一、引言

　　PLC作為一種可編程控制器，能夠在給定程序下，以PLC作為控制核心來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作。機(jī)械手是典型的多運(yùn)動(dòng)部件組合體，其作為一種受控機(jī)構(gòu)，可在外部輸入信號(hào)的控制下完成指定的動(dòng)作。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡(jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

　　本文以運(yùn)用PLC實(shí)施機(jī)械手的控制展開(kāi)研究，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)將工件從一個(gè)工作臺(tái)運(yùn)送到另一個(gè)工作臺(tái)的手動(dòng)、自動(dòng)雙模式控制，要求在出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)操作使機(jī)械手恢復(fù)到一個(gè)較初始的狀態(tài)。

二、機(jī)械手運(yùn)送控制的動(dòng)作流程

　　機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成，其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由外部輸入。

　　要實(shí)現(xiàn)將工件由一個(gè)工作臺(tái)搬運(yùn)到另一個(gè)工作臺(tái)，機(jī)械手應(yīng)控制的動(dòng)作流程包括：

圖1機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖1.夾持機(jī)構(gòu)2.立柱3.機(jī)座4.步進(jìn)電機(jī)5.主動(dòng)機(jī)構(gòu)6.從動(dòng)機(jī)構(gòu)7.搖臂8.導(dǎo)向軸9.滑塊10.絲杠軸11.機(jī)械手臂

　　1）如圖2所示，自動(dòng)模式控制時(shí)，只需要一次啟動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)周期性自動(dòng)動(dòng)作。開(kāi)始運(yùn)行后，如果機(jī)械手不在初始位置上，機(jī)械手將自動(dòng)回到原點(diǎn)。歸位后，縱軸下移，移動(dòng)到下限位，手爪抓取工件，為保證抓牢，抓取動(dòng)作延時(shí)2S，然后縱軸上升，到達(dá)上限位后橫軸自動(dòng)向右伸出到右限位，然后縱軸下降到下限位，手爪張開(kāi)，放下物件，延時(shí)2S后，縱軸上升，然后橫軸左移，回到原點(diǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2機(jī)械手自動(dòng)模式工作流程圖說(shuō)明：

（1）機(jī)械手的工作要求是將工件從A點(diǎn)移到B點(diǎn)；（2）原點(diǎn)位置時(shí)機(jī)械夾持裝置處于夾緊狀態(tài)，位于左上角；（3）機(jī)械夾持裝置設(shè)計(jì)為有電放松，斷電夾緊。

　　2）手動(dòng)模式控制時(shí)，要求機(jī)械手手臂上、下移動(dòng)，左、右移動(dòng)，夾緊、放松每個(gè)動(dòng)作可以獨(dú)立操作。

三、機(jī)械手的PLC控制原理

　　在生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝監(jiān)測(cè)元件，比如常用的光電元件、電偶元件以及各種傳感器。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高機(jī)械智能化，需采用多組限位開(kāi)關(guān)，將各個(gè)開(kāi)關(guān)量作為PLC的輸入信號(hào)，在PLC內(nèi)部通過(guò)對(duì)所檢測(cè)到的輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，然后再輸出相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手做出相應(yīng)的動(dòng)作。通過(guò)設(shè)置限位開(kāi)關(guān)既可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作到位的檢查、便于動(dòng)作轉(zhuǎn)換的控制，同時(shí)也可保證機(jī)械手能在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。

　　為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化下的手動(dòng)控制，應(yīng)將機(jī)械手做出各個(gè)動(dòng)作時(shí)所需要的輸入信號(hào)在外部用獨(dú)立的按鈕連接起來(lái)，但是，這些外部獨(dú)立的開(kāi)關(guān)量又必須和限位開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)量結(jié)合起來(lái)，正是這種聯(lián)結(jié)，才能保證機(jī)械手在手動(dòng)模式下不會(huì)因?yàn)椴僮髡叩娜藶檎`差而錯(cuò)位動(dòng)作，甚至因?yàn)槌潭斐蓹C(jī)械損壞。

四、機(jī)械手雙控模式的運(yùn)送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)中，機(jī)械手的控制設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式，其中自動(dòng)模式為周期性運(yùn)動(dòng)，手動(dòng)模式則為單步、點(diǎn)動(dòng)。在自動(dòng)模式下，需要機(jī)械手在原點(diǎn)位，即圖2中所示的左限位和上限位，且機(jī)械手爪不處于工作狀態(tài)，若開(kāi)始不在原點(diǎn)位，則自動(dòng)回到原點(diǎn)位或者選擇手動(dòng)模式將機(jī)械手回到原點(diǎn)位。表1是用三菱系列PLC控制機(jī)械手時(shí)需分配設(shè)置的輸入輸出信號(hào)端口的設(shè)計(jì)。

表 1 PLC 的輸入 / 輸出信號(hào)端口分配

圖3機(jī)械手手動(dòng)模式程序

　　圖3所示為手動(dòng)模式的PLC程序設(shè)計(jì)，在此進(jìn)行了開(kāi)關(guān)互鎖以保護(hù)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。如常開(kāi)X7與常閉X3和常閉X2串聯(lián)驅(qū)動(dòng)Y1，按表1設(shè)置的輸入/輸出端口分配，其設(shè)計(jì)是在選擇自動(dòng)模式（X2）時(shí)或者機(jī)械手已經(jīng)達(dá)到上限位位置（X3）時(shí)，不能進(jìn)行手動(dòng)向上（X7）的上移（Y1）操作；又如常開(kāi)X11與常閉X5和常閉X4串聯(lián)驅(qū)動(dòng)Y3，則表示當(dāng)機(jī)械手處于下限位或者左限位時(shí)不能進(jìn)行手動(dòng)左移操作。

　　圖4所示為自動(dòng)模式下PLC程序步進(jìn)圖，從程序結(jié)構(gòu)上能清晰看出機(jī)械手將自動(dòng)按下降（Y2）→夾緊（Y0）→上升（Y1）→右移（Y4）→…的步驟順序和各步之間的跳轉(zhuǎn)條件。總體程序是將自動(dòng)模式嵌套在手動(dòng)模式下的設(shè)計(jì)，由此能較好地實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)一鍵轉(zhuǎn)換，并且有利于研究從整體上分析PLC如何實(shí)施機(jī)械手的控制。

圖 4 機(jī)械手自動(dòng)模式步進(jìn)圖

五、結(jié)語(yǔ)

　　采用可編程控制器PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，能對(duì)輸入信號(hào)處理迅速，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，而且還可以根據(jù)控制要求，對(duì)PLC的輸入/輸出功能進(jìn)行擴(kuò)展。通過(guò)PLC自身對(duì)輸入信號(hào)的拾取及處理，更容易實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜多模塊系統(tǒng)的智能化控制。在人力成本漸次提升的壓力下，很多企業(yè)都希望通過(guò)大量采用機(jī)械手代替人工以降低成本，因此，對(duì)PLC控制機(jī)械手的研究具有非常積極的意義。