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)械手的控制展開研究，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)將工件從一個(gè)工作臺運(yùn)送到另一個(gè)工作臺的手動(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)信號由外部輸入。

　　要實(shí)現(xiàn)將工件由一個(gè)工作臺搬運(yùn)到另一個(gè)工作臺，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，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；

　?。?）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)過程中，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，需要在各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)安裝監(jiān)測元件，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，需采用多組限位開關(guān)，將各個(gè)開關(guān)量作為PLC 的輸入信號， 在 PLC 內(nèi)部通過對所檢測到的輸入信號進(jìn)行運(yùn)算， 然后再輸出相應(yīng)的控制信號驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)， 進(jìn)而通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手做出相應(yīng)的動(dòng)作。 通過設(shè)置限位開關(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)所需要的輸入信號在外部用獨(dú)立的按鈕連接起來，但是，這些外部獨(dú)立的開關(guān)量又必須和限位開關(guān)的開關(guān)量結(jié)合起來，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)置的輸入輸出信號端口的設(shè)計(jì)。

　　圖 3 所示為手動(dòng)模式的 PLC 程序設(shè)計(jì)， 在此進(jìn)行了開關(guān)互鎖以保護(hù)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。如常開 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 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。

表 1 PLC 的輸入 / 輸出信號端口分配

圖 3 機(jī)械手手動(dòng)模式程序

　　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

　　采用可編程控制器 PLC 對機(jī)械手進(jìn)行控制，能對輸入信號處理迅速，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 PLC 的輸入/輸出功能進(jìn)行擴(kuò)展。通過 PLC 自身對輸入信號的拾取及處理，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)都希望通過大量采用機(jī)械手代替人工以降低成本，因此，對 PLC 控制機(jī)械手的研究具有非常積極的意義。