摘要：本文以三菱FX1N系列PLC為基礎(chǔ)，介紹PLC在三維教學(xué)機(jī)械手步進(jìn)控制指令（STL）中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。該程序已在競賽模擬三維機(jī)械手中獲得了應(yīng)用，具有穩(wěn)定、可靠的性能。，論文關(guān)鍵詞：PLC,三維機(jī)械手,步進(jìn)控制，，隨著自動化控制領(lǐng)域的不斷發(fā)展，智能機(jī)械手的不斷推新，機(jī)器人手臂的智能化程度不斷提升，連續(xù)多角度控制的機(jī)器人手臂的出現(xiàn)，給機(jī)械手的教學(xué)帶來了新的挑戰(zhàn)。原來的教學(xué)機(jī)械手均以兩維空間模擬仿真教學(xué)為主。自2007年全國電工電子技能大賽以來，三維空間的機(jī)械手的教學(xué)需求尤為突出。，，一、三維機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)，，圖1所示是該三維機(jī)械手的實(shí)物圖。整個(gè)三維機(jī)械手能完成八個(gè)自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉(zhuǎn)、手爪上下、手爪緊松。手爪提升氣缸采用雙向電控氣閥控制，氣缸伸出或縮回可任意定位。磁性傳感器用來檢測手爪提升氣缸處于伸出或縮回位置。手爪抓取物料由單向電控氣閥控制，當(dāng)單向電控氣閥得電，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，單向電控氣閥斷電，手爪松開。旋轉(zhuǎn)氣缸用來控制機(jī)械手臂的正反轉(zhuǎn)，由雙向電控氣閥控制。接近傳感器用來判斷機(jī)械手臂正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位后，接近傳感器信號輸出。雙桿氣缸用來控制機(jī)械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個(gè)磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。緩沖器對旋轉(zhuǎn)氣缸高速正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位時(shí)，起緩沖減速作用。，，二、三維機(jī)械手的動作過程，，圖2所示是該三維機(jī)械手的動作示意圖。當(dāng)需將工件有右工
日本TOKIMEC電磁閥DG4V-3-8C-M-P2-T-7-54 作臺搬至左工作臺時(shí)，在按下啟動的時(shí)候，右工作臺傳感器判斷有無工作，若有機(jī)械手動作，若無，機(jī)械手停止。當(dāng)機(jī)械手左旋并前伸到位準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保安全，必須在左工作臺上無工件時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到左工作臺上的工件尚未搬走時(shí)，機(jī)械手應(yīng)自動停止下降。，，三維機(jī)械手 PLC，，圖1 三維機(jī)械手實(shí)物圖 圖2三維機(jī)械手動作示意圖，，三維機(jī)械手的工作過程為：（1）從原點(diǎn)開始前伸；（原點(diǎn)位置為機(jī)械手右旋到限位，手臂縮回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后開始下降；（3）倒下限位后，機(jī)械手加緊工件，延時(shí)2s；（4）上升；（5）到上限位后，縮回；（6）到后限位后，左旋；（7）到左限位后，前伸；（8）到前限位后，下降；（9）到下限位后，機(jī)械手松開，延時(shí)2s；（10）上升；（11）到上限位后，縮回；（12）到后限位后，右旋，返回原點(diǎn)。，，根據(jù)三維機(jī)械手的工作過程及要求，可以畫出機(jī)械手的動作流程圖，如圖3所示。，，步進(jìn)控制 三維機(jī)械手，，圖3 機(jī)械手動作流程圖 圖4機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，，三、PLC硬件的選擇和I/O點(diǎn)分配，，PLC的種類非常多，根據(jù)三維機(jī)械手的控制要求，由于其輸入、輸出節(jié)點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積較小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理，故選用日本三菱（MITSUBISHI）公司生產(chǎn)的多功能小型FX1N-40MR-001主機(jī)。該機(jī)型合計(jì)有輸入輸出點(diǎn)40個(gè)，其中24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，采用繼電器方式有觸點(diǎn)輸出，能交流、直流負(fù)載兩用。內(nèi)部主要有：輔助繼電器1280個(gè)，其中特殊功能輔助繼電器256個(gè)，斷電保持輔助繼電器1152個(gè)；狀態(tài)繼電器1000個(gè)；定時(shí)繼電器256個(gè)；計(jì)數(shù)繼電器256個(gè)；數(shù)據(jù)寄存器8256個(gè)。，，根據(jù)圖3所示的三維機(jī)械手動作流程圖，確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配，如表1所示。，，根據(jù)圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出機(jī)械手的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖4所示。，，四、控制程序的設(shè)計(jì)方法及編程運(yùn)行，，常用的PLC程序設(shè)計(jì)方法有經(jīng)驗(yàn)法和順序功能法。根據(jù)圖4狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，編制的步進(jìn)梯形圖程序如圖5所示。，，表1 三維機(jī)械手控制I/O分配表，，輸入，，輸出，，名稱，，輸入點(diǎn)，，名稱，，輸出點(diǎn)，，停止，，SB1，，X0，，手爪緊/松氣缸閥，，YV1，，Y1，，啟動，，SB2，，X1，，手臂氣缸伸出閥，，YV2，，Y2，，物品檢測傳感器，，SQ0，，X2，，手臂氣缸縮回閥，，YV3，，Y3，，氣動手爪傳感器，，SQ1，，X3，，提升氣缸下降閥，，YV4，，Y4，，旋轉(zhuǎn)左限位接近傳感器，，SQ2，，X4，，提升氣缸上升閥，，YV5，，Y5，，旋轉(zhuǎn)右限位接近傳感器，，SQ3，，X5，，旋轉(zhuǎn)氣缸左移閥，，YV6，，Y6，，伸出臂前點(diǎn)限位傳感器，，SQ4，，X6，，旋轉(zhuǎn)氣缸右移閥，，YV7，，Y7，，縮回臂后點(diǎn)限位傳感器，，SQ5，，X7，，提升氣缸上限位傳感器，，SQ6，，X10，，提升氣缸下限位傳感器，，SQ7，，X11，，基于PLC的三維機(jī)械手的控制，，圖5 步進(jìn)控制梯形圖，，圖5中，M8044是用作原點(diǎn)條件，判斷機(jī)械手是否在原點(diǎn)開始工作。，，如果要實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)，在圖5的步進(jìn)控制梯形圖中，將普通輔助/計(jì)時(shí)/狀態(tài)繼電器均換成斷電保護(hù)型。，，上電后，直接初始狀態(tài)繼電器S0，在滿足原點(diǎn)條件繼電器M8044下，按下啟動按鈕SB2，X1得電，進(jìn)入等待狀態(tài)繼電器S20；此
日本TOKIMEC電磁閥DG4V-3-8C-M-P2-T-7-54 時(shí)物品檢測傳感器SQ0檢測到上料端有料，X2得電，進(jìn)入機(jī)械手臂伸出狀態(tài)S21；機(jī)械手伸出Y2得電，機(jī)械手前伸到前限位時(shí)，進(jìn)入機(jī)械手下降狀態(tài)；機(jī)械手下降Y4得電，機(jī)械手下降到下限位時(shí)，進(jìn)入機(jī)械手抓料延時(shí)狀態(tài)；機(jī)械手抓緊并延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入機(jī)械手上升狀態(tài)…………如此，每當(dāng)該步動作到位，限位條件滿足時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)入下一工作步，進(jìn)行動作。，，需要停止時(shí)，按下停止按鈕SB1,X0得電，停止標(biāo)志繼電器M0得電并自鎖，當(dāng)機(jī)械手右旋到有限位時(shí)，如果停止標(biāo)志有信號，則機(jī)械手回到初始狀態(tài)，如果停止標(biāo)志沒有信號，則機(jī)械手進(jìn)行下一周期的搬運(yùn)工作。，，五、結(jié)束語，，本文以三維機(jī)械手為例介紹了日本三菱MITSUBISHI公司生產(chǎn)的FX1N系列微型可編程控制器在步進(jìn)控制中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。闡述了三維機(jī)械手的動作原理，設(shè)計(jì)要求，程序設(shè)計(jì)方法等。本文介紹的程序在實(shí)際生產(chǎn)和各屆各級電工電子技能大賽中獲得成功的應(yīng)用。，，，，
