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PLC在机械手控制系统中研究及应用摘要：机械手是一种模仿人的手部动作的一种自动化装置，它通过预先设定的程序、轨迹等对人类无法直接手动操控（如重量过大、工作环境恶劣等）的操作对象进行操控。本文介绍了一种基于PLC的搬运机械手控制系统，并阐述了其机械构造和控制系统的组成。 关键词：PLC 机械手 自动控制 1、系统构成 机械手主要由执行机构、驱动机构以及控制系统组成。执行机构由机械手的手部以及手臂组成，目前大多机械手的运动都是靠各关节之间的运动来完成的，而大多机械手的关节采用的都是转动机构或移动机构。通过在机械手的手臂的内孔里安装相应的转动轴，使其手臂在关节处通过驱动机构进行旋转，并把转动结果传递给手腕，即可实现机械手臂的转动和手腕的伸屈动作；通过移动机构来实现机械手臂的升降动作。通常情况下，机械手的手臂都拥有三个自由度，这样才能使得手臂完成完整的定位工作。驱动方式主要有电机驱动、液压驱动以及气动驱动三种方式，具体可分为直线/摆动油缸驱动、电液脉冲电机驱动、交/直流伺服电机等等。本文所讨论的机械手所采用的驱动方式是气动驱动，通过气源、气动三联件、电磁阀、节流阀以及各种气缸等气动组件对机械手的运动进行驱动。 机械手的控制系统有基于各种单片机、基于PLC的控制系统等等。PLC控制系统的硬件主要有CPU、信号处理模块、功能模块、接口模块、电源模块、通信模块、编程模块等组成。PLC控制具有实时性、高可靠性、系统配置简单灵活、I/O卡件丰富、性价比高等特点，为机械手的高可靠性实时控制提供了条件基础。 2、机械手的机械系统 机械手由夹钳、升降气缸、安装工作位、加工站取料位、支架、左右气缸、分类站分类位组成。其主要工作是把加工站中已经加工好的工件1移动至安装工作位中，完成后发出安装请求，等待安装站把工件2安装到工件1中后再把组装好的产品移动至分类站分类位中。机械手所需要实现的动作主要有以下几个：（1）抓取工件的工作主要由夹钳完成。手臂通过左右气缸的配合由原位开始向加工站取料位转动，当夹钳位于加工站取料位上方时停止转动并对取料位进行检测，若有工件，则通过升降气缸的运动使夹钳向工件运动，最后抓取工件；（2）当夹钳抓取工件的工作完成后，通过升降气缸的运动带动手臂上升到指定的高度，再由左右气缸的运动使手臂开始旋转。当旋转到安装工作位时放下工件并上升至指定高度，发出安装请求信号，待安装完成后再次抓取工件，并向分类站分类位转动，最终放下组装好的工件；（3）待以上工作全部完成后，手臂退回至初始位置，等待进行下一轮工作。 3、机械手的控制系统 3.1 控制系统硬件布置 该搬运机械手控制系统的检测与执行的电气元件的布置示意图如图1。 左缸电磁阀1V、右缸电磁阀2V、升降电磁阀3V、夹紧电磁阀4V分别控制着左气缸、右气缸、升降气缸以及钳爪气缸的运动。当1V2、2V2得电后，左右气缸伸出，此时机械手臂向加工站工作位上方转动；当1V2、2V1得电后，左气缸伸出，右气缸缩回，机械手臂向安装站工作位上方转动；当1V1、2V1得电后，左右气缸缩回，机械手臂向分类站分类位上方转动；当4V1得电后，夹钳进行工件夹紧操作，断电后进行工件放松操作。依据图，PLC控制系统共有12个开关量输入信号（3个起停控制信号、6个位置检测信号；3个联络信号）和8个开关量输出信号（4个电磁阀控制信号、4个联络信号）。该控制系统的输入输出信号的I/O地址分配如表所示。 3.2 PLC控制程序 该PLC控制系统具有单站控制、联络控制、停止控制三种控制功能。M0、M1分别记忆联络、单站起动信号，两者互斥。SB3为停止按钮，按下时M0、M1均断开。PLC控制系统通电后，机械手首先进行复位动作（4V断电、3V断电、1V2得电、2V2得电），回到取料位上方，当3S2、1S2、2S2都处于接通状态时表示复位动作完成，机械手处于等待状态S20。单站控制方式中，机械手在经过一定延时后直接进入S21，而联络控制方式则在接收到3C4信号后进入S21.此后，机械手即开始对工件的正式搬运工作。单站与联络控制方式的不同之处就在于单站控制方式是按时间延迟来进行控制的，而联络控制方式则在相应的指令信号到来时才对机械手进行相应的控制。 4、结语 基于PLC控制的机械手在工业生产中能很好地实现工件的搬运工作，我们在实际的研究和应用中，我们要多加强PLC在机械手控制中的分析和研究，切实改善其可靠性，提高了生产效率。 参考文献 [1]张铁轶，何国金，黄振峰.基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现[J].液压与气动，2008（9）. [2]程周.电气控制与PLC原理及应用[M].电子工业出版社，2003. 1