引言

　　機械手廣泛用于機械制造、冶金、電子和輕工等部門，其執行機構一般由液壓、氣動或電機來完成，由于氣壓技術以壓縮空氣為介質，結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能，工作壽命長，特別是對環境沒有污染、易于控制和維護，因此機械手的驅動系統常采用氣動技術。機械手系統最核心的部分是執行系統和控制系統，這里我們介紹基于三菱FX系列的PLC來實現對氣動機械手的控制。

1 系統結構和功能介紹

　　如圖1所示，機械手的終端是一個氣動夾爪，可以實現抓和放的動作，由一個雙作用氣缸和一個雙電控電磁閥來完成控制；氣動夾爪安裝在一個垂直方向的雙作用氣缸上，能實現上升和下降動作，方向的控制由一個單電控的電磁閥來完成；垂直方向的氣缸又安裝在一個水平方向的伸縮氣缸上，能實現伸出和縮回動作，水平雙作用氣缸由一個雙電控的電磁閥完成；水平氣缸再安裝在一個雙作用旋轉氣缸上，能實現左旋和右旋動作，我們希望它能停在活動范圍的任意位置，因此選擇了一個雙電控的三位五通閥來控制。因此機械手的動作由4個電磁閥共7個控制點來實現其旋轉、伸縮、上下和抓放的動作，其氣動系統原理圖見圖2。另外，氣動機械手的感知部分采用了這樣一些信號開關：左右極限點各用1個電感式傳感器，伸縮的前后極限點各采用了1個標準型的磁電開關，上下極限點也各采用磁電開關。這樣這個機械手系統上就有了6個信號采集輸入點。最后機械手再配上2個按鈕，分別用于啟動和停止。這樣本氣動機械手的主要輸入點有8個(見表1)。

圖1氣動機械手結構

圖2氣動系統原理圖

　　本機械手功能是將一邊的工件搬到另一邊，如將一條生產線的工件搬到另一條生產線，或將一個工作站的工件搬到另一個工作站，工作順序為：(上電)→復位→(啟動)→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。

2 PLC控制設計

　　2.1 PLC I／O表和PLC VO接線圖

　　機械手系統與PLC的I／O表如表1，與PLC的I/O連接圖如圖3所示。

圖3機械手系統與PLC的I／0連接圖

　　2.2 軟件設計

　　機械手動作是：設復位狀態為左邊、伸縮氣缸縮回、氣爪放松。因此上電后復位就是需要左旋至左極限、縮回至后極限、放松氣爪；按下啟動按鈕后，伸縮氣缸伸出，直至前極限點；下一個動作是機械手下降至下極限點；然后抓工件，此處由于沒有傳感器，可安排一定的保持時間，如1s；接下來的動作是機械手上升至上極限；然后縮回至后極限；接著機械手右旋至右極限；機械手再伸出至前極限；然后機械手下降至下極限；下一步是將工件放下，完成工件的搬運工作；接下來機械手應返回原始位置，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。至此，氣動機械手通過13個動作完成一個工作周期，可返回進行下一個循環。這里，我們注意到機械手都要在縮回后再旋轉，這時為了避免懸臂梁過長而造成干涉或者機械的笨重。PLC控制程序的功能圖見圖4，將此功能圖轉換為梯形圖，就可以成為PLC控制程序，從而實現對本氣動機械手的動作控制。

圖4 PLC控制程序功能圖

　　梯形圖的設計：梯形圖的編制方法很多，可以用起保停的方法，即按條件起動然后保持(自鎖)，下一個狀態成立時切斷上一個狀態；也可以使用[SET]和[RST]來完成；比較典型的是以[STL]為特征的步進梯形圖；如果要精簡一些，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是補位的，M0是起始狀態繼電器，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 結束語

　　由“可編程序控制器一傳感器．氣動元件”組成的典型的控制系統仍然是自動化技術的重要方面。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。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術的發展，又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應手。氣動技術經歷了一個漫長的發展過程，隨著氣動伺服等先進技術走出實驗室，氣動技術及氣動機械手將迎