張毅

摘要：工業(yè)機(jī)械是一種先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，其在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用比較廣，而且對(duì)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)有著促進(jìn)作用。本文對(duì)基于PLC的工業(yè)機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，希望可以幫助工業(yè)企業(yè)的工作人員更好的掌握機(jī)械手控制技術(shù)，制定出性價(jià)比高、編程簡單的應(yīng)用方案，促進(jìn)現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)可以更好的發(fā)展。對(duì)機(jī)械手的控制有軟、硬件兩種不同的方式，在選擇時(shí)要結(jié)合工程實(shí)際情況，這樣才能提高工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用的效率以及質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)機(jī)械手；自動(dòng)化；生產(chǎn)線；控制

工業(yè)機(jī)械手是一種可以模仿人手進(jìn)行操作的機(jī)器，在設(shè)定程序后，工業(yè)機(jī)械手可以完成指定的動(dòng)作，可以按照一定軌跡代替人手進(jìn)行工作，其可以完成簡單的抓取動(dòng)作，還可以搬運(yùn)貨物，是一種可以從事焊接、裝配等工藝的機(jī)械設(shè)備。在現(xiàn)代工藝自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用機(jī)械手，可以代替人進(jìn)行重復(fù)勞動(dòng)，而且提高了工作效率，其可以在危險(xiǎn)的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，可以有效降低工業(yè)生產(chǎn)中安全事件出現(xiàn)的概率，還可以保護(hù)工業(yè)企業(yè)員工的人身安全?；赑LC工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，具有造價(jià)低、效用高的優(yōu)點(diǎn)，在不斷改進(jìn)的過程中，還可以提高系統(tǒng)的通用性。

1.工業(yè)機(jī)械手概述

工業(yè)機(jī)械手是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的一種，在提高社會(huì)生產(chǎn)力水平方面發(fā)揮了非常積極的作用。尤其是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)械手更是一個(gè)不可或缺的重要設(shè)備。例如在機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)線上，機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工件裝卸與搬運(yùn)，大大的提高了生產(chǎn)線效率，節(jié)省了大量的勞動(dòng)力成本。近些年，PLC技術(shù)逐漸被應(yīng)用在工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步的提高了機(jī)械手的自動(dòng)可控性與可靠性。目前較為常用的幾種工業(yè)機(jī)械手主要有ABB、KUKA、FANUC、MOTOMAN等幾種類型的機(jī)械手。

2.PLC的概念及其應(yīng)用

所謂PLC，就是指可編程控制器，其核心是微處理器，主要利用了數(shù)字運(yùn)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，能夠形成一個(gè)可以通過設(shè)定程序而進(jìn)行自動(dòng)化控制的電子系統(tǒng)裝置。目前PLC在工業(yè)設(shè)備上的要應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。而PLC之所以會(huì)有如此廣泛的應(yīng)用，在很大程度上是因?yàn)槠渚邆漭^強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。即其不但具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的可靠性，而且其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，編程設(shè)計(jì)方便簡單，能夠在多種機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用。另外，在后期的運(yùn)行中，PLC無需進(jìn)行復(fù)雜的維護(hù)，只需要簡單維護(hù)，并根據(jù)需要對(duì)編程進(jìn)行改進(jìn)即可。

3.PLC控制的工業(yè)機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

3.1工業(yè)機(jī)械手的工作原理

機(jī)械手控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是一個(gè)不斷循環(huán)的過程，起點(diǎn)一般是機(jī)械手的左高位。機(jī)械手在左高位啟動(dòng)后會(huì)先出現(xiàn)下降動(dòng)作，在下降到工件位置后會(huì)自動(dòng)停止，還會(huì)將工件夾緊，并搬運(yùn)到指定位置。在夾住工件后機(jī)械會(huì)上升，在上升到固定位置后向右偏移，移動(dòng)到設(shè)定位置后會(huì)繼續(xù)下降，然后將工件放到設(shè)定好的位置上。在完成這項(xiàng)動(dòng)作后，機(jī)械手會(huì)繼續(xù)重復(fù)這一組動(dòng)作，不斷的循環(huán)，直到完成所有搬運(yùn)的工作。機(jī)械手控制與設(shè)定的PLC程序有較大關(guān)系，一般機(jī)械手多進(jìn)行一些簡單的夾緊以及搬運(yùn)工作，所以在對(duì)其進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，一定要控制好其運(yùn)動(dòng)軌跡。

3.2 PLC控制機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)

以某工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線中所使用的機(jī)械手為例，其主要結(jié)構(gòu)是由機(jī)械手手臂、步進(jìn)電機(jī)以及工作臺(tái)組成，其中機(jī)械手的手臂伸張轉(zhuǎn)動(dòng)、手爪的張合抓放均是以步進(jìn)電機(jī)為主要驅(qū)動(dòng)。其中水平和垂直的操作均是由步進(jìn)電機(jī)來控制，而機(jī)械手底盤的旋轉(zhuǎn)則是由總電動(dòng)機(jī)來控制，抓取物體時(shí)對(duì)電磁閥的控制則采用氣動(dòng)形式。該機(jī)械手在本生產(chǎn)線中主要起到工件傳送的作用。在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)傳送動(dòng)作的先后順序編寫了相應(yīng)的控制編程，來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)的控制。另外，為了使動(dòng)作準(zhǔn)確，機(jī)械手安裝了限位開關(guān)SQ1，SQ2，SQ5，SQ6，分別對(duì)機(jī)械手進(jìn)行下降，上升，右行，左行等動(dòng)作的限位，并給出了動(dòng)作到位的信號(hào)。SQ3，SQ4為原點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置的光接近開關(guān)，如圖1 所示。

3.3氣動(dòng)機(jī)械手PLC的控制要求

①氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移動(dòng)分別由不同的雙線圈電磁閥實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向德線圈才能反向運(yùn)動(dòng)。②上升、下降的電磁閥線圈分別為YV1、YV2；右行、左行的電磁閥線圈為YV3、YV4；③機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥YV5來實(shí)現(xiàn)，線圈通電夾緊，斷電松開；④機(jī)械手的夾鉗的松開，夾緊通過延時(shí)1.7s實(shí)現(xiàn)⑤機(jī)械手的限位由行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來實(shí)現(xiàn)。

3.4機(jī)械手的具體工作流程

PLC控制的工業(yè)機(jī)械手的具體工作流程，如圖2所示：

圖2中為一個(gè)將工件由一處傳送到另一處的機(jī)械手的工作流程，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)氣缸完成。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，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成，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、下限位和左、右限位開關(guān)。

3.5系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

在該機(jī)械手的工作運(yùn)行中，軟硬件的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的影響因素。一般在PLC控制的工業(yè)機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)上，要特別注意做好輸入、輸出點(diǎn)地址的分配以及PLC外圍接線的方法。而在軟件設(shè)計(jì)上，則應(yīng)特別注意編程的流暢性與可靠性，以免降低機(jī)械手的靈活性。

3.6機(jī)械手在應(yīng)用中的維護(hù)

PLC控制的機(jī)械手在執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)置的各項(xiàng)工作時(shí)，動(dòng)作完成情況與控制器的靈敏度有較大的關(guān)系，所以，設(shè)計(jì)人員一定要控制好控制器的位置，這樣才能保證機(jī)械手完成各項(xiàng)工作。當(dāng)控制器出現(xiàn)故障后，檢修人員一定及時(shí)的維護(hù)或更換。為了不影響工業(yè)生產(chǎn)，工作人員需要提高效率，在按下起動(dòng)按鈕后，機(jī)械手會(huì)進(jìn)行單周期的運(yùn)動(dòng)停止，這可以保證維修的安全性，在按下暫停按鈕后，對(duì)機(jī)械手的操縱也會(huì)自動(dòng)停止，而再次按下啟動(dòng)按鈕必須是手工操作才能執(zhí)行，工業(yè)機(jī)械手會(huì)返回起點(diǎn)重新工作，繼續(xù)單周期運(yùn)作，進(jìn)行循環(huán)操作。另外，為了保證機(jī)械手的正常運(yùn)行，技術(shù)人員還需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行定期檢修。

4.結(jié)束語

本文對(duì)基于PLC的工業(yè)機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，工業(yè)機(jī)械手是一種先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備，其可以代替人手進(jìn)行搬運(yùn)等操作，可以在危險(xiǎn)的環(huán)境下作業(yè)，不但提高了作業(yè)的工作效率，還保證了工作人員的人身安全。為了保證工業(yè)機(jī)械手發(fā)揮最大的效用，需要提高其設(shè)計(jì)以及制造的水平，相關(guān)技術(shù)人員一定要不斷的完善設(shè)備，增強(qiáng)工業(yè)機(jī)械手的功能以及性能?；赑LC的控制系統(tǒng)想要穩(wěn)定的運(yùn)行，一定要做好硬件與軟件設(shè)計(jì)工作，將工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，對(duì)提高工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著促進(jìn)作用。

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