1 引言

　　簡易機械手在各類全自動和半自動生產(chǎn)線上應(yīng)用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動，替代人工作業(yè)，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化控制。本設(shè)計中的機械手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)，各動作由plc控制電磁閥驅(qū)動氣動執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產(chǎn)線中。圖1為機械手移動物品示意圖。

圖1 機械手移動物品示意圖

2 功能與動作流程設(shè)計

　　2.1功能設(shè)計

　　圖1中機械手的任務(wù)是將傳送帶a上的物品搬運到傳送帶b。為使機械手動作準(zhǔn)確，在機械手的極限位置安裝了限位開關(guān)sq1、sq2、sq3、sq4、sq5，對機械手分別進(jìn)行抓緊、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上升、下降動作的限位，并發(fā)出動作到位的輸入信號。機械手的起、停由sb1（啟動）、sb2（停止）按鈕控制。

　　傳送帶a、b由電動機拖動。傳送帶a上裝有光電開關(guān)sp，檢測到物品，傳送帶a停止。傳送帶b連續(xù)運轉(zhuǎn)，將物品送至后工序，不需要用plc控制。機械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動作由氣動元件（氣缸）執(zhí)行，由六個相應(yīng)的電磁閥驅(qū)動，統(tǒng)一由plc控制。

　　2.2動作流程設(shè)計

　　機械手及傳送帶a順序動作的要求是：

　　（1）按下起動按鈕sb1時，機械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關(guān)動作；

　　（2）左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作；

　　（3）下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動作；

　　（4）啟動傳送帶a運行，由光電開關(guān)sp檢測傳送帶a上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動作；

　　（5）手臂再次上升，至上升限位開關(guān)再次動作；

　　（6）右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作；

　　（7）手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動作；

　　（8）放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經(jīng)延時2秒后，完成一次搬運任務(wù)，然后重復(fù)循環(huán)以上過程。

　　（9）按下停止按鈕sb2或斷電時，機械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動時，機械手按停止前的動作繼續(xù)工作。

3 動作時序設(shè)計

　　根據(jù)對機械手的順序動作要求可作出如下所示的機械手動作流程圖參見圖2。流程設(shè)計使用iec61131-3標(biāo)準(zhǔn)順序功能圖sfc語言描述。

圖2 機械手動作流程圖

4 plc硬件設(shè)計

　　4.1 plc的選型

　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選用omron公司生產(chǎn)的cpm1a-20cdr-a小型機。該機體積小，功能強、配有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口便于計算機對plc進(jìn)行監(jiān)控和管理。使用cqm1-pro01手持式編程器可以方便的在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控。該機輸入點為12，輸出點為8。

　　4.2 i/o點編號分配

　　根據(jù)機械手動作流程圖，可以確定電氣控制系統(tǒng)的i/o點分配，如附表所示。

5 plc軟件設(shè)計

　　5.1 編制控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

　　根據(jù)流程圖和i/o分配表，可以編制出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示。

圖3 機械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移程圖

　　5.2 程序設(shè)計及程序運行

　　（1）用步進(jìn)指令編程。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及動作要領(lǐng)，編制的步進(jìn)梯形圖程序如圖4所示。

圖4 編制的步進(jìn)梯形圖程序

　　其中，在狀態(tài)由hr0100轉(zhuǎn)移至hr0000的條件中，增加了保持繼電器的常閉觸點，其作用是：當(dāng)機械手工作在某一中間工步時，若plc斷電或停止運行，機械手停止在中間工步上。plc復(fù)電或重新投入運行后，由于保持繼電器hr具有狀態(tài)斷電保護(hù)的功能，因此在重新起動時，其中有某一個是斷開的，使得hr0000不能置位，機械手只能從停止前被置位的保持繼電器的后續(xù)工步繼續(xù)動作。

　　（2）程序運行調(diào)試。按下起動按鈕sb1，輸入點00000為on，則作為自鎖條件的輔助繼電器20000保持為on，分支指令il接通，il與ilc之間的線圈正常工作。開始常閉觸點都為on，保持繼電器hr0000接通，輸出點01003使上升電磁閥得電，手臂上升。當(dāng)手臂上升到位時，上升限位開關(guān)使輸入點00005閉合，保持繼電器hr0001接通，hr0000復(fù)位，上升停止，同時，輸出點01001使左轉(zhuǎn)電磁閥得電，手臂左轉(zhuǎn)。以后每當(dāng)一步動作到位，限位條件滿足時，狀態(tài)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行下一工步動作。當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到hr0008為on時，輸出點01006使放松電磁閥得電，機械手放松，同時定時器tim000計時。當(dāng)計時2秒到（時間可視具體情況調(diào)整），狀態(tài)又轉(zhuǎn)移到hr0000，程序又重新從第一工步開始循環(huán)。停止時，按下停止按鈕sb2，00001斷開，輔助繼電器20000為off，自鎖指令斷開，全部輸出被禁止，但各保持繼電器的狀態(tài)是斷電保護(hù)的，機械手停在現(xiàn)行的工步上。當(dāng)重新按起動按鈕時，輔助繼電器20000為on，停止前的輸出被恢復(fù)，機械手繼續(xù)在停止前某保持繼電器為on的工步動作。

6 結(jié)束語

　　本設(shè)計提出了一個通用的設(shè)計方案，介紹了日本omron公司生產(chǎn)的cpm1a系列小型多功能plc在機械手步進(jìn)控制中的設(shè)計應(yīng)用。包括說明了機械手的動作原理，設(shè)計要求，程序設(shè)計方法。在實際具體應(yīng)用中，還可以很方便的通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計算機組成plc工業(yè)局域網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)實時控制。