一、引言

　　PLC 作為一種可編程控制器， 能夠在給定程序下，以 PLC 作為控制核心來實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作。 機械手是典型的多運動部件組合體，其作為一種受控機構(gòu)，可在外部輸入信號的控制下完成指定的動作。 應(yīng)用 PLC 控制機械手實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作， 可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，減輕操作者的勞動強度，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

　　本文以運用 PLC 實施機械手的控制展開研究，目標(biāo)是實現(xiàn)將工件從一個工作臺運送到另一個工作臺的手動、自動雙模式控制，要求在出現(xiàn)錯誤動作時能夠?qū)崿F(xiàn)手動操作使機械手恢復(fù)到一個較初始的狀態(tài)。

二、機械手運送控制的動作流程

　　機械手的基本結(jié)構(gòu)如圖 1 所示， 主要由驅(qū)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)兩部分組成， 其中驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動信號由外部輸入。

　　要實現(xiàn)將工件由一個工作臺搬運到另一個工作臺，機械手應(yīng)控制的動作流程包括：

圖 1 機械手結(jié)構(gòu)圖

　　1.夾持機構(gòu) 2.立柱 3.機座 4.步進電機 5.主動機構(gòu) 6.從動機構(gòu) 7.搖臂 8.導(dǎo)向軸 9.滑塊 10.絲杠軸 11.機械手臂

　　1）如圖 2 所示，自動模式控制時，只需要一次啟動，便可實現(xiàn)周期性自動動作。 開始運行后，如果機械手不在初始位置上，機械手將自動回到原點。歸位后，縱軸下移，移動到下限位，手爪抓取工件，為保證抓牢，抓取動作延時 2S，然后縱軸上升，到達上限位后橫軸自動向右伸出到右限位， 然后縱軸下降到下限位，手爪張開，放下物件，延時 2S 后，縱軸上升，然后橫軸左移，回到原點，準(zhǔn)備進行下一周期運轉(zhuǎn)。

圖 2 機械手自動模式工作流程圖

　　說明：（1）機械手的工作要求是將工件從 A 點移到 B 點；

　　（2）原點位置時機械夾持裝置處于夾緊狀態(tài)，位于左上角；

　?。?）機械夾持裝置設(shè)計為有電放松，斷電夾緊。

　　2）手動模式控制時 ，要求機械手手臂上 、下移動，左、右移動，夾緊、放松每個動作可以獨立操作。

三、機械手的 PLC 控制原理

　　在生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)實時監(jiān)測，需要在各個監(jiān)測點安裝監(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，為實現(xiàn)自動控制，提高機械智能化，需采用多組限位開關(guān)，將各個開關(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行運算， 然后再輸出相應(yīng)的控制信號驅(qū)動對應(yīng)的步進電機， 進而通過執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動機械手做出相應(yīng)的動作。 通過設(shè)置限位開關(guān)既可實現(xiàn)動作到位的檢查、便于動作轉(zhuǎn)換的控制，同時也可保證機械手能在安全范圍內(nèi)運行。

　　為了實現(xiàn)自動化下的手動控制， 應(yīng)將機械手做出各個動作時所需要的輸入信號在外部用獨立的按鈕連接起來，但是，這些外部獨立的開關(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)，才能保證機械手在手動模式下不會因為操作者的人為誤差而錯位動作，甚至因為超程而造成機械損壞。

四、機械手雙控模式的運送系統(tǒng)設(shè)計

　　本設(shè)計中，機械手的控制設(shè)有自動、手動兩種工作方式，其中自動模式為周期性運動，手動模式則為單步、點動。 在自動模式下，需要機械手在原點位，即圖 2 中所示的左限位和上限位， 且機械手爪不處于工作狀態(tài)，若開始不在原點位，則自動回到原點位或者選擇手動模式將機械手回到原點位。 表 1 是用三菱系列 PLC 控制機械手時需分配設(shè)置的輸入輸出信號端口的設(shè)計。

　　圖 3 所示為手動模式的 PLC 程序設(shè)計， 在此進行了開關(guān)互鎖以保護機械部分的設(shè)計。如常開 X7 與常閉 X3 和常閉 X2 串聯(lián)驅(qū)動 Y1， 按表 1 設(shè)置的輸入/輸出端口分配，其設(shè)計是在選擇自動模式（X2）時或者機械手已經(jīng)達到上限位位置（X3）時，不能進行手動向上（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 Y3， 則表示當(dāng)機械手處于下限位或者左限位時不能進行手動左移操作。

表 1 PLC 的輸入 / 輸出信號端口分配

圖 3 機械手手動模式程序

　　圖 4 所示為自動模式下 PLC 程序步進圖，從程序結(jié)構(gòu)上能清晰看出機械手將自動按下降（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。 總體程序是將自動模式嵌套在手動模式下的設(shè)計，由此能較好地實現(xiàn)手動、自動一鍵轉(zhuǎn)換，并且有利于研究從整體上分析 PLC 如何實施機械手的控制。

圖 4 機械手自動模式步進圖

五、結(jié)語

　　采用可編程控制器 PLC 對機械手進行控制，能對輸入信號處理迅速，可實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行，而且還可以根據(jù)控制要求，對 PLC 的輸入/輸出功能進行擴展。通過 PLC 自身對輸入信號的拾取及處理，更容易實現(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械手代替人工以降低成本，因此，對 PLC 控制機械手的研究具有非常積極的意義。