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基于PLC控制的机械手设计

顾伟伟

（嘉兴职业技术学院机电054）

摘要:PLC控制的机械手的设计主要是通过PLC的控制使机件拥有六个自由度，让机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。

关键词：机械手，PLC，梯形图

1前言

机械手在当今工业中有着举足轻重的作用,能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

2机械手的控制原理

附录(图2-1)所示为一简易物品搬运机械手的动作示意图,该机械手是一个水平/垂直位移的机械设备,用来将工件由左工作台搬运到右工作台.当机械手处于原点时,左限位开关和上限位开关被压合,起动以后,机械手沿-z方向移向A点（工步1），夹紧工件然后回到原位（工步2），再沿X方向移向B点,放下工件(工步3),最后回到原位(工步4)完成一次动作循环.对上述动作过程,若采用常规的继电器控制,则很难识别以下两种情况下所出现的问题:一是机械手向下移动时,不能识别A点,还是向B点移动;二是在2、3工步，是先回到原点，然后向右，还是直接由A点向右移到B点.

采用PLC的步进功能来实现对这一动作过程进行控制,不仅能有效的避免上述动作的二义性,而且使整个控制过程准确、直观。系统设计进程如下。

3机械手系统设计

3.1根据工艺过程分析控制要求

机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈二位电磁阀控制。例如当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。

机械手的放松夹紧由一个单线圈二位电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。当该线圈通电时，机械手夹紧，该线圈断电时，机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台上无工作时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。

机械手的动作过程分解附录(图3-1)所示。从原点开始，按下起动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，机械手下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，机械手右移停止。若此时工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，机械手下降停止；同时夹紧电磁阀断电；机械手放松，放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过8步动作完成了一个周期。

机械手的操作方式分为手动操作和自动操作两种.自动操作又分为单步、单周期（主要用于调试）和连续操作方式。

手动操作：就是用按钮操作对机械手的每一种运动单独进行控制。例如，当选择上/下运动时，按下起动按钮，机械手上升；按下停止按钮，机械手下降。当选择左/右运动时，按下起动按钮，机械手左移；按下停止按钮，机械手右移。当选择夹紧/放松运动时，按下起动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。

单步操作：每按一次起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。

单周期操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手将自动完成一个周期的动作，然后停止在原起始点位置。

连续操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手的动作将自动地、连续不断地周期性循环。

在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。重新起动时，须用手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下起动按钮，机械手又重新开始连续操作。

在工作中若按一下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点，自动停止。

4硬件设计

4.1选择PLC

该机械手的控制为开关量控制,且所需的I/O点数不多,因此选择一般的小型低档PLC即可。

另外，从PLC的功能方面考虑,该控制系统要实现的是步进控制,可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令来编程,但若选择具有步进指令功能或鼓形控制器功能的PLC,则实