機械手控制編程方法的研究

秦萍

摘要：機械手在工業生產中大量應用，具有控制方便、工作可靠、效率高等優點，本文介紹了PLC控制機械手的編程方法、順序圖設計中步的合并方法。

關鍵詞：機械手 ?PLC ?順序控制 ?順序功能圖 ?步的合并

隨著工業自動化水平的不斷提高，在汽車生產、機械加工、物流、醫藥等領域的生產流水線或貨物裝卸調運，機械手的應用越來越普及。特別是隨著PLC技術的發展和應用，解決了傳統繼電器控制中需要大量的接觸器、中間繼電器、時間繼電器等器件，控制線路復雜，故障率高，維修費時費力等問題，機械手在工業生產中的應用越來越廣泛，可以節約能源和提高加工、運輸設備效率。

1 機械手機構的組成

機械手的機構（如圖1所示）主要包括由四個電磁閥控制的氣缸來實現機械手臂的上升下降運動、伸出縮回運動、左右旋轉運動及氣爪的夾緊松開工件的動作。其動作轉換靠設置在氣缸不同部位的傳感器輸出信號傳輸到PLC控制器輸入繼電器，再通過PLC內部程序控制輸出不同的輸出信號，驅動外部線圈來控制電磁閥產生不同的動作，實現機械手的精確控制。

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圖1 機械手機構

氣缸均采用雙作用氣缸，氣缸活塞的兩個運動方向都由空氣壓力推動，因此在活塞兩邊，氣缸有兩個氣孔作供氣和排氣用，以實現活塞的往復運動。機械手臂的左右轉動采用葉片式擺動氣缸，將氣壓力作用在葉片上，由于葉片與轉軸連在一起，因此受氣壓作用的葉片就帶動轉軸擺動，并輸出力矩。氣缸用外部擋塊來改變其轉動角度， 轉動氣缸高速左右轉動時，用緩沖器起緩沖減速作用，保護擺動氣缸。

所有氣缸的運動采用雙線圈電磁換向閥控制，雙線圈控閥如圖2所示。

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圖2 ?雙線圈控制閥

雙向電控閥用來控制氣缸進氣和出氣，從而實現氣缸的伸出、縮回運動。氣爪是氣動設備中用來夾持工件的常用元件。它一般是在氣缸的活塞桿上連接一個傳動機構，來帶動氣爪的爪子作直線平移或繞某支點開閉，以夾緊或放松工件，如圖3所示。

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圖3 ?氣爪控制示意圖

當氣爪由雙向電控氣閥控制時，氣爪抓緊和松開分別由一個線圈控制，在控制過程中不允許兩個線圈同時得電。

2 機械手控制編程

2.1 I/O分配表

表1 ?I/O分配表

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2.2 機械手自檢順序圖

機械手工作之前，需進行機械手動作是否正常的檢查。可以手動逐個動作檢查，也可以編寫機械手自檢程序進行檢查，圖4是機械手自檢程序參考順序功能圖。

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圖4 ?機械手動作自檢順序功能圖

2.3 機械手轉運材料的工作順序功能圖

機械手轉運材料的工作過程需經過手臂伸出→下降→氣爪夾緊→手臂上升→縮回→右轉→伸出→下降→氣爪松開→手臂上升→縮回→左轉，回到初始等待位置共12個步驟，順序功能圖如圖5所示。

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圖5 ?機械手轉運材料順序功能圖

機械手轉運材料的順序功能圖中有12個步，采用三菱GX Devolper編程軟件編程時，步太多導致程序較長，檢查、調試不方便。

2.4 機械手轉運材料的工作順序步的合并

合并原則：避免同一氣缸相反方向動作出現在同一步里。如果同一氣缸的相反方向動作出現在同一個步里，可能會導致機械手動作混亂;為保證機械手的正常工作，需保證這兩個動作的先后順序，編程時需要加較多的限定條件，使程序變得太復雜，調試時間較長。

按照避免同一氣缸相反方向動作出現在同一步里的合并原則，順序圖中S11～S13中沒有相互矛盾的動作，如果再把S14合并進來，則S14與S12后的動作上升與下降是兩個相反方向的動作，所以應將S11～S13進行步的合并，將原先的3個步合并成為1個步，如圖6所示。

同樣的方法，可以把S14～S16、S17～S19、S20～S22分別進行步的合并，如圖7所示。

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圖7 ?機械手轉運材料順序圖（合并）

經過步的合并，機械手轉運材料的工作過程從12步減少為4個步，順序功能圖大大縮短，方便程序的檢查，調試時間大為縮短。

參考文獻：

[1]廖常初.可編程控制器應用技術[M].重慶大學出版社，2011.

[2]韓志國.PLC應用技術[M].中國鐵道出版社，2012.

[3]章宇.實現工業控制編程的安全性[J].自動化博覽，2008-05-

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基金項目：

寧夏工商職業技術學院院級教改項目《設備控制編程規劃與實施》一體化教學改革探索（GS2012-35）。