基于PLC的搬運機械手的控制系統設計

聶萬芬

（河南經濟貿易技師學院，河南 新鄉453000）

隨著我國自動化流水線的飛速發展，搬運機械手被廣泛的運用于生產加工領域。搬運機械手可安裝不同的末端執行器以完成各種不同形狀和狀態的工件搬運。搬運機械手的運用提高了生產過程中的自動化程度，有效的完成工業生產的各種操作流程，以及人工所不能完成的一些操作，減少第一線工作人員勞動強度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本，避免人們在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的情況。

1 搬運機械手控制系統的設計方案

本設計選擇的是PLC控制系統，主要通過編寫梯形圖程序并寫入PLC主機中來實現本系統所要實現的具體功能，具體設計如下：

（1）硬件組成：限位傳感器、光電式接近開關、PLC、開關電源、繼電器、步進電機、電磁閥。

（2）工作原理：PLC主機能夠接收來自限位傳感器輸入的機械手的位置信號，收到信號后，再輸出脈沖信號控制步進電機進行工作，使機械手能在橫軸豎軸方向上運動，同時也能控制電磁閥以實現夾緊裝置的夾緊與放松。

（3）機械手的機械結構：本文設計的機械手系統是三自由度，即機械手在左右方向上的旋轉運動，在前后方向上的伸縮運動和在垂直方向上的上下運動。機械手左右、前后、上下分別裝有一個步進電機，機械手在這六個方向上運動主要由三個步進電機控制。機械手的夾緊裝置利用氣壓來驅動以實現夾緊與放松，由電磁閥對其進行控制。利用6個限位傳感器控制機械手的位置。系統的原點狀態設置機械手在最左端，縮回，上升，氣動夾手為放開的狀態。

2 控制系統的硬件結構簡介

本設計主要采用限位傳感器作為機械手位置信號的反饋裝置，采用光電式接近開關來檢測抓取裝置是否能進行對裝置的抓取。光電式接近開關主要是利用光電效應的原理，將發光器件與光電氣件合成一個感應體，當工件接觸到接近開關的感應面時，光電器件就可以感受到反射光，就可以使開關動作，驅動PLC提供指令。

電磁閥供電電壓為直流24V，通電時閥門關閉，氣缸內縮，抓取裝置實現夾緊，斷電時閥門開啟，氣缸伸開，抓取裝置實現放松。

PLC采用三菱FX3U-48MR，控制步進驅動器的驅動脈沖輸入信號，每向驅動器發送一個脈沖信號，驅動器驅動步進電機旋轉一定的角度；控制驅動器的電機旋轉方向輸入信號，它決定著驅動驅動電機正轉或反轉。

3 控制系統的軟件設計

控制系統的軟件主要是指控制軟件，搬運機械手完成的每個控制均有原點、限位等信號，既能獨立工作，也能相互通信。軟件編程可以用多種那個計算機語言來編制。根據搬運機械手的實際工作需求，可以確定機械手在一個周期內的工作流程：原位-上升-前伸-下降-夾緊-上升-順時針回轉-下降-松開-縮回-下降-逆時針回轉-原位。

3.1 PLC的I/O口設置

PLC控制的I/O口設置如表1所示。

表1 輸入/輸出設備及I/O點分配圖

一共采用19個輸入端子和11個輸出端子，啟動按鈕，機械手連續運行動作；當選用手動擋工作方式時，有上升、下降、伸出、縮回、左限位、右限位、夾緊、松開按鈕8個輸入端子。8個輸出端子，分別控制手臂右旋、手臂左旋、手爪夾緊、手爪放松、氣缸下降、氣缸上升、氣缸伸出、氣缸縮回。

根據PLC控制的I/O口設置，對PLC控制的I/O口接線。

3.2 PLC的控制程序設計

本文對機械手控制主要分兩種工作方式，一種是啟動后，機械手從原位開始，通過物料檢測光電傳感器檢測到物料后，連續動作搬運物料；另一種是選擇手動模式，利用按鈕分解每一個動作，完成工作任務，這種方式有利于機械手的組裝，調試和維修。

工作方式一，按下啟動按鈕SB1，機械手回原位（程序如下）。當物料檢測光電傳感器X11，手爪提升傳感器X7，氣動手臂縮回傳感器X6，旋轉左限位傳感器X3得電，開始執行提升氣缸上升到位，手爪提升傳感器X7得電，Y10伸縮氣缸伸出，伸出到位以后，氣動手臂伸出傳感器X5得電以后，Y6提升氣缸下降，下降到位以后，手爪下限位傳感器X10得電，Y4手爪夾緊，夾緊到位，氣動手爪傳感器X2得電，夾緊到位以后，提升氣缸上升，上升到位，手爪提升限位傳感器X7得電以后，Y0驅動手臂右旋，右旋到位，傳感器X4得電，Y6提升氣缸下降，下降到位傳感器X10得電，之后，Y5驅動手爪放松，放松到位，伸縮氣缸Y11開始縮回，縮回到位，傳感器X6得電，得電后提升氣缸Y6下降，下降到位，傳感器X10得電，得電過后，手臂Y2左旋，左旋到位后，恢復原位。再有物料，按此動作順序循環。

工作方式二，撥動手動按鈕，分解動作依次控制。X12得電，按下上升按鈕X13，機械手手臂上升，上升到位后，按下按鈕X15，機械手臂伸出，伸出到位后，按下下降按鈕X14，手臂下降，下降到位后，按下按鈕X21，夾緊物料。按下旋轉按鈕X20，旋轉到位，再按下下降按鈕X14，下降到位后，按下放松按鈕X22，放下物料。

4 結 語

本文對搬運機械手控制系統的設計進行了簡略的分析，給出了控制系統的硬件組成框圖和軟件設計。技術人員應能夠掌握PLC編程軟件（GX DEVELOPER），繪圖軟件等一系列的設計軟件。搬運機械手自動啟動和手動擋的設置，可以更加方便的控制搬運機械手的調節，相信該設備將替代人被類更安全有效的從事繁重的工作。