基于PLC的機械手控制設計

謝智英 焦承東

摘?要：隨著時代的進步，科學技術的不斷創新，我們的生產和生活已逐步被自動化和智能化所替代，機械手是其代表之一。它作為機器人的關鍵部位，是參照人手和臂的某些功能性動作而設計成的自動機械裝置，可以按照固定的操作程序用來抓取、搬運物件或操作等，從而實現自動生產的目的。本文在PLC技術的基礎上，以機械手控制系統的設計和實現為重點進行了詳細的介紹。

關鍵詞：機械手;PLC;控制系統

1 緒論

隨著科學技術的快速發展，機械手在世界各國得到了廣泛使用。機械手主要由驅動機構、控制機構、執行機構、及位置檢測機構等部件構成，為了能夠靈活自由地全方位抓取空間中的各種物體，機械手需要設計多個自由度，自由度越多，機械手抓取物體越靈活，使用范圍越廣泛，結構也更加復雜。一般專用機械手可設置2～3個自由度，復雜的可設置6個自由度。對自由度的控制是由控制系統通過控制電機來實現的，通過控制電機的轉向及轉角來實現對機械手自由度控制的。依靠傳感器接收機械手反饋的信息再次傳輸給機械手，形成一個閉環控制。

在生產過程中采用性價比高的可編程序控制器PLC設計其控制系統，可使控制過程更加清晰明確，精確可靠，減少了手動工作量，提高勞動生產力，減輕了勞動者的勞動強度，取得了良好的工作效果，具有重要意義。

2 機械手控制系統硬件設計

機械手的硬件控制主要依靠步進電機和直流電機來實現，軟件控制采用PLC程序來實現。給步進電機加不同的方向信號，可以改變機械手的轉向。要啟動步進電機必須先給它一個脈沖輸入信號，否則電機不能動作。開機時要先給機械手接通電源，按下啟動按鈕，才能進行下一步工作，通過控制步進電機的正反轉實現機械手的上升、下降、前伸、后縮的動作，通過2個繼電器之間的斷開與吸合來控制機械手氣夾和基座的正、反轉動的方向。步進電機是一種能將脈沖信號轉換成線位移或角位移的一種電機。每輸入一個脈沖信號，電動機轉動一個角度，可以通過控制輸入脈沖的頻率來控制電機轉速，可以通過改變輸入脈沖順序來控制電機轉動方向。改變電機繞組通電的相序，電機就會反轉。步進電機輸出的角位移與輸入的脈沖個數成正比、輸出轉速與輸入脈沖頻率成正比?？梢酝ㄟ^控制脈沖數量、改變繞組通電相序來及選擇合適的脈沖頻率來使電機具有不同的轉向。直流無刷電機可帶動360°的轉盤機構回旋，體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩定?？刂茝碗s，容易實現智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環境。

3 機械手控制程序軟件設計

機械手軟件設計采用模塊化，將它分為手動模式和自動模式。按照機械手動作的要求，設計出它的運行程序，通過控制指令來控制整機械手的運動情況。

手動模式動作程序如圖2，采用繼電器控制配合PLC程序實現，在手動模式下，可以不根據工序要求的順序工作，根據自己需要控制機械手的動作過程。在該模式下，機械手可實現手臂上升、手臂下降、吸盤吸氣、吸盤放氣、引拔前進、引拔后退、旋出、旋入等8個動作。與圖2程序圖中的X17、X16、X14、X15、X22、X23、X20、X21控制按鈕相對應。

自動模式狀態轉移圖如圖3，在系統程序運行之前，要先對其進行初始化，使整個機組處于初始化位置。按下啟動按鈕，狀態變為S20，輸出Y3下降信號，機械手手臂下行運動，當手臂下行靠近下極限時下近接開關X4導通，狀態變為S21，S20自動變回原來的狀態。在S21狀態下，輸出Y7吸氣信號，氣缸開始吸氣，當吸氣到接近開關X8時，狀態變為S22，輸出Y2上升信號，機械手手臂上行運動……按照圖3的順序，順時針執行，一直到S29狀態，執行完S29狀態后，又回到S2狀態，構成一個循環。在運行過程中，只要相應的信號有輸出，對應的電磁閥線圈就會導通，與其對應的氣缸就會發生動作，一直到下一個近接開關導通。

4 結論

綜上所述，機械手設計系統在PLC技術的基礎上，能較好地對整個生產過程進行控制，對于整個程序具有保證安全可靠、保障生產進度和提高生產質量的優點，在很大程度上避免了人為風險，保證了生產安全。因此，企業必須對PLC技術下的機械手控制設計系統引起足夠的重視，對先進的驅動方式加以引進，結合企業實際情況，設計合理化的機械手軟件系統，使生產線程序協調運作，良好的抗干擾性能得以充分發揮，從而提升企業的生產效益。

參考文獻：

[1]常苗苗.三菱PLC控制的機械手系統設計[J].電子制作，2013，08：207.

作者簡介：謝智英（1979-），女，苗族，貴州思南人，碩士，副高，研究方向：電氣控制。