機(jī)械手是一種能夠自動(dòng)化定位控制，并能夠重新變成可變動(dòng)的多功能機(jī)器，是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的重要設(shè)備，主要有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電氣控制等驅(qū)動(dòng)方式，而使用氣動(dòng)機(jī)械手模型PLC 進(jìn)行控制是機(jī)械手驅(qū)動(dòng)新的發(fā)展方向。

1、PLC與機(jī)械手

PLC 使用繼電器接觸器相似的梯形圖來(lái)作為編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，完成運(yùn)算處理和存儲(chǔ)單位均被稱(chēng)為繼電器。國(guó)內(nèi)的PLC 技術(shù)是在引進(jìn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，目前已經(jīng)具備一些小中型產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，更多更先進(jìn)的技術(shù)被應(yīng)用到PLC 中，一些學(xué)者甚至認(rèn)為PLC 有可能會(huì)被計(jì)算機(jī)取代，目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈，可以預(yù)見(jiàn)PLC 可能會(huì)被少數(shù)幾個(gè)品牌實(shí)現(xiàn)性的壟斷，屆時(shí)將有可能形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言。

機(jī)械手是模仿人手結(jié)構(gòu)，按照既定程序和運(yùn)動(dòng)軌跡要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)的機(jī)械自動(dòng)化控制裝置?，F(xiàn)在機(jī)械手逐漸向著智能化的方向發(fā)展，機(jī)- 電- 液- 氣結(jié)合自動(dòng)化逐漸成為了機(jī)械手研發(fā)的重要理念，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用更是使得機(jī)械手逐漸精細(xì)化智能化，作為機(jī)械制造行業(yè)中的柔性制造生產(chǎn)，在更大的范圍內(nèi)得到了應(yīng)用，大量的節(jié)省了人力。

2、基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制方法

2.1 系統(tǒng)組成

本次研究機(jī)械手主要有夾緊氣缸、上抬下壓氣缸和控制機(jī)械手不同位置兩個(gè)氣缸等部分組成，能夠完成上抬、下壓、旋轉(zhuǎn)、夾緊和松開(kāi)等動(dòng)作，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)通過(guò)左右兩個(gè)聯(lián)動(dòng)氣缸和鋼絲干摩擦控制，能夠達(dá)到機(jī)械手四個(gè)不同工位?；顒?dòng)氣缸和固定氣缸之間使用鋼絲干摩擦控制、配合機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，聯(lián)動(dòng)氣缸均使用雙作用氣缸，并用雙電控電磁閥進(jìn)行控制，機(jī)械手終端是氣體動(dòng)夾爪，可以能夠完成抓和放的動(dòng)作。機(jī)械手下壓和上抬動(dòng)作使用單作用氣缸和單電控電磁閥控制實(shí)現(xiàn)，向系統(tǒng)提供合適的開(kāi)關(guān)信號(hào)判斷工位是否正確，系統(tǒng)硬件用過(guò)

電氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和PLC 控制系統(tǒng)組成。

2.2 功能模塊

2.2.1 手動(dòng)操作模塊

PLC 控制器下對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行控制同樣需要按照工業(yè)控制裝置要求設(shè)置一套手動(dòng)控制方法，供斷電回位或者設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行排查。手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)思路比較直觀，按下相應(yīng)方向按鈕，就向該方向位移。這種控制方法需要設(shè)施松緊按鈕，伸出和縮回，左旋右旋，上升和下降等幾種控制形式就可，需要進(jìn)行手動(dòng)操作進(jìn)行機(jī)械手和零件之間的夾緊時(shí)，使用左側(cè)按鈕開(kāi)關(guān)通過(guò)PLC 注意控制裝置，把編寫(xiě)程序編譯成為新代碼輸入給輸出端口進(jìn)入執(zhí)行裝置，并通過(guò)電磁電路接入氣路實(shí)現(xiàn)夾緊工作。

2.2.2 半/ 全自動(dòng)化操作功能模塊

機(jī)械手的操作需要使用單流程結(jié)構(gòu)順序功能圖實(shí)現(xiàn)，并把每個(gè)動(dòng)作都當(dāng)成一個(gè)狀態(tài)來(lái)完成。這種可編程控制器編程方法中的順序功能圖表法列出了工作順序并轉(zhuǎn)化為梯形圖，成了半/ 全自動(dòng)化操作功能模塊。

2.3 PLC設(shè)計(jì)

2.3.1 PCL 型號(hào)

通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)PLC 的掃描速度要求等方面無(wú)特殊要求，要求PLC 輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)至少9 個(gè)，輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)至少6 個(gè)，存儲(chǔ)器字節(jié)要大于120，因此選擇S7-300 型號(hào)PLC 和，隨機(jī)存儲(chǔ)器選擇48K 容量即可，定時(shí)器128 個(gè)，結(jié)構(gòu)僅從，數(shù)據(jù)處理能力和通信能力很強(qiáng)，并且功能豐富。

2.3.2 硬件接線

PLC 投入運(yùn)行后，工程過(guò)程主要有輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，完成三個(gè)階段為一個(gè)掃描周期，整個(gè)運(yùn)行期間，PLC 的CPU 會(huì)重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。輸入采樣階段，PLC 會(huì)對(duì)所有輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行讀取，存入映象區(qū)間，在執(zhí)行用戶程序時(shí)，輸入點(diǎn)在映象區(qū)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)變化，但是其他輸出點(diǎn)以及軟設(shè)備上或者系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)狀態(tài)和數(shù)據(jù)均可能發(fā)生了變化，上面的梯形圖會(huì)對(duì)線面使用線圈或者數(shù)據(jù)的梯形圖產(chǎn)生影響。當(dāng)yoghurt 程序掃描結(jié)束之后，PLC 會(huì)開(kāi)始輸出刷新，這期間CPU 會(huì)按照映象區(qū)對(duì)應(yīng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出鎖存電路，輸出電路驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的外設(shè)，這是PLC 的真正輸出。

2.3.3 總線控制

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的雙向串行、多節(jié)點(diǎn)、數(shù)字式的通信網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)PLC 硬件中I/O 分配原則，使用開(kāi)關(guān)機(jī)起停開(kāi)關(guān)5 點(diǎn)，氣爪伸出及旋轉(zhuǎn)限位6 點(diǎn)，手動(dòng)按鈕6 點(diǎn)及氣爪夾等共20 點(diǎn)，氣缸控制電磁閥線圈8 個(gè)，氣源電機(jī)線圈KM共9 點(diǎn)，根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)控制面板，單周、手動(dòng)和循環(huán)使用同一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)完成功能切換，并且操作之前需要選擇正確的工作方式。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

首先設(shè)計(jì)順序功能圖，按照規(guī)定路線一步一步進(jìn)行，這種方法邏輯清晰，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)思路。按照控制任務(wù)，從右側(cè)、后退和上面原點(diǎn)出發(fā)，全過(guò)程為左擺- 氣缸水平伸出- 吸持工件- 垂直氣缸回退- 水平氣缸回退-原位循環(huán)。在執(zhí)行過(guò)程中常常出現(xiàn)故障或者停電等不可測(cè)情況，于是需要手動(dòng)操作，因而需要設(shè)置手動(dòng)操作界面，并使用起保停的方法編制梯形圖，手動(dòng)程序使用按鈕進(jìn)行單獨(dú)操作，主要用于對(duì)安裝機(jī)械手位置進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，把機(jī)械手調(diào)整到原始位置。自動(dòng)程序梯形圖由控制單周期、連續(xù)、單步程序組成，使用連續(xù)標(biāo)志和轉(zhuǎn)換允許標(biāo)志進(jìn)行區(qū)分。