0 引言

　機(jī)械手和機(jī)器人是工業(yè)自動(dòng)化的重要裝置。在機(jī)械制造和加工企業(yè)中，機(jī)械手常被用于單機(jī)或自動(dòng)線上專區(qū)傳送工件、刀具、材料等，以減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還可以大大提升生產(chǎn)效率。

本文以深孔專用鏜床的上、下料工業(yè)機(jī)械手為例，用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。該機(jī)械手可用于汽車底盤廠自卸車舉升油缸的專用深孔鏜床的上料和下料，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化。

1 確定控制對(duì)象的控制要求

　　(1)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)

　　機(jī)械手的外形及料架配置如圖1所示。機(jī)械手主要由手指、手腕、小臂和大臂等組成。料架為旋轉(zhuǎn)式，由托料盤和刺輪機(jī)構(gòu)等組成，托料架上能放六個(gè)待加工的缸筒，料架每送一次料要單向運(yùn)轉(zhuǎn)60度。以實(shí)現(xiàn)待加工工件的轉(zhuǎn)換。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)主要包括：手指的夾緊和松開，手腕的橫移，小臂的伸縮，大臂的擺動(dòng)。

　　機(jī)械手的動(dòng)作順序：原始位置(大臂豎立，小臂伸

　　出并處于水平、手腕橫移向右、手指松開)→手指夾緊(抓住卡盤上的工件)→手腕橫移向左(從卡盤上卸下工件)→小臂上擺→大臂下擺→手指松開(將工件放在料架上)→小臂縮回→料架轉(zhuǎn)位→小臂伸出→手指夾緊(抓住待加工的工件)→大臂上擺(從料架上取走工件)→小臂下擺→手腕橫移向右(機(jī)械手把工件裝到深孔鏜床的卡盤上)→手指松開(原位)。

　　(2)上、下料機(jī)械手的主電路

　　電動(dòng)機(jī)M為油泵電動(dòng)機(jī)，機(jī)械手工作時(shí)必須先起動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)M，提供壓力油使液壓系統(tǒng)操作電磁閥驅(qū)動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作。由熱繼電器FR進(jìn)行長(zhǎng)期過載保護(hù)，通過變壓器向信號(hào)燈提供6.3V交流電。

　　(3)上、下料機(jī)械手的工作方式

　　上、下料機(jī)械手有手動(dòng)、回原點(diǎn)、單周期(半自動(dòng))和自動(dòng)四種工作方式，由選擇開關(guān)SA進(jìn)行選擇。開關(guān)扳到自動(dòng)位置，按起動(dòng)按鈕，機(jī)械手按順序自動(dòng)工作，完成一個(gè)上下料自動(dòng)循環(huán)后機(jī)械手停下來處于原始位置。此時(shí)，深孔鏜床開始進(jìn)行加工，加工完畢，機(jī)械手又重復(fù)上述動(dòng)作。

　　(4)上、下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)

　　上、下料機(jī)械手的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部分均由液壓系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作順序通過控制液壓系統(tǒng)的電磁閥來實(shí)現(xiàn)。

2 I／O端子分配

　　按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求，確定PLC的輸入信號(hào)有21個(gè)，輸出信號(hào)有26個(gè)。根據(jù)I／O端子的數(shù)量和種類，選擇FX：-32MR基本單元和FX，32ER擴(kuò)展單元，PLC的I／O分配。

3 繪制狀態(tài)流程圖

　　上、下料機(jī)械手在自動(dòng)工作時(shí)各個(gè)動(dòng)作為順序動(dòng)作，完成一個(gè)動(dòng)作后自動(dòng)轉(zhuǎn)到下個(gè)動(dòng)作，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用功能圖法，用步迸指令實(shí)現(xiàn)狀態(tài)與狀態(tài)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

4 設(shè)計(jì)梯形圖

　　機(jī)械手控制的全過程包括初始化、手動(dòng)、回原位等控制內(nèi)容。

　　(1)初始化程序

　　在初始化程序中，設(shè)置了機(jī)械手初始狀態(tài)和原點(diǎn)位置條件，運(yùn)用功能指令FNC60(IST)，通過輔助繼電器M0-M7將不連續(xù)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的輸入信號(hào)。若機(jī)械手選擇手動(dòng)方式(X6=ON)，則手動(dòng)初始狀態(tài)SO被置位，可以進(jìn)行手動(dòng)操作；若機(jī)械手選擇自動(dòng)或單周期方式，應(yīng)先在手動(dòng)方式或回原點(diǎn)方式下使機(jī)械手先回原點(diǎn)，然后是X5=ON(自動(dòng))或使X4=ON(單周期)，自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)方式初始狀態(tài)，S2被置位，可進(jìn)行自動(dòng)或單周期操作；若開關(guān)SA在回原點(diǎn)位置(X3=ON)，程序自動(dòng)進(jìn)入回原點(diǎn)初始狀態(tài)，S1被置位，可進(jìn)行回原點(diǎn)操作。

　　(2)回原點(diǎn)程序

　　上、下料機(jī)械手自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，若機(jī)械手不在原始位置，先將轉(zhuǎn)換開關(guān)扳在回原點(diǎn)位置，然后按回原點(diǎn)按鈕SB5(X7=ON)，則回原點(diǎn)程序自動(dòng)進(jìn)行，使機(jī)械手回到原始位置?；卦怀绦虿捎酶麟姶砰y同時(shí)動(dòng)作來完成，必須先起動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，為保證能回到要求的原點(diǎn)位置。由定時(shí)器11D延時(shí)控制動(dòng)作完成。

　　(3)手動(dòng)方式程序

　　S0為手動(dòng)方式的初始狀態(tài)，機(jī)械手各個(gè)動(dòng)作均由點(diǎn)動(dòng)按鈕控制相應(yīng)的電磁閥而實(shí)現(xiàn)。

　　(4)自動(dòng)方式程序

　　在自動(dòng)方式的狀態(tài)流程圖中，S2為自動(dòng)方式的初始狀態(tài)，特殊輔助繼電器M8044和M8041的狀態(tài)都在初始化程序中設(shè)定。機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作順序用步進(jìn)指令控制，狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件由各動(dòng)作對(duì)應(yīng)的定時(shí)器給出。

　　按起動(dòng)按鈕SB3(X23=ON)，機(jī)械手從原始位置按動(dòng)作順序進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)工作，當(dāng)完成一次自動(dòng)循環(huán)后，機(jī)械手重新回到原點(diǎn)位置，若機(jī)械手選擇單周期方式，為第二次循環(huán)做準(zhǔn)備。若選擇自動(dòng)方式，機(jī)械手自動(dòng)進(jìn)入第二次循環(huán)。

　　(5)其它方面

　　油泵電動(dòng)機(jī)和機(jī)械手起動(dòng)工作為順序起動(dòng)關(guān)系。油泵電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械手工作停止；但機(jī)械手停止工作時(shí)。油泵電動(dòng)機(jī)仍運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖中初始化程序。油泵電動(dòng)機(jī)停車或過載、機(jī)械手由自動(dòng)工作方式轉(zhuǎn)換為手動(dòng)工作方式、或按下機(jī)械手停止按鈕時(shí)，機(jī)械手均應(yīng)停止工作。

5 結(jié)束語

　　PLC裝置作為工業(yè)控制器，具有可靠性高、體積小、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用PLC控制工業(yè)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以在有害環(huán)境下代替人的繁重勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率。當(dāng)系統(tǒng)控制要求發(fā)生變化時(shí)，不需要改變硬件，只需重新編程。有利于擴(kuò)展維護(hù)。同時(shí)，采用步進(jìn)順序控制編程，可使程序簡(jiǎn)化，便于調(diào)試，具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。