摘要：本文以三菱FX1N系列PLC為基礎，介紹PLC在三維教學機械手步進控制指令（STL）中的設計與應用。該程序已在競賽模擬三維機械手中獲得了應用，具有穩(wěn)定、可靠的性能。，論文關鍵詞：PLC,三維機械手,步進控制，，隨著自動化控制領域的不斷發(fā)展，智能機械手的不斷推新，機器人手臂的智能化程度不斷提升，連續(xù)多角度控制的機器人手臂的出現(xiàn)，給機械手的教學帶來了新的挑戰(zhàn)。原來的教學機械手均以兩維空間模擬仿真教學為主。自2007年全國電工電子技能大賽以來，三維空間的機械手的教學需求尤為突出。，，一、三維機械手的硬件結構，，圖1所示是該三維機械手的實物圖。整個三維機械手能完成八個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉、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。旋轉氣缸用來控制機械手臂的正反轉，由雙向電控氣閥控制。接近傳感器用來判斷機械手臂正轉和反轉到位后，接近傳感器信號輸出。雙桿氣缸用來控制機械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。緩沖器對旋轉氣缸高速正轉和反轉到位時，起緩沖減速作用。，，二、三維機械手的動作過程，，圖2所示是該三維機械手的動作示意圖。當需將工件有右工
日本TOKIMEC電磁閥DG4V-3-8C-M-P2-T-7-54 作臺搬至左工作臺時，在按下啟動的時候，右工作臺傳感器判斷有無工作，若有機械手動作，若無，機械手停止。當機械手左旋并前伸到位準備下降時，為了確保安全，必須在左工作臺上無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到左工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降。，，三維機械手 PLC，，圖1 三維機械手實物圖 圖2三維機械手動作示意圖，，三維機械手的工作過程為：（1）從原點開始前伸；（原點位置為機械手右旋到限位，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，機械手加緊工件，延時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，機械手松開，延時2s；（10）上升；（11）到上限位后，縮回；（12）到后限位后，右旋，返回原點。，，根據(jù)三維機械手的工作過程及要求，可以畫出機械手的動作流程圖，如圖3所示。，，步進控制 三維機械手，，圖3 機械手動作流程圖 圖4機械手狀態(tài)轉移圖，，三、PLC硬件的選擇和I/O點分配，，PLC的種類非常多，根據(jù)三維機械手的控制要求，由于其輸入、輸出節(jié)點少，要求電氣控制部分體積較小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監(jiān)控和管理，故選用日本三菱（MITSUBISHI）公司生產的多功能小型FX1N-40MR-001主機。該機型合計有輸入輸出點40個，其中24個輸入點和16個輸出點，采用繼電器方式有觸點輸出，能交流、直流負載兩用。內部主要有：輔助繼電器1280個，其中特殊功能輔助繼電器256個，斷電保持輔助繼電器1152個；狀態(tài)繼電器1000個；定時繼電器256個；計數(shù)繼電器256個；數(shù)據(jù)寄存器8256個。，，根據(jù)圖3所示的三維機械手動作流程圖，確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點分配，如表1所示。，，根據(jù)圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出機械手的狀態(tài)轉移圖，如圖4所示。，，四、控制程序的設計方法及編程運行，，常用的PLC程序設計方法有經(jīng)驗法和順序功能法。根據(jù)圖4狀態(tài)轉移圖，編制的步進梯形圖程序如圖5所示。，，表1 三維機械手控制I/O分配表，，輸入，，輸出，，名稱，，輸入點，，名稱，，輸出點，，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，，旋轉左限位接近傳感器，，SQ2，，X4，，提升氣缸上升閥，，YV5，，Y5，，旋轉右限位接近傳感器，，SQ3，，X5，，旋轉氣缸左移閥，，YV6，，Y6，，伸出臂前點限位傳感器，，SQ4，，X6，，旋轉氣缸右移閥，，YV7，，Y7，，縮回臂后點限位傳感器，，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的三維機械手的控制，，圖5 步進控制梯形圖，，圖5中，M8044是用作原點條件，判斷機械手是否在原點開始工作。，，如果要實現(xiàn)斷電保護，在圖5的步進控制梯形圖中，將普通輔助/計時/狀態(tài)繼電器均換成斷電保護型。，，上電后，直接初始狀態(tài)繼電器S0，在滿足原點條件繼電器M8044下，按下啟動按鈕SB2，X1得電，進入等待狀態(tài)繼電器S20；此
日本TOKIMEC電磁閥DG4V-3-8C-M-P2-T-7-54 時物品檢測傳感器SQ0檢測到上料端有料，X2得電，進入機械手臂伸出狀態(tài)S21；機械手伸出Y2得電，機械手前伸到前限位時，進入機械手下降狀態(tài)；機械手下降Y4得電，機械手下降到下限位時，進入機械手抓料延時狀態(tài)；機械手抓緊并延時，延時時間到，進入機械手上升狀態(tài)…………如此，每當該步動作到位，限位條件滿足時，狀態(tài)轉移進入下一工作步，進行動作。，，需要停止時，按下停止按鈕SB1,X0得電，停止標志繼電器M0得電并自鎖，當機械手右旋到有限位時，如果停止標志有信號，則機械手回到初始狀態(tài)，如果停止標志沒有信號，則機械手進行下一周期的搬運工作。，，五、結束語，，本文以三維機械手為例介紹了日本三菱MITSUBISHI公司生產的FX1N系列微型可編程控制器在步進控制中的設計應用。闡述了三維機械手的動作原理，設計要求，程序設計方法等。本文介紹的程序在實際生產和各屆各級電工電子技能大賽中獲得成功的應用。，，，，
