機(jī)械手自動(dòng)操作控制的PLC程序設(shè)計(jì)

1、 機(jī)械手自動(dòng)操作控制的plc程序設(shè)計(jì)目錄1機(jī)械手的工作原理1.1 機(jī)械手的概述11.2 機(jī)械手的工作方式22機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)2.1 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖32.2 控制程序43梯形圖及指令表3.1 梯形圖 93.2 指令表11總結(jié) 13參考文獻(xiàn) 14附錄 151機(jī)械手的工作原理1.1 機(jī)械手的概述能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，

2、根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等

3、。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：1、機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。2、在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。3、可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子

4、疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。4、可在危險(xiǎn)場合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。5、宇宙及海洋的開發(fā)，軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 1.2 機(jī)械手的工作方式機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都需要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。1、 機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。圖1 機(jī)械手傳送示意及操作面板圖2、機(jī)械手順

5、序動(dòng)作的要求是：1) 按下起動(dòng)按鈕sb1時(shí)，機(jī)械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關(guān)動(dòng)作。2) 左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動(dòng)作。3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動(dòng)作。4) 啟動(dòng)傳送帶a運(yùn)行，由光電開關(guān)sp檢測傳送帶a上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機(jī)械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動(dòng)作。5) 手臂再次上升，至上升限位開關(guān)再次動(dòng)作。6) 右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動(dòng)作。7) 手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動(dòng)作。8) 放松電磁閥通電，機(jī)械手松開手爪，經(jīng)延時(shí)2秒后，完成一次搬運(yùn)任務(wù)，然后重復(fù)循環(huán)以上過程。9) 按下停止按鈕sb2

6、或斷電時(shí)，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動(dòng)時(shí)，機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)工作。2機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì) 2.1 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖2.1.1 plc i/o分配表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動(dòng)sb1x0夾緊sb5x10電磁閥下降yv1y0下限行程sq1x1放松sb6x11電磁閥夾緊yv2y1上限行程sq2x2單步上升sb7x12電磁閥上升yv3y2右限行程sq3x3單步下降sb8x13電磁閥右行yv4y3左限行程sq6x4單步左移sb9x14電磁閥左行yv5y4停止sb2x5單步右移sb10x15原點(diǎn)指示ely5手動(dòng)操作sb3x6回原點(diǎn)

7、sb11x16連續(xù)操作sb4x7工件檢測sq7x17 圖2、 原理接線圖2.1.2選擇plc 該機(jī)械手為開關(guān)量控制，且所需的i/o點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型低檔plc即可。由于所需的i/o點(diǎn)數(shù)分別為17和8點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，選用的plc來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)。2.2 控制程序2.2.1操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序，如圖3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，x16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，y5驅(qū)動(dòng)指示燈亮。再把旋鈕置于手動(dòng)，則x6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（cj為一跳轉(zhuǎn)指令，如果cj驅(qū)動(dòng)，則跳到指針p所指p0處），執(zhí)行手動(dòng)程序。之后，由于x7

8、常閉觸點(diǎn)閉合，當(dāng)執(zhí)行cj指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到p1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動(dòng)位置，（既x6常閉閉合、x7常閉打開）則程序執(zhí)行時(shí)跳過手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。2.2.2回原位程序回原位程序如圖4所示。用s10s12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用s10s19作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器m8043置1。2.2.3手動(dòng)單步操作程序如圖5所示。手動(dòng)操作時(shí)用x10x15對應(yīng)的六個(gè)按鈕控制夾緊，松開，機(jī)械手的升，降，右行，左行，為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行在手動(dòng)程序中設(shè)置了必要的聯(lián)鎖，以防止功能相反的兩個(gè)輸出繼電器同時(shí)為on。上下左右極限開關(guān)x2,x1,x4,x3的常閉觸點(diǎn)與控制機(jī)械手的y0

9、,y2,y3,y4線圈串聯(lián)以防止機(jī)械手行程超限出現(xiàn)事故。用上限位開關(guān)x2,為on，作為手動(dòng)左行右行的條件，禁止機(jī)械手在較低的位置水平移動(dòng)，避免于地面上的東西碰撞。 圖5 手動(dòng)單步操作程序2.2.4自動(dòng)操作程序 自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng)x0接通，狀 態(tài)轉(zhuǎn)移到s20，驅(qū)動(dòng)下降y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)x1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s21，而s20自動(dòng)復(fù)位。s21驅(qū)動(dòng)y1置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)t0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s22，驅(qū)動(dòng)y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，x2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s23。s23驅(qū)動(dòng)y3右移。移到最右位，x3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s24下降。下降到最低位，x

10、1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，t1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s26上升。上升到最高位，x2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s27左移。左移到最左位，使x4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動(dòng)作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。2.2.5機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動(dòng)單步操作程序。從第67行到第129行為自動(dòng)操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；卦怀绦蚝妥詣?dòng)操

11、作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以ret結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣?dòng)返回初始態(tài)s1。而自動(dòng)操作程序能自動(dòng)返回初態(tài)s2。3、梯形圖及指令表3.1 梯形圖 圖7 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖3.2指令表總結(jié) 機(jī)械手的控制對于很多場合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。 對于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來編寫程序。 機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來越廣泛。參考文獻(xiàn) 按國標(biāo)gb 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫：1 廖常初，系列編程的應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.42 范永勝，王岷電氣控制與應(yīng)用北京：中國電力出版社，2