基于PLC的搬运机械手的控制系统设计

2019-03-24聂万芬

时代农机 2019年11期

聂万芬

（河南经济贸易技师学院，河南新乡453000）

随着我国自动化流水线的飞速发展，搬运机械手被广泛的运用于生产加工领域。搬运机械手可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运。搬运机械手的运用提高了生产过程中的自动化程度，有效的完成工业生产的各种操作流程，以及人工所不能完成的一些操作，减少第一线工作人员劳动强度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本，避免人们在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的情况。

1 搬运机械手控制系统的设计方案

本设计选择的是PLC控制系统，主要通过编写梯形图程序并写入PLC主机中来实现本系统所要实现的具体功能，具体设计如下：

（1）硬件组成：限位传感器、光电式接近开关、PLC、开关电源、继电器、步进电机、电磁阀。

（2）工作原理：PLC主机能够接收来自限位传感器输入的机械手的位置信号，收到信号后，再输出脉冲信号控制步进电机进行工作，使机械手能在横轴竖轴方向上运动，同时也能控制电磁阀以实现夹紧装置的夹紧与放松。

（3）机械手的机械结构：本文设计的机械手系统是三自由度，即机械手在左右方向上的旋转运动，在前后方向上的伸缩运动和在垂直方向上的上下运动。机械手左右、前后、上下分别装有一个步进电机，机械手在这六个方向上运动主要由三个步进电机控制。机械手的夹紧装置利用气压来驱动以实现夹紧与放松，由电磁阀对其进行控制。利用6个限位传感器控制机械手的位置。系统的原点状态设置机械手在最左端，缩回，上升，气动夹手为放开的状态。

2 控制系统的硬件结构简介

本设计主要采用限位传感器作为机械手位置信号的反馈装置，采用光电式接近开关来检测抓取装置是否能进行对装置的抓取。光电式接近开关主要是利用光电效应的原理，将发光器件与光电气件合成一个感应体，当工件接触到接近开关的感应面时，光电器件就可以感受到反射光，就可以使开关动作，驱动PLC提供指令。

电磁阀供电电压为直流24V，通电时阀门关闭，气缸内缩，抓取装置实现夹紧，断电时阀门开启，气缸伸开，抓取装置实现放松。

PLC采用三菱FX3U-48MR，控制步进驱动器的驱动脉冲输入信号，每向驱动器发送一个脉冲信号，驱动器驱动步进电机旋转一定的角度；控制驱动器的电机旋转方向输入信号，它决定着驱动驱动电机正转或反转。

3 控制系统的软件设计

控制系统的软件主要是指控制软件，搬运机械手完成的每个控制均有原点、限位等信号，既能独立工作，也能相互通信。软件编程可以用多种那个计算机语言来编制。根据搬运机械手的实际工作需求，可以确定机械手在一个周期内的工作流程：原位-上升-前伸-下降-夹紧-上升-顺时针回转-下降-松开-缩回-下降-逆时针回转-原位。

3.1 PLC的I/O口设置

PLC控制的I/O口设置如表1所示。

表1 输入/输出设备及I/O点分配图

一共采用19个输入端子和11个输出端子，启动按钮，机械手连续运行动作；当选用手动挡工作方式时，有上升、下降、伸出、缩回、左限位、右限位、夹紧、松开按钮8个输入端子。8个输出端子，分别控制手臂右旋、手臂左旋、手爪夹紧、手爪放松、气缸下降、气缸上升、气缸伸出、气缸缩回。

根据PLC控制的I/O口设置，对PLC控制的I/O口接线。

3.2 PLC的控制程序设计

本文对机械手控制主要分两种工作方式，一种是启动后，机械手从原位开始，通过物料检测光电传感器检测到物料后，连续动作搬运物料；另一种是选择手动模式，利用按钮分解每一个动作，完成工作任务，这种方式有利于机械手的组装，调试和维修。

工作方式一，按下启动按钮SB1，机械手回原位（程序如下）。当物料检测光电传感器X11，手爪提升传感器X7，气动手臂缩回传感器X6，旋转左限位传感器X3得电，开始执行提升气缸上升到位，手爪提升传感器X7得电，Y10伸缩气缸伸出，伸出到位以后，气动手臂伸出传感器X5得电以后，Y6提升气缸下降，下降到位以后，手爪下限位传感器X10得电，Y4手爪夹紧，夹紧到位，气动手爪传感器X2得电，夹紧到位以后，提升气缸上升，上升到位，手爪提升限位传感器X7得电以后，Y0驱动手臂右旋，右旋到位，传感器X4得电，Y6提升气缸下降，下降到位传感器X10得电，之后，Y5驱动手爪放松，放松到位，伸缩气缸Y11开始缩回，缩回到位，传感器X6得电，得电后提升气缸Y6下降，下降到位，传感器X10得电，得电过后，手臂Y2左旋，左旋到位后，恢复原位。再有物料，按此动作顺序循环。

工作方式二，拨动手动按钮，分解动作依次控制。X12得电，按下上升按钮X13，机械手手臂上升，上升到位后，按下按钮X15，机械手臂伸出，伸出到位后，按下下降按钮X14，手臂下降，下降到位后，按下按钮X21，夹紧物料。按下旋转按钮X20，旋转到位，再按下下降按钮X14，下降到位后，按下放松按钮X22，放下物料。