PLC實(shí)訓(xùn)19 機(jī)械手動(dòng)作控制

實(shí)訓(xùn)19機(jī)械手動(dòng)作控制

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

用PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)械手動(dòng)作的模擬。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱XK-PLC2型可編程控制器實(shí)訓(xùn)裝置PLC通訊電纜帶編程軟件的計(jì)算機(jī)機(jī)械手動(dòng)作控制實(shí)驗(yàn)板跨接線數(shù)量1臺(tái)1根1臺(tái)1塊若干備注西門子型三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、控制要求圖19.1為機(jī)械手的機(jī)構(gòu)示意圖，圖中為一個(gè)將工件由A處傳送到B處的機(jī)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(dòng)汽缸完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)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(dòng)汽缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上、下限和左、右限位開(kāi)關(guān)，它的工作過(guò)程如圖所示，有八個(gè)動(dòng)作，即為：

原位→下降→夾緊→上升→右移↑↓左移←上升←放松←下降

19.1機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖

2、PLCI/O分配輸入：

I0.0啟動(dòng)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(diǎn)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(gè)參考程序。

PLC圖19.1

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、參照?qǐng)D19.2所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板的連接。機(jī)械手動(dòng)作控制啟動(dòng)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(diǎn)指示電源左限位原點(diǎn)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(jī)S7-226模擬量EM235西門子PLCS7-200開(kāi)關(guān)指示計(jì)算機(jī)串口開(kāi)關(guān)數(shù)字量輸入模擬量輸出到實(shí)驗(yàn)板的

圖19.2機(jī)械手動(dòng)作控制接線圖

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

擴(kuò)展閱讀：以PLC控制機(jī)械手的一些想法與實(shí)踐

以PLC控制機(jī)械手的一些想法與實(shí)踐

第一章機(jī)械手的概述

隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)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(yùn),可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)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(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過(guò)兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開(kāi)關(guān)(SQ1---SQ9)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過(guò)PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來(lái)控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過(guò)程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來(lái)滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。

機(jī)械手就是能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)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(jī)械手有2～3個(gè)自由度。

機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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(méi)有獨(dú)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(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)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(dòng)條件。

將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)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(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)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(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。

在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)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(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)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(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。

視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，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(jī)械手進(jìn)行工作。

觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過(guò)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(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)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(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。

第二章搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案

2.1搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作

本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過(guò)程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如

下：

機(jī)械手的周期動(dòng)作

2.2機(jī)械手的控制過(guò)程

如圖32所示由A、B兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作，A缸通過(guò)一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，B缸通過(guò)一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。該小車由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)是高速，一臺(tái)是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)以慢快慢的形式進(jìn)行，返回時(shí)按慢快慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C(jī)械手下方時(shí)，工件碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ1，B缸活塞桿伸出，帶動(dòng)機(jī)械手下降，下降至終點(diǎn)碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ3與機(jī)械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進(jìn)，機(jī)械手將工件夾緊；當(dāng)工件夾緊到位時(shí)，行程開(kāi)關(guān)SQ5動(dòng)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(shí)碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ4，啟動(dòng)小車慢速右行；當(dāng)小車碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ7時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走；接近終點(diǎn)時(shí)小車碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ8，轉(zhuǎn)為慢速行走；行至右端行程開(kāi)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(jī)械手下降至終點(diǎn)，A缸活塞桿外伸帶動(dòng)夾鉗松開(kāi)，將工件放下；然后機(jī)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(diǎn)位置。2.3機(jī)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(kāi)關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾�、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。

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

回原位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，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(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。

單步運(yùn)行：供試用，即沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。

單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。

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

第三章搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

結(jié)構(gòu)示意圖

圖中設(shè)置9個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQ1SQ9用于檢測(cè)工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測(cè)開(kāi)關(guān)；SQ2為小車原位檢測(cè)開(kāi)關(guān)；SQ3、SQ4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)；SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測(cè)開(kāi)關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；SQ9為小車運(yùn)動(dòng)停止開(kāi)關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計(jì)

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

控制電路設(shè)計(jì)主要是PLC輸入、輸出接線的設(shè)計(jì)，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(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

4.根據(jù)上圖的自動(dòng)工作功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)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(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖

第五章總結(jié)

本人從兩年前開(kāi)始關(guān)注機(jī)器人行業(yè)，但是正式工作并非是機(jī)器人的研發(fā)，通過(guò)近兩年的學(xué)習(xí)逐漸的摸著了點(diǎn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)上機(jī)械手的圖片和某些商家網(wǎng)站上機(jī)械手功能的描述反推出來(lái)的，而PLC的控制本人比較拿手，隨沒(méi)有做實(shí)驗(yàn)但是根據(jù)本人從事自動(dòng)化行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該沒(méi)大問(wèn)題，現(xiàn)在把想法寫出來(lái)，不足之處還請(qǐng)前輩和高手們指導(dǎo)。

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