机械手控制编程方法的研究

秦萍

摘要：机械手在工业生产中大量应用，具有控制方便、工作可靠、效率高等优点，本文介绍了PLC控制机械手的编程方法、顺序图设计中步的合并方法。

关键词：机械手  PLC  顺序控制  顺序功能图  步的合并

随着工业自动化水平的不断提高，在汽车生产、机械加工、物流、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运，机械手的应用越来越普及。特别是随着PLC技术的发展和应用，解决了传统继电器控制中需要大量的接触器、中间继电器、时间继电器等器件，控制线路复杂，故障率高，维修费时费力等问题，机械手在工业生产中的应用越来越广泛，可以节约能源和提高加工、运输设备效率。

1 机械手机构的组成

机械手的机构（如图1所示）主要包括由四个电磁阀控制的气缸来实现机械手臂的上升下降运动、伸出缩回运动、左右旋转运动及气爪的夹紧松开工件的动作。其动作转换靠设置在气缸不同部位的传感器输出信号传输到PLC控制器输入继电器，再通过PLC内部程序控制输出不同的输出信号，驱动外部线圈来控制电磁阀产生不同的动作，实现机械手的精确控制。

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图1 机械手机构

气缸均采用双作用气缸，气缸活塞的两个运动方向都由空气压力推动，因此在活塞两边，气缸有两个气孔作供气和排气用，以实现活塞的往复运动。机械手臂的左右转动采用叶片式摆动气缸，将气压力作用在叶片上，由于叶片与转轴连在一起，因此受气压作用的叶片就带动转轴摆动，并输出力矩。气缸用外部挡块来改变其转动角度， 转动气缸高速左右转动时，用缓冲器起缓冲减速作用，保护摆动气缸。

所有气缸的运动采用双线圈电磁换向阀控制，双线圈控阀如图2所示。

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图2  双线圈控制阀

双向电控阀用来控制气缸进气和出气，从而实现气缸的伸出、缩回运动。气爪是气动设备中用来夹持工件的常用元件。它一般是在气缸的活塞杆上连接一个传动机构，来带动气爪的爪子作直线平移或绕某支点开闭，以夹紧或放松工件，如图3所示。

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图3  气爪控制示意图

当气爪由双向电控气阀控制时，气爪抓紧和松开分别由一个线圈控制，在控制过程中不允许两个线圈同时得电。

2 机械手控制编程

2.1 I/O分配表

表1  I/O分配表

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2.2 机械手自检顺序图

机械手工作之前，需进行机械手动作是否正常的检查。可以手动逐个动作检查，也可以编写机械手自检程序进行检查，图4是机械手自检程序参考顺序功能图。

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图4  机械手动作自检顺序功能图

2.3 机械手转运材料的工作顺序功能图

机械手转运材料的工作过程需经过手臂伸出→下降→气爪夹紧→手臂上升→缩回→右转→伸出→下降→气爪松开→手臂上升→缩回→左转，回到初始等待位置共12个步骤，顺序功能图如图5所示。

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图5  机械手转运材料顺序功能图

机械手转运材料的顺序功能图中有12个步，采用三菱GX Devolper编程软件编程时，步太多导致程序较长，检查、调试不方便。

2.4 机械手转运材料的工作顺序步的合并

合并原则：避免同一气缸相反方向动作出现在同一步里。如果同一气缸的相反方向动作出现在同一个步里，可能会导致机械手动作混乱;为保证机械手的正常工作，需保证这两个动作的先后顺序，编程时需要加较多的限定条件，使程序变得太复杂，调试时间较长。

按照避免同一气缸相反方向动作出现在同一步里的合并原则，顺序图中S11～S13中没有相互矛盾的动作，如果再把S14合并进来，则S14与S12后的动作上升与下降是两个相反方向的动作，所以应将S11～S13进行步的合并，将原先的3个步合并成为1个步，如图6所示。

同样的方法，可以把S14～S16、S17～S19、S20～S22分别进行步的合并，如图7所示。

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图7  机械手转运材料顺序图（合并）

经过步的合并，机械手转运材料的工作过程从12步减少为4个步，顺序功能图大大缩短，方便程序的检查，调试时间大为缩短。

参考文献：

[1]廖常初.可编程控制器应用技术[M].重庆大学出版社，2011.

[2]韩志国.PLC应用技术[M].中国铁道出版社，2012.

[3]章宇.实现工业控制编程的安全性[J].自动化博览，2008-05-

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基金项目：

宁夏工商职业技术学院院级教改项目《设备控制编程规划与实施》一体化教学改革探索（GS2012-35）。