械手在各生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是污染比較嚴(yán)重的生產(chǎn)企業(yè)更加注重機(jī)械手的使用。圖1是氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。從示意圖中可以看出，氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要組成部分有步進(jìn)電機(jī)、直線導(dǎo)軌、氣缸（3個(gè)滑動氣缸、1個(gè)擺動氣缸）、傳感器、開關(guān)以及支架等，可以同時(shí)在多個(gè)坐標(biāo)內(nèi)工作。啟動裝置和PLC控制系統(tǒng)共同組成該氣動機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主控器以PLC控制系統(tǒng)為主，主要目的是控制機(jī)械手的運(yùn)行。

1.2 氣動機(jī)械手的控制要求

氣動機(jī)械手的控制要求有：第一，機(jī)械手啟動后，立柱電磁閥必須保持通電狀態(tài)，立柱開始上升；第二，機(jī)械手臂處于伸出狀態(tài)，電磁閥通電正常；第三，機(jī)械手爪夾緊，電磁閥處在通電狀態(tài)；第四，機(jī)械手縮回，處于限位開關(guān)動作；第五，立柱保持順時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；第六，立柱逐漸下降，電磁閥關(guān)閉；第七，機(jī)械手臂伸出，重復(fù)之前動作；第八，立柱處于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，停止機(jī)械手工作；第九，進(jìn)行手動操作，每次按下START按鈕，接收程序重復(fù)上述動作。

機(jī)械手自動控制的流程是：啟動→立柱上升→手臂伸出→手抓夾緊→手臂縮回→立柱順時(shí)針轉(zhuǎn)→立柱下降→手臂伸出→放開工件→手臂回縮→立柱逆時(shí)針轉(zhuǎn)，依次重復(fù)上述動作。

2 氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合上文中介紹的機(jī)械手自動控制流程可以看出：為了保障機(jī)械手的正常運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行過程中的機(jī)械手通常需要4個(gè)氣缸（擺動氣缸、升降氣缸、伸縮氣缸以及氣爪氣缸）進(jìn)行驅(qū)動。這4個(gè)氣缸在實(shí)際使用過程中都以雙作用氣缸為主，對控制電磁閥有嚴(yán)格要求，通常情況下，對4個(gè)氣缸進(jìn)行控制的電磁閥必須由2個(gè)工作口、2個(gè)排氣口以及1個(gè)供氣口共同組成，因此，二位五通電磁閥是該過程電磁閥的首選。各個(gè)氣缸入氣口與出氣口位置必須安裝節(jié)流閥門，主要作用是調(diào)節(jié)進(jìn)氣和出氣的流量大小，保障氣缸的穩(wěn)定和安全。為了提高機(jī)械手動作的安全性，通常會采用雙電控電磁閥對擺動氣缸進(jìn)行控制，其他氣缸均有單電控電磁閥控制。最后，運(yùn)行中的4個(gè)氣缸均采用活塞帶磁性的氣缸，氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示：

3 通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路

3.1 氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)

氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)受到了越來越多生產(chǎn)企業(yè)的重視，利用PLC控制機(jī)械手完成相關(guān)的生產(chǎn)動作，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還能簡化傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中復(fù)雜的控制線路、減少成本支出，從而推動企業(yè)的發(fā)展建設(shè)。氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)需要考慮以下要求：

3.1.1 確定PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量。結(jié)合上文內(nèi)容可知，PLC控制系統(tǒng)中輸入信號端作用非常明顯，輸入信號端的信號主要來源于機(jī)械手中的行程開關(guān)，目的是對機(jī)械手的升降、伸縮以及轉(zhuǎn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測。為了滿足系統(tǒng)控制的要求，需要結(jié)合多個(gè)按鈕信號傳達(dá)出的信息判斷機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)，確定PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量還要求設(shè)置按鈕對機(jī)械手運(yùn)行過程中使用的AUTO MAN旋動開關(guān)進(jìn)行控制。

PLC運(yùn)行過程中需要8個(gè)輸出信號，目的是驅(qū)動4個(gè)氣缸的電磁閥，其中有3個(gè)信號用來顯示機(jī)械手的工作狀態(tài)。綜上所述，PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量應(yīng)該大于或等于13個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)該大于或等于11個(gè)。

3.1.2 用戶程序存儲器容量的選擇。從PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量的確定分析中可以看出，PLC氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)需要24個(gè)開關(guān)量控制，存儲器的字?jǐn)?shù)應(yīng)該大于或等于輸出點(diǎn)數(shù)量的8倍，也就是192字。

3.1.3 PLC型號的選擇。從上述分析中可以看出，輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)必須大于或等于13個(gè)，輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)大于或等于11個(gè)，存儲器的字?jǐn)?shù)大于或等于192字，滿足以上要求的PLC才符合實(shí)際運(yùn)行需求。在實(shí)際使用過程中以S7-300型號的PLC和2個(gè)SM323數(shù)字量I/O模塊為主。該模塊由16個(gè)輸入和輸出點(diǎn)、48KB隨機(jī)存儲器、64個(gè)計(jì)數(shù)器以及128個(gè)定時(shí)器共同組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)以及指令豐富的特點(diǎn)。輸出和輸入點(diǎn)的分配以及PLC與器件的邏輯接線圖如圖3所示：

3.2 PLC的程序設(shè)計(jì)

本文中研究的氣動機(jī)械手在PLC控制下的執(zhí)行方式有兩種，筆者對這兩種方式做了如下介紹：

3.2.1 手動。按下START按鈕后，機(jī)械手可以同時(shí)完成上升、伸出、縮回、轉(zhuǎn)動、下降、伸出、松開、縮回以及轉(zhuǎn)動等動作。手動執(zhí)行方式主要運(yùn)用于工藝參數(shù)的摸索研究。

3.2.2 自動。啟動按鈕開啟后，機(jī)械手可以重復(fù)循環(huán)上升、伸出、縮回、轉(zhuǎn)動、下降、伸出、松開、縮回以及轉(zhuǎn)動等動作。自動執(zhí)行方式主要運(yùn)用于正常生產(chǎn)過程中。

3.3 利用PLC進(jìn)行控制的特點(diǎn)

利用PLC對氣動機(jī)械手進(jìn)行控制，與傳統(tǒng)的控制方式，如純氣動控制以及繼電器/接觸器控制相比具有明顯的優(yōu)勢。筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，將其優(yōu)勢做了以下介紹：第一，利用PLC進(jìn)行控制的氣動機(jī)械手工作可靠性和安全性高，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還降低了人力資源的勞動強(qiáng)度；第二，氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)由PLC控制部分和氣動控制部分共同組成；第三，利用PLC進(jìn)行控制可以利用雙電控電磁閥或者單電控電磁閥以閥島進(jìn)行氣路轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的特點(diǎn)；第四，行程開關(guān)可以有效控制信號信息；第五，利用PLC進(jìn)行控制的氣動機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在生產(chǎn)中應(yīng)用效果明顯。

4 結(jié)語

總之，氣動機(jī)械手在生產(chǎn)領(lǐng)域的作用越來越明顯，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，信息技術(shù)對通用PLC氣動機(jī)械手的影響尤為明顯。上文從機(jī)械手的工作原理及控制要求出發(fā)，分析了氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，用PLC控制機(jī)械手與其他控制形式相比具有明顯的優(yōu)勢，為了促進(jìn)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)必須明確通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 張萍萍.基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[2] 齊繼陽，吳倩，何文燦.基于PLC和觸摸屏的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動，2013，（4）.

[3] 袁玉比.氣動機(jī)械手夾持力控制系統(tǒng)的研究[D].昆明理工大學(xué)，2012.

[4] 汪歡歡，胡國清，周青輝.基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].液壓與氣動，2012，（9）.

摘要：氣動機(jī)械手在我國各生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)如今，傳統(tǒng)的氣動機(jī)械手已經(jīng)很難滿足企業(yè)發(fā)展的需求，對氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)進(jìn)行改造、更新是當(dāng)前企業(yè)建設(shè)急需解決的首要問題。PLC控制的機(jī)械手具有價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中取得了較高的效益。文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，從氣動機(jī)械手的工作原理及控制要求著手，對通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路做了簡單介紹。

關(guān)鍵詞：氣動機(jī)械手；控制設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)思路；工作原理；控制要求；電子技術(shù)

中圖分類號：HP138 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0029-02

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)行業(yè)向機(jī)械化、自動化的方向快速發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)運(yùn)而生。進(jìn)入21世紀(jì)以來，電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已經(jīng)受到相關(guān)行業(yè)的廣泛重視。在實(shí)際建設(shè)過程中，很多企業(yè)愿意在生產(chǎn)過程中采用機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)，這樣不僅可以降低生產(chǎn)成本，還能減輕人力勞動強(qiáng)度。正因如此，在很大程度上促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使其更加符合生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需求。氣動機(jī)械手在生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉以及可靠性高等特點(diǎn)。氣動技術(shù)以壓力為動力，壓力主要來源于大氣，對環(huán)境污染較小，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展自動化的重要手段之一。本文以氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)為主要研究對象，對其控制設(shè)計(jì)思路做了簡單介紹。

1 工作原理及控制要求

1.1 氣動機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)

近幾年，機(jī)械手在各生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是污染比較嚴(yán)重的生產(chǎn)企業(yè)更加注重機(jī)械手的使用。圖1是氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。從示意圖中可以看出，氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要組成部分有步進(jìn)電機(jī)、直線導(dǎo)軌、氣缸（3個(gè)滑動氣缸、1個(gè)擺動氣缸）、傳感器、開關(guān)以及支架等，可以同時(shí)在多個(gè)坐標(biāo)內(nèi)工作。啟動裝置和PLC控制系統(tǒng)共同組成該氣動機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主控器以PLC控制系統(tǒng)為主，主要目的是控制機(jī)械手的運(yùn)行。

1.2 氣動機(jī)械手的控制要求

氣動機(jī)械手的控制要求有：第一，機(jī)械手啟動后，立柱電磁閥必須保持通電狀態(tài)，立柱開始上升；第二，機(jī)械手臂處于伸出狀態(tài)，電磁閥通電正常；第三，機(jī)械手爪夾緊，電磁閥處在通電狀態(tài)；第四，機(jī)械手縮回，處于限位開關(guān)動作；第五，立柱保持順時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；第六，立柱逐漸下降，電磁閥關(guān)閉；第七，機(jī)械手臂伸出，重復(fù)之前動作；第八，立柱處于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，停止機(jī)械手工作；第九，進(jìn)行手動操作，每次按下START按鈕，接收程序重復(fù)上述動作。

機(jī)械手自動控制的流程是：啟動→立柱上升→手臂伸出→手抓夾緊→手臂縮回→立柱順時(shí)針轉(zhuǎn)→立柱下降→手臂伸出→放開工件→手臂回縮→立柱逆時(shí)針轉(zhuǎn)，依次重復(fù)上述動作。

2 氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合上文中介紹的機(jī)械手自動控制流程可以看出：為了保障機(jī)械手的正常運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行過程中的機(jī)械手通常需要4個(gè)氣缸（擺動氣缸、升降氣缸、伸縮氣缸以及氣爪氣缸）進(jìn)行驅(qū)動。這4個(gè)氣缸在實(shí)際使用過程中都以雙作用氣缸為主，對控制電磁閥有嚴(yán)格要求，通常情況下，對4個(gè)氣缸進(jìn)行控制的電磁閥必須由2個(gè)工作口、2個(gè)排氣口以及1個(gè)供氣口共同組成，因此，二位五通電磁閥是該過程電磁閥的首選。各個(gè)氣缸入氣口與出氣口位置必須安裝節(jié)流閥門，主要作用是調(diào)節(jié)進(jìn)氣和出氣的流量大小，保障氣缸的穩(wěn)定和安全。為了提高機(jī)械手動作的安全性，通常會采用雙電控電磁閥對擺動氣缸進(jìn)行控制，其他氣缸均有單電控電磁閥控制。最后，運(yùn)行中的4個(gè)氣缸均采用活塞帶磁性的氣缸，氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示：

3 通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路

3.1 氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)

氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)受到了越來越多生產(chǎn)企業(yè)的重視，利用PLC控制機(jī)械手完成相關(guān)的生產(chǎn)動作，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還能簡化傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中復(fù)雜的控制線路、減少成本支出，從而推動企業(yè)的發(fā)展建設(shè)。氣動機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)需要考慮以下要求：

3.1.1 確定PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量。結(jié)合上文內(nèi)容可知，PLC控制系統(tǒng)中輸入信號端作用非常明顯，輸入信號端的信號主要來源于機(jī)械手中的行程開關(guān)，目的是對機(jī)械手的升降、伸縮以及轉(zhuǎn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測。為了滿足系統(tǒng)控制的要求，需要結(jié)合多個(gè)按鈕信號傳達(dá)出的信息判斷機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)，確定PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量還要求設(shè)置按鈕對機(jī)械手運(yùn)行過程中使用的AUTO MAN旋動開關(guān)進(jìn)行控制。

PLC運(yùn)行過程中需要8個(gè)輸出信號，目的是驅(qū)動4個(gè)氣缸的電磁閥，其中有3個(gè)信號用來顯示機(jī)械手的工作狀態(tài)。綜上所述，PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量應(yīng)該大于或等于13個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)該大于或等于11個(gè)。

3.1.2 用戶程序存儲器容量的選擇。從PLC實(shí)際需要的輸入點(diǎn)數(shù)量的確定分析中可以看出，PLC氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)需要24個(gè)開關(guān)量控制，存儲器的字?jǐn)?shù)應(yīng)該大于或等于輸出點(diǎn)數(shù)量的8倍，也就是192字。

3.1.3 PLC型號的選擇。從上述分析中可以看出，輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)必須大于或等于13個(gè)，輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)大于或等于11個(gè)，存儲器的字?jǐn)?shù)大于或等于192字，滿足以上要求的PLC才符合實(shí)際運(yùn)行需求。在實(shí)際使用過程中以S7-300型號的PLC和2個(gè)SM323數(shù)字量I/O模塊為主。該模塊由16個(gè)輸入和輸出點(diǎn)、48KB隨機(jī)存儲器、64個(gè)計(jì)數(shù)器以及128個(gè)定時(shí)器共同組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)以及指令豐富的特點(diǎn)。輸出和輸入點(diǎn)的分配以及PLC與器件的邏輯接線圖如圖3所示：

3.2 PLC的程序設(shè)計(jì)

本文中研究的氣動機(jī)械手在PLC控制下的執(zhí)行方式有兩種，筆者對這兩種方式做了如下介紹：

3.2.1 手動。按下START按鈕后，機(jī)械手可以同時(shí)完成上升、伸出、縮回、轉(zhuǎn)動、下降、伸出、松開、縮回以及轉(zhuǎn)動等動作。手動執(zhí)行方式主要運(yùn)用于工藝參數(shù)的摸索研究。

3.2.2 自動。啟動按鈕開啟后，機(jī)械手可以重復(fù)循環(huán)上升、伸出、縮回、轉(zhuǎn)動、下降、伸出、松開、縮回以及轉(zhuǎn)動等動作。自動執(zhí)行方式主要運(yùn)用于正常生產(chǎn)過程中。

3.3 利用PLC進(jìn)行控制的特點(diǎn)

利用PLC對氣動機(jī)械手進(jìn)行控制，與傳統(tǒng)的控制方式，如純氣動控制以及繼電器/接觸器控制相比具有明顯的優(yōu)勢。筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，將其優(yōu)勢做了以下介紹：第一，利用PLC進(jìn)行控制的氣動機(jī)械手工作可靠性和安全性高，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還降低了人力資源的勞動強(qiáng)度；第二，氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)由PLC控制部分和氣動控制部分共同組成；第三，利用PLC進(jìn)行控制可以利用雙電控電磁閥或者單電控電磁閥以閥島進(jìn)行氣路轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的特點(diǎn)；第四，行程開關(guān)可以有效控制信號信息；第五，利用PLC進(jìn)行控制的氣動機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在生產(chǎn)中應(yīng)用效果明顯。

4 結(jié)語

總之，氣動機(jī)械手在生產(chǎn)領(lǐng)域的作用越來越明顯，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，信息技術(shù)對通用PLC氣動機(jī)械手的影響尤為明顯。上文從機(jī)械手的工作原理及控制要求出發(fā)，分析了氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，用PLC控制機(jī)械手與其他控制形式相比具有明顯的優(yōu)勢，為了促進(jìn)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)必須明確通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)

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[4] 汪歡歡，胡國清，周青輝.基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].液壓與氣動，2012，（9）.