引言

　　機(jī)械手廣泛用于機(jī)械制造、冶金、電子和輕工等部門，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由液壓、氣動(dòng)或電機(jī)來完成，由于氣壓技術(shù)以壓縮空氣為介質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能，工作壽命長(zhǎng)，特別是對(duì)環(huán)境沒有污染、易于控制和維護(hù)，因此機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常采用氣動(dòng)技術(shù)。機(jī)械手系統(tǒng)最核心的部分是執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，這里我們介紹基于三菱FX系列的PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的控制。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能介紹

　　如圖1所示，機(jī)械手的終端是一個(gè)氣動(dòng)夾爪，可以實(shí)現(xiàn)抓和放的動(dòng)作，由一個(gè)雙作用氣缸和一個(gè)雙電控電磁閥來完成控制；氣動(dòng)夾爪安裝在一個(gè)垂直方向的雙作用氣缸上，能實(shí)現(xiàn)上升和下降動(dòng)作，方向的控制由一個(gè)單電控的電磁閥來完成；垂直方向的氣缸又安裝在一個(gè)水平方向的伸縮氣缸上，能實(shí)現(xiàn)伸出和縮回動(dòng)作，水平雙作用氣缸由一個(gè)雙電控的電磁閥完成；水平氣缸再安裝在一個(gè)雙作用旋轉(zhuǎn)氣缸上，能實(shí)現(xiàn)左旋和右旋動(dòng)作，我們希望它能停在活動(dòng)范圍的任意位置，因此選擇了一個(gè)雙電控的三位五通閥來控制。因此機(jī)械手的動(dòng)作由4個(gè)電磁閥共7個(gè)控制點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)、伸縮、上下和抓放的動(dòng)作，其氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖見圖2。另外，氣動(dòng)機(jī)械手的感知部分采用了這樣一些信號(hào)開關(guān)：左右極限點(diǎn)各用1個(gè)電感式傳感器，伸縮的前后極限點(diǎn)各采用了1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型的磁電開關(guān)，上下極限點(diǎn)也各采用磁電開關(guān)。這樣這個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)上就有了6個(gè)信號(hào)采集輸入點(diǎn)。最后機(jī)械手再配上2個(gè)按鈕，分別用于啟動(dòng)和停止。這樣本氣動(dòng)機(jī)械手的主要輸入點(diǎn)有8個(gè)(見表1)。

圖1氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)

圖2氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

　　本機(jī)械手功能是將一邊的工件搬到另一邊，如將一條生產(chǎn)線的工件搬到另一條生產(chǎn)線，或?qū)⒁粋€(gè)工作站的工件搬到另一個(gè)工作站，工作順序?yàn)椋?上電)→復(fù)位→(啟動(dòng))→伸出→下降→抓工件→上升一縮回→右旋→伸出→下降→放工件→上升→縮回→左旋→循環(huán)。

2 PLC控制設(shè)計(jì)

　　2.1 PLC I／O表和PLC VO接線圖

　　機(jī)械手系統(tǒng)與PLC的I／O表如表1，與PLC的I/O連接圖如圖3所示。

圖3機(jī)械手系統(tǒng)與PLC的I／0連接圖

　　2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　機(jī)械手動(dòng)作是：設(shè)復(fù)位狀態(tài)為左邊、伸縮氣缸縮回、氣爪放松。因此上電后復(fù)位就是需要左旋至左極限、縮回至后極限、放松氣爪；按下啟動(dòng)按鈕后，伸縮氣缸伸出，直至前極限點(diǎn)；下一個(gè)動(dòng)作是機(jī)械手下降至下極限點(diǎn)；然后抓工件，此處由于沒有傳感器，可安排一定的保持時(shí)間，如1s；接下來的動(dòng)作是機(jī)械手上升至上極限；然后縮回至后極限；接著機(jī)械手右旋至右極限；機(jī)械手再伸出至前極限；然后機(jī)械手下降至下極限；下一步是將工件放下，完成工件的搬運(yùn)工作；接下來機(jī)械手應(yīng)返回原始位置，即先上升至上極限，然后縮回至后極限，再左旋至左極限，即原點(diǎn)。至此，氣動(dòng)機(jī)械手通過13個(gè)動(dòng)作完成一個(gè)工作周期，可返回進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。這里，我們注意到機(jī)械手都要在縮回后再旋轉(zhuǎn)，這時(shí)為了避免懸臂梁過長(zhǎng)而造成干涉或者機(jī)械的笨重。PLC控制程序的功能圖見圖4，將此功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，就可以成為PLC控制程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)本氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作控制。

圖4 PLC控制程序功能圖

　　梯形圖的設(shè)計(jì)：梯形圖的編制方法很多，可以用起保停的方法，即按條件起動(dòng)然后保持(自鎖)，下一個(gè)狀態(tài)成立時(shí)切斷上一個(gè)狀態(tài)；也可以使用[SET]和[RST]來完成；比較典型的是以[STL]為特征的步進(jìn)梯形圖；如果要精簡(jiǎn)一些，我們也可以用移位指令來完成，如本例可以用[SFTL MS0 M0 K14 K1]，其中SFTL是左移位指令，M50是補(bǔ)位的，M0是起始狀態(tài)繼電器，K14表示共14各繼電器，即M0～M13，K1表示一位一位左移。部分程序如圖5。

圖5部分PLC控制程序

3 結(jié)束語

　　由“可編程序控制器一傳感器．氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面。電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手。氣動(dòng)技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過程，隨著氣動(dòng)伺服等先進(jìn)技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，氣動(dòng)技術(shù)及氣動(dòng)機(jī)械手將迎