1、基于 PLC 的工业机械手在自动化生产线中的应用摘 要在科技时代，工业自动化已经得到了较好的发展，而工业机械手的应用在现代化的工业领域起到了很大的作用，也在工业自动化领域中不能被替代的一个角色，它的应用能将生产效率有效提高上来，还节省了人力工作，其价值是很大的。本文对 PLC 机械手的系统构成做了简单的介绍，并分析了机械手在控制软件和硬件上的有效方法，得出应用 PLC 机械手方案的主要的特点，即编程容易、结构简单以及造价低等。 关键词PLC；工业机械手；自动化 中图分陈类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0243-01 所谓工业机械手，主要是对人手动作进行
2、模仿，并能根据设定的相应程序和操作要求，对人手的抓取作业和搬运作业代替，能够操作焊接以及喷漆等一系列工艺的装置，这一装置属于机电一体化结构，在众多的自动化生产线中都得到了较好的应用。这种机械手能够对人类繁重的劳动作业进行替代，实现机械化生产和自动化生产，并能在有毒害的工作环境中工作，这对人力来说起到了一定的保护作用，尤其在机械制造和航空航天生产线中应用的比较多。 一、自动搬运系统结构以及控制要求 1、机械手的控制要求 机械手的实际控制系统在运行的时候，是从左侧的高位一直到右侧的循坏过程，在机械收工作的过程中，先在左高位进行起到，然后再下降，在下降到工件位置处机械手就会停下来，将工件给夹紧，在工
3、件被机械手夹住之后，再向上升起，到达一定的高度之后，机械手就会向右侧移动，到达指定的工作位置之后就会下降，然后将工件到到制定位置后机械手就会继续上升，到一定的高度之后向左侧移动，然后到达最初的起点位置，一次工作循环也就这么完成了。要是进行下一次的工作，也是依照这样的循坏系统来完成。 2、机械手的工作原理 在机械手在生产线中工作的时候，其原理主要是：在工作开始前，机械手是在原位停止的，当要工作的时候就会就将电磁铁 5YA 给通上点，这时候机械手就会松开，将启动按钮按下之后，2YA 电磁铁就会通上点，同时机械手就会在 5 号气缸活塞的带动下下降，在下降到一定位置之后，将限位开关给压下来，这时候 2
4、YA 就会被断电，机械手也就会在气缸的作用下停止，然后下降；紧接着，5YA 会被断电，机械手会在 17 号气缸活塞的作用下将工件给夹紧。当机械手夹紧工件之后，1YA 电磁铁会被痛点，机械手会在 5 号气缸活塞的带动下向上升起，到达一定位置时，将限位开关给压下，1YA 会被断电，然后机械手就会停止上升；这个时候3YA 电磁铁会被通电，机械手会在 11 号气缸活塞的作用下向右移动。当机械手移动到一定位置后将限位开关给压下，3YA 会被断电，机械手会停止向右移动。工作台要是在这个时候没有工件，就会接通关电开关，然后 2YA 电磁铁会被通电，机械手会在 5 号气缸活塞的作用下下降。当机械手下降到一定位
5、置时，限位开关会被压下，同时 2YA 会被断电，然后机械手下降就会停止。在这个时候，将 5YA 给通上电，机械手就会在 17号气缸活塞的作用下被松开，在完全放松之后，1YA 会被通电，然后机械手会在 5 号气缸活塞的带动下就会上升，当上升到一定位置之后，限位开关就会被压下，同时 1YA 会被断电，而机械手也就不会再上升。这个时候 4YA 电磁铁会被通电，机械手会在 11 号气缸活塞的作用下向左侧移动，当机械手移动到最初的原点位置时，限位开关会被压下，然后 4YA会被断电，这时机械手就不会再向左侧移动，这样的话一整个周期的机械手工作循环就完成了。在整个工作中，4 号、6 号、10 号、12 号、
6、16号以及 18 号的单向节流阀的作用都是提高气缸上在运动过程中稳定性，而 3 号和 7 号液控单向阀的作用是对停止状态下机械手的上下漂移进行防止。详见图 1。 二、PLC 控制系统的设计 1、输入/输出点数的分配 根据机械手的动作控制要求和控制信号数量，画出机械手 PLC 控制流程图（详见图 2） ，并确定 PLC 输入/输出点。本系统选用 FX2N-48MR型 PLC。FX2N 系列 PLC 具有可靠性高、抗干扰能力强、控制程序可变、编程简单、扩展方便、体积小、价格低等优点，为多数自动控制系统所采用。 2、硬件设计 PLC 控制系统与机械手本体的连接主要是针对 PLC 的输入和输出设备而言
7、的。连接时参照 PLC 控制系统的外部 I/O 连接图和主电路图进行。系统中机械手的控制面板采用触摸屏结构，可以节约大量的 I/O 连接时间。除限位开关具有实体需要连接外，其他控制开关均无需连接实体。PLC 的输出端子只接通各个气缸的换向电磁阀即可。其他指示灯均可在触摸屏中显示。工作时只要能够满足 PLC 处于通电状态，控制程序也已经下载到 PLC 中，通过触摸屏就可以完成所有工作过程。由此可以看出触摸屏式控制界面比机械式控制面板具有很大的优势。PLC 与触摸屏的通讯极为简单，可以通过标准的电缆 RS-232 连接，在 PLC 和触摸屏的实体上都有这些标准电缆的连接接口。 3、软件设计 根据上
8、述的流程图可以得到 PLC 控制系统梯形图。由于本机械手控制系统动作顺序性强，每一步的动作均在前一步动作完成之后进行，故也可采用 FX2N 系列 PLC 的顺序控制指令画出顺序功能图（SFC） ，再转化成梯形图。 三、结束语 在工业生产领域和非产业界的相关生产中，机械手都是非常重要的一个服务性的设备，在制造技术领域，机械手也是一项重要的自动化设备，在制造过程中是不能没有机械手设备的。应用机械手能将人工节省下来，提高了机械生产的效率，还不用耗费过多的人力，减少了生产成本，它还具有较好的稳定性，能在生产线中安全运行，还不会对工作环境有较大的要求。工业机械手的设计和制造涉及到机械设计与制造、电气控制
9、、液压和气压传动等方面的专业知识，是多种学科交叉融合的典型机电一体化装置。而机电液（气）一体化是现代工业自动化发展的必然趋势，是机电类专业学生必须掌握的一门综合性知识。若将其制作成教学模型，对学生机、电、液（气）等各门知识的深化和综合运用，都有着非常重要的意义。 参考文献 1 张劲.基于 PLC 的工业机械手在自动化生产线中的应用.机械制造与自动化，2014. 2 张萍萍.给予 PLC 的气动机械手控制系统设计.电子科技大学，2013. 3 叶冬明.新型大工作空间并联机构及其性能研究D.南京：南京理工大学，2012. 4 单鹏，谢里阳，田万禄，等.基于 D-H 矩阵的 Stewart 型并联机床位误差计算模型J.机械工程学报，2010.
