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基于PLC机械手控制系统设计

工业机械手是一种高科技自动化生产设备，也是工业机器

人的一个重要分支。它通过编程来完成各种预期的作业任务，

在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智

能和适应性。机械手作业的准确性和在各种环境中完成作业的

能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手技术涉

及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技

术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

通用机械手是一种能够独立按程序控制实现重复操作的机

械手，适用范围比较广。由于通用机械手能够很快地改变工作

程序，适应性较强，因此在不断变换生产品种的中小批量生产

中得到了广泛的应用。

机械手的发展得益于其积极作用：一方面，它能够部分代

替人工操作；另一方面，它能够按照生产工艺的要求，遵循一

定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；还能够操作

必要的机具进行焊接和装配，从而改善了工人的劳动条件，显

著提高了劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的

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步伐。因此，机械手受到了很多国家的重视，投入了大量的人

力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及

带有放射性和污染的场合，机械手的应用更为广泛。近年来，

在我国也有较快的发展，并取得了一定的效果，受到了机械工

业的关注。

机械手是一种能够自动控制并可重新编程以变动的多功能

机器，具有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的

工作。随着工业技术的发展，机械手的结构形式开始比较简单，

专用性较强。但现在，制成了能够独立按程序控制实现重复操

作，适用范围比较广的通用机械手。

本文介绍了机械手的分类和应用，其中第一类是通用机械

手，可以根据任务需要编制程序完成各项规定工作。本项目要

求设计的机械手模型也属于这一类，通过设计可以增强对工业

机械手的认识，并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动

技术等工业控制常用的技术。

机械手控制系统的设计步骤包括确定被控系统必须完成的

动作和它们之间的关系、分配输入输出设备、设计PLC用户

程序、对程序进行调试和修改，最后保存已完成的程序。设计

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PLC用户程序时，可以采用梯形图、助记符或流程图语言形

式，体现按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。调

试和修改程序直至PLC完全实现系统所要求的控制功能。

机械手的工作过程需要根据任务要求编制程序，通常需要

进行位置控制和气动控制等技术操作。在现代生产企业中，机

械手的应用越来越广泛，是自动化程度较高的重要设备之一。

机械手在生产线上的任务是将工件从A处传送到B处。

机械手在空间上主要进行以下动作：下降、抓紧工件、与工件

上升、与工件右移、与工件下降、放松工件、上升、左移。控

制器通过检测上、下、左、右限位开关的通断，决定当前的动

作，并通过驱动系统输出，控制机械手的动作。同时，用两位

数码管显示搬运工件的数量。启动控制有两种方式，一种是由

现场安装的启动开关控制，另一种是通过组态王软件控制。控

制面板上安装有一个档位开关，分手动和自动两大档位。手动

挡包括调试和回原位两档，自动挡分单步、半自动和全自动三

档。自动挡的操作必须在回原位的基础上才能进行。

可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，