基于PLC的气动机械手控制系统设计

　　引言

　　机械手广泛用于机械制造、冶金、电子和轻工等部门，其执行机构一般由液压、气动或电机来完成，由于气压技术以压缩空气为介质，结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能，工作寿命长，特别是对环境没有污染、易于控制和维护，因此机械手的驱动系统常采用气动技术。机械手系统最核心的部分是执行系统和控制系统，这里我们介绍基于三菱FX系列的PLC来实现对气动机械手的控制。

　　1 系统结构和功能介绍

　　如图l所示，机械手的终端是一个气动夹爪，可以实现抓和放的动作，由一个双作用气缸和一个双电控电磁阀来完成控制;气动夹爪安装在一个垂直方向的双作用气缸上，能实现上升和下降动作，方向的控制由一个单电控的电磁阀来完成;垂直方向的气缸又安装在一个水平方向的伸缩气缸上，能实现伸出和缩回动作，水平双作用气缸由一个双电控的电磁阀完成;水平气缸再安装在一个双作用旋转气缸上，能实现左旋和右旋动作，我们希望它能停在活动范围的任意位置，因此选择了一个双电控的三位五通阀来控制。因此机械手的动作由4个电磁阀共7个控制点来实现其旋转、伸缩、上下和抓放的动作，其气动系统原理图见图2。

　　另外，气动机械手的感知部分采用了这样一些信号开关：左右极限点各用1个电感式传感器，伸缩的前后极限点各采用了1个标准型的磁电开关，上下极限点也各采用磁电开关。这样这个机械手系统上就有了6个信号采集输入点。最后机械手再配上2个按钮，分别用于启动和停止。这样本气动机械手的主要输人点有8个(见表1)。

　　本机械手功能是将一边的工件搬到另一边，如将一条生产线的工件搬到另一条生产线，或将一个工作站的工件搬到另一个工作站，工作顺序为：(上电).+复位_+(启动)-+伸出_+下降.+抓工件一+上升一缩回_+右旋_+伸出_下降-+放工件_+上升_缩回一左旋一+循环。

　　2 PLC控制设计

　　2.1 PLC L/O表和PLC VO接线图

　　机械手系统与PLC的L/O表如表1，与PLC的VO连接图如图3所示。

　　2.2软件设计

　　机械手动作是：设复位状态为左边、伸缩气缸缩回、气爪放松。因此上电后复位就是需要左旋至左极限、缩回至后极限、放松气爪;按下启动按钮后，伸缩气缸伸出，直至前极限点;下一个动作是机械手下降至下极限点;然后抓工件，此处由于没有传感器，可安排一定的保持时间，如l s;接下来的动作是机械手上升至上极限;然后缩回至后极限;接着机械手右旋至右极限;机械手再伸出至前极限;然后机械手下降至下极限;下一步是将工件放下，完成工件的搬运工作;接下来机械手应返回原始位置，即先上升至上极限，然后缩回至后极限，再左旋至左极限，即原点。至此，气动机械手通过13个动作完成一个工作周期，可返回进行下一个循环。这里，我们注意到机械手都要在缩回后再旋转，这时为了避免悬臂梁过长而造成干涉或者机械的笨重。PLC控制程序的功能图见图4，将此功能图转换为梯形图，就可以成为PLC控制程序，从而实现对本气动机械手的动作控制。