PLC實訓(xùn)19 機械手動作控制

實訓(xùn)19機械手動作控制

一、實驗?zāi)康?/p>

用PLC實現(xiàn)機械手動作的模擬。二、實驗設(shè)備名稱XK-PLC2型可編程控制器實訓(xùn)裝置PLC通訊電纜帶編程軟件的計算機機械手動作控制實驗板跨接線數(shù)量1臺1根1臺1塊若干備注西門子型三、實驗內(nèi)容

1、控制要求圖19.1為機械手的機構(gòu)示意圖，圖中為一個將工件由A處傳送到B處的機械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動汽缸完成。當(dāng)某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，線圈，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動汽缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。設(shè)備裝有上、下限和左、右限位開關(guān)，它的工作過程如圖所示，有八個動作，即為：

原位→下降→夾緊→上升→右移↑↓左移←上升←放松←下降

19.1機械手結(jié)構(gòu)示意圖

2、PLCI/O分配輸入：

I0.0啟動I0.1停止I0.2上限位I0.3下限位I0.4左限位I0.5右限位輸出：

Q0.0下降閥Q0.1夾緊閥Q0.2上升閥Q0.3右行閥Q0.4左行閥Q0.5原點指示3、根據(jù)控制要求和PLCI/O分配，編寫出PLC程序。PLC圖19.1給出了一個參考程序。

PLC圖19.1

四、實驗步驟

1、參照圖19.2所示進(jìn)行實驗臺面板的連接。機械手動作控制啟動停止下限位上限位左限位右限位下降閥夾緊閥上升閥右行閥左行閥原點指示電源左限位原點下限位夾緊上限位右限位放松數(shù)字量輸出模擬量輸入DC24V電源主機S7-226模擬量EM235西門子PLCS7-200開關(guān)指示計算機串口開關(guān)數(shù)字量輸入模擬量輸出到實驗板的

圖19.2機械手動作控制接線圖

2、啟動上位機，將“機械手控制.mwp”程序下載到PLC。3、調(diào)試并運行程序。

擴展閱讀：以PLC控制機械手的一些想法與實踐

以PLC控制機械手的一些想法與實踐

第一章機械手的概述

隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運,可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

本機械手的機械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運動運動；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)(SQ1---SQ9)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。

機械手就是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2～3個自由度。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(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物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。

將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。

在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。

視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進(jìn)行工作。

觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。

現(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。

第二章搬運機械手總體設(shè)計方案

2.1搬運機械手結(jié)構(gòu)及其動作

本機械手用于生產(chǎn)線上工件的自動搬運，根據(jù)對機械手的工藝過程及控制要求分析，機械手的動作過程如

下：

機械手的周期動作

2.2機械手的控制過程

如圖32所示由A、B兩個液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作，A缸通過一個單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，B缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機械手的升降；由小車實現(xiàn)機械手的移動。該小車由兩臺電動機驅(qū)動，一臺是高速，一臺是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時以慢快慢的形式進(jìn)行，返回時按慢快慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C械手下方時，工件碰壓行程開關(guān)SQ1，B缸活塞桿伸出，帶動機械手下降，下降至終點碰壓行程開關(guān)SQ3與機械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進(jìn)，機械手將工件夾緊；當(dāng)工件夾緊到位時，行程開關(guān)SQ5動作，B缸的活塞桿收進(jìn)，把工件提升；當(dāng)工件提升到最高位置時碰壓行程開關(guān)SQ4，啟動小車慢速右行；當(dāng)小車碰壓行程開關(guān)SQ7時轉(zhuǎn)為快速行走；接近終點時小車碰壓行程開關(guān)SQ8，轉(zhuǎn)為慢速行走；行至右端行程開關(guān)SQ9，小車停止前進(jìn)；停留5秒后，B缸活塞桿再次外伸，機械手下降至終點，A缸活塞桿外伸帶動夾鉗松開，將工件放下；然后機械手上升，小車以慢快慢的形式沿原路返回，恢復(fù)到圖示所示的原點位置。2.3機械手的控制要求

為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動和自動操作，其中自動操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動操作包括手動和回原位的操作。

手動操作：供維修用，即用按鈕對機械手的每一步動作單獨控制。例如，當(dāng)選擇手動操作時，按下上升/下降按鈕，機械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動作，其它動作以此類推。

回原位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C械手運行中途停止時，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回到原點位置。

單步運行：供試用，即沒按一次啟動按鈕機械手向前執(zhí)行一個動作后停止。

單周期運行：供首次檢驗用，當(dāng)機械手在原點時按下啟動按鈕，機械手自動執(zhí)行一個周期后停止在原點位置連續(xù)運行：正常使用，當(dāng)機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動作。

該機械手在自動工作狀態(tài)時，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。

第三章搬運機械手硬件系統(tǒng)設(shè)計

3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計包括機械部分和電氣控制部分的設(shè)計。結(jié)構(gòu)圖如下：

結(jié)構(gòu)示意圖

圖中設(shè)置9個行程開關(guān)SQ1SQ9用于檢測工件、小車、機械手的位置及機械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對系統(tǒng)實施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關(guān)；SQ2為小車原位檢測開關(guān)；SQ3、SQ4分別為機械手下降上升是否到位檢測開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機械手夾緊放松檢測開關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運動停止開關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計

包括主電路和控制電路的設(shè)計。主電路由兩臺電動機，即慢速電機和快速電機，分別拖動小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動機M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動機M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個液壓缸完成的，在通電情況下，機械手松開，得電時松開，可以防止在設(shè)備運行過程中突然斷電導(dǎo)致的機械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。

控制電路設(shè)計主要是PLC輸入、輸出接線的設(shè)計，其I/O分配如圖35所示。電氣接線圖如下

PLCI/O接線控制圖

第四章搬運機械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計

機械手動控制屬順序控制，故其手動程序采用普通的PLC控制指令控制，自動程序采用步進(jìn)梯形指令控制梯形圖的總體設(shè)計

4.根據(jù)上圖的自動工作功能表圖，可設(shè)計出自動操作時的梯形圖如下：":[{"c":{"ix":0,"iy":0,"iw":1054,"ih":759},"p":{"h":759,"w":1054,"x":105,"y":134,"z":0},"ps":{"_drop":1,"_vector":1},"s":null,"t":"pic"},{"c":{"ix":0,"iy":764,"iw":512,"ih":757},"p":{"h":757,"w":511.825,"x":375.549,"y":136.149,"z":1},"ps":{"_drop":1},"s":null,"t":"pic"},{"c":{"ix":0,"iy":1526,"iw":446,"ih":800},"p":{"h":800,"opacity":1,"rotate":0,"w":501.825,"x":380.549,"x0":380.549,"x1":380.549,"x2":882.375,"x3":882.375,"y":141.149,"y0":1041.149,"y1":141.149,"y2":141.149,"y3":1041.149,"z":2},"ps":null,"s":{"pic_file":"/home/iknow/conv//data//bdef//190350818//190350818_8_2.jpg"},"t":"pic"}],"page":{"ph":892.979,"pw":1262.879,"iw":1054,"ih":2326,"v":6,"t":"1","pptlike":false,"cx":105,"cy":134,"cw":1054,"ch":758.979}})

搬運機械手自動工作梯形圖

第五章總結(jié)

本人從兩年前開始關(guān)注機器人行業(yè)，但是正式工作并非是機器人的研發(fā)，通過近兩年的學(xué)習(xí)逐漸的摸著了點門道，希望和此行業(yè)的前輩們共同學(xué)習(xí)進(jìn)步，上述的方案是通過網(wǎng)絡(luò)上機械手的圖片和某些商家網(wǎng)站上機械手功能的描述反推出來的，而PLC的控制本人比較拿手，隨沒有做實驗但是根據(jù)本人從事自動化行業(yè)的經(jīng)驗應(yīng)該沒大問題，現(xiàn)在把想法寫出來，不足之處還請前輩和高手們指導(dǎo)。

我的郵箱：ljtljd201*@sina.com；隨時歡迎就機器人、工業(yè)自控行業(yè)的高手們交流心得。

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