主頁 > 新聞動態 > 氣動機械手（shǒu）結構功（gōng）能介紹（shào）及PLC控製係統的設計原理 2021-12-14

氣動機械手結構功能介（jiè）紹及PLC控製係（xì）統的設計原理

機械手廣泛用於機械製造、冶金、電子（zǐ）和輕工等部門，其執行機構一般由液壓、氣動或電機來完成，由於（yú）氣壓技術以壓縮空氣（qì）為介質，結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能，工作壽（shòu）命長，特別是對環境沒有汙染（rǎn）、易於控製和維護，因此（cǐ）機械（xiè）手的驅（qū）動係統常采用氣（qì）動技術。
一、氣動（dòng）機械（xiè）手（shǒu）PLC控製係統結構和功能介紹
機械手的終端是一個氣動（dòng）夾（jiá）爪，可以實（shí）現抓和放（fàng）的動作，由一個雙作用氣缸和一個雙電控（kòng）電磁閥來完成控製;氣動夾爪（zhǎo）安裝在一個（gè）垂直方（fāng）向的雙作用氣缸（gāng）上，能實現上（shàng）升和下（xià）降動作（zuò），方向的控製由一個單電控的電磁閥來完（wán）成;垂直方（fāng）向的氣（qì）缸又安裝在一個水平方向的伸縮氣缸上，能實現伸出和縮回動（dòng）作，水平雙（shuāng）作用氣缸由一個雙電控的電磁閥完成;水平氣缸再安裝在一（yī）個雙作用旋轉氣缸上，能實現左旋和（hé）右旋（xuán）動作，我們希望它能停在活動範圍的任意位置，因此（cǐ）選擇了一個雙電控的三位五通閥來控製。因此機械手的動作由4個（gè）電（diàn）磁閥共（gòng）7個控製點（diǎn）來實現其旋轉、伸縮、上下和抓放的動作，其氣動係統原（yuán）理圖。

另外，氣動機械（xiè）手的感知部分（fèn）采用（yòng）了（le）這樣一些信號開關：左（zuǒ）右極限點各用1個電感式傳感器，伸縮的前後極限點各采用了1個標準型的（de）磁電開關，上下極限點也各采用磁電開關。這（zhè）樣（yàng）這個機械手係統上（shàng）就有了6個（gè）信號采集輸入點（diǎn）。最後機械手再配上2個按（àn）鈕，分別用於啟動和停（tíng）止。
二、氣動機械手PLC控製係統的設計
1.總體（tǐ）設計
PLC的運行是借（jiè）助相關算法來實現物理量的輸入與輸出，以便獲得工業生產（chǎn）所需數（shù）據信息，整個工作過程包括輸入處理、執行程（chéng）序和輸出處理3個階段，即一個掃描周期，掃描周期所需時間長短某種程度上決定了控製速度。
PLC開始運行之後，首先以掃描方式有（yǒu）序（xù）讀取全部輸入輸出數據，並將讀取到的內容存儲到I/O對應的內部寄存器，在用（yòng）戶執（zhí）行程序（xù）時，這（zhè）些（xiē）輸入點在內部寄存器內的狀態（tài）和數據一般是（shì）穩定的，而其他輸出點則可能出現相應變化，當完成掃描（miáo）工序後，PLC開始進行輸（shū）出處理，此時CPU會根據內部（bù）寄存器內對應的狀態和數據（jù）刷新，並更新到與內部寄存器（qì）對應的I/O口上，再經輸出電路驅動（dòng）相應的（de）外設。PLC控製係統總體設計方案。
如（rú）圖3 所示，整個控製係統由觸摸屏、PLC、電磁（cí）閥、磁性開關、壓力變送器、指示燈（dēng）、報警器（qì）等元（yuán）器件組成。PLC控製係統設計中，采用主站加從站的分布式控製模式，其功能分（fèn）別（bié）是實現從站之間的數據（jù）通信，以及對各自控（kòng）製單元的（de）控製。在（zài）係統實現過程（chéng）中，監控中（zhōng）心設置上位機（jī），在上位機上基於WinCC 開（kāi）發了對控製係統進行實時（shí）監（jiān）控的監控係統，不同的從站點分別設置相應的觸摸屏，以（yǐ）達到實（shí）時監控與顯示控製單元控製狀態的目的，機械手單元的控製係統選擇的（de）是從站PLC + 觸（chù）摸屏的模式，前者可實現係統控製邏輯關係，後者則是方便
人機交互。

PLC控製方案

2.I/O端口的（de）分配
根據機械手的（de）工作狀態和（hé）操作信息共需要11個輸入量、8 個輸出量，根據控製要求及端子數，本文選用西（xī）門子S7 － 200 係列的CPU226 AC /DC /RLY 型PLC，CPU226 AC /DC /RLY 具（jù）有24 點輸入、16 點輸（shū）出，I /O 點數共計40 點，它可以有（yǒu）7 個擴展模塊，zui大可擴展248 點的輸入/輸出。X0～X7 分別代表（biǎo）手動、回原點、單步、運行、單周期、連續、啟動（dòng）、停（tíng）止等8 個（gè）按（àn）鈕; X20 ～ X27 分別代表左轉（zhuǎn）、右轉、伸出、縮回、提升、下降、夾緊、鬆開等8 個按鈕; Y1 ～ Y7 分別代表左轉、右（yòu）轉、伸出、縮（suō）回、提升（shēng）、下降、夾緊、鬆開等8 個輸出功能。
3.控（kòng）製（zhì）程序設計
控（kòng）製程序（xù）作為PLC 控製的（de）核心，其程序設計的關鍵將直接決（jué）定係統運行的好壞。本文采用模塊（kuài）化設計思想（xiǎng），即“化整為（wéi）零”的方法，將機械手整個的控製程序分為公用程序、手動程序和自動程序3 大段，機械手運行時首先會執行公用程序，然後當（dāng）選擇手動工作方式(手動或單（dān）步)時，X0 或X2 會接通並跳至手動程序; 當選擇自動工作方式( 單周期（qī）或連續) 時，X0 或X2 斷開，而X3 或X4 會接通並跳至自動程序。
4.PLC 通訊實現
通訊是控製係統的重要組成部分。本文對通訊係統的設計采用S7 － 200，同時通訊驅動程序選擇“STIMATIC S7－ 200”。對係統的通訊來（lái）講，其中觸摸屏和PLC 的（de）通訊（xùn）通常包括MPI、DP 和以太網三種（zhǒng）方式實現，而觸摸屏接口可選擇IFBI 接口和以太網接口，其中MPI、DP 通訊均通（tōng）過IFBI 接口，而以太網通訊則通過（guò）以太網接口。本文（wén）結合上述的特點，選擇（zé）IFBI 通訊接口，再選擇（zé）MPI 通訊方式，PC 機、觸摸屏、PLC 與zui高站的地址（zhǐ）分別設置為0，1，2，3，PLC 的插槽與機架要和PLC 的硬件安（ān）裝相對應。
三、氣動機械（xiè）手的基本形式
1.直（zhí）角（jiǎo）坐標式機械手
注塑形直角坐標式機械手是目前（qián）較為（wéi）有代表性的機械手之一。其以空間直角坐標係OXYZ為設計基礎，能（néng）夠使機械手按（àn）一定順序沿著空間直角坐標係的三個軸進（jìn）行往返（fǎn）運動，使得機（jī）械（xiè）手獲得六（liù）個自動度的運行，往往應用（yòng）於工作（zuò）目標排列整齊，且工作位置排列成行的（de）工作當中。部分工業製造企業也將直角坐標（biāo）式機械手安置於傳送帶上，使（shǐ）兩（liǎng）者相互配合使用。
直角坐標式機械手應用範圍較廣，且其本身便具（jù）備一定的優勢，如CF75—10—c—p—fo型機械手。直角坐標式機械手（shǒu）具（jù）有以下（xià）特點：其一，生產量較高（gāo）且頻（pín）率較快，可以達（dá）到企（qǐ）業對機
械手速度方麵的要求。其二（èr），與生產流水線中的傳送帶配合較為默契，也能與加工裝配機械進（jìn）行配合。其三，能夠完成工序繁瑣的工作，如裝箱，使用人員也能夠輕（qīng）易的變更定位。其四，定位精度較高，使用人員（yuán）輸入坐標之後，機械手便會自（zì）動工作，且定位精度不受物品載（zǎi）重的變化而發生改（gǎi）變。但直角（jiǎo）坐（zuò）標（biāo）式機械手也存（cún）在（zài）一定缺點，即其作（zuò）業範圍較小，隻能完成固定區域內的工作。
2.圓柱坐標式機械手
物料分揀機械手是立體倉庫物料傳（chuán）送係統的重要組（zǔ）成部分，而大部分（fèn）企業都選用圓柱坐標式機械手作為物料分揀機械手。圓（yuán）柱坐標式機械手能夠使氣（qì）缸進行水（shuǐ）平（píng）伸（shēn）縮，同時也可以令氣缸進行上下垂直運動，同時要求機械手能夠左右旋轉，並抓緊（jǐn）目標物料。企業往往使用圓柱坐標式機械手進行測量與搬運（yùn）工作。
圓柱坐標式機械手具備許多優點：結構較為簡易、占地麵積小，工（gōng）作範圍廣等。若設計人員將活動套筒安裝於垂直導柱之上，機械手還可以（yǐ）實現在上下垂與水平麵運動過程中，完成帶有弧度的左右擺動的（de）動作。
3.球坐標式機械手
以車橋附（fù）件焊接係統機器人，其不僅能夠沿一個方向做直線運（yùn）動，還可以以兩個坐標軸為圓周進行旋（xuán）轉。球坐標式機械手擁有的（de）自由度較大（dà），在工業製造中的應用也較為頻繁。球（qiú）坐標式機（jī）械手能夠完成如下動作：旋轉、伸縮（suō）、彎曲、擺動等，對工業製造的發展具有積極意義。球坐標式的基本構造是將機械手安裝於樞（shū）軸之上，之後將樞軸安裝於叉形夾之上，以便機械手能夠於垂直平麵之內實現圓弧狀（zhuàng）上下運動，工作範圍與工作效果幾乎與人類相同。球坐標式（shì）機械手工作範圍廣、工作效率高，對我國工業製造企業的發展具有積（jī）極意（yì）義（yì）。
四、結束語
機械手的相關原理和PLC 開發技術，設計了基於PLC 的機械手控製係統，並從機械手結構、啟動（dòng）控製回路、PLC 控製設計等方麵對（duì）係（xì）統進行了詳細的設計，從而實（shí）現了手動/自動的多角度機械手運動控製（zhì），提高機械（xiè）手控製精（jīng）度，增（zēng）強係統（tǒng）的實用性。

氣動機械手結構功能介（jiè）紹及PLC控製係（xì）統的設計原理

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