PLC的氣動(dòng)機械手控制系統設計

如今，氣動(dòng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)當中的應用愈發(fā)廣泛，基于氣動(dòng)技術(shù)設計而成的機械手設備，由于其本身具有成本低、性能高等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)較為常用的工具，也逐漸受到各個(gè)企業(yè)的重視。相比基于其他控制方式設計而成的機械手而言，氣動(dòng)機械手設備具有成本低、結構簡(jiǎn)易、環(huán)保以及抗干擾力強等優(yōu)勢。PLC技術(shù)的加入，使得氣動(dòng)機械手的優(yōu)勢更為明顯，且氣動(dòng)機械手的使用與控制方式變得更為靈活與方便，促進(jìn)了氣動(dòng)機械手的發(fā)展。
1、機械手技術(shù)簡(jiǎn)介
機械手是設計人員將真人手部能完成的動(dòng)作為模仿對象設計而成的機械設備。機械手能夠依照使用者編入的程序或下達的指令，沿固定的軌跡完成自動(dòng)抓、取以及搬運等動(dòng)作，為使用人員提供便利。
如今機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用也促進(jìn)了機械手發(fā)展，機械手的智能化水平得到大幅提升。目前，我國大部分工業(yè)生產(chǎn)中所使用的機械手，其大部分都擁有自動(dòng)化裝置，尤其將機—電—液—氣相結合的自動(dòng)化裝置更容易受到工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的喜愛(ài)。如今，機械手技術(shù)的應用范圍不斷擴大，已經(jīng)開(kāi)始向非制造業(yè)延伸，如采礦機器人、建筑機器人，越來(lái)越多的高科技技術(shù)開(kāi)始添加至機械手之上，使機械手的更加完善，對人類(lèi)發(fā)展具有積極意義。
2、機械手的基本形式
2.1 直角坐標式機械手
注塑形直角坐標式機械手是目前較為有代表性的機械手之一。其以空間直角坐標系OXYZ為設計基礎，能夠使機械手按一定順序沿著(zhù)空間直角坐標系的三個(gè)軸進(jìn)行往返運動(dòng)，使得機械手獲得六個(gè)自動(dòng)度的運行，往往應用于工作目標排列整齊，且工作位置排列成行的工作當中。部分工業(yè)制造企業(yè)也將直角坐標式機械手安置于傳送帶上，使兩者相互配合使用。
直角坐標式機械手應用范圍較廣，且其本身便具備一定的優(yōu)勢，如CF75—10—c—p—fo型機械手。直角坐標式機械手具有以下特點(diǎn)：其一，生產(chǎn)量較高且頻率較快，可以達到企業(yè)對機
械手速度方面的要求。其二，與生產(chǎn)流水線(xiàn)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，使用人員也能夠輕易的變更定位。其四，定位精度較高，使用人員輸入坐標之后，機械手便會(huì )自動(dòng)工作，且定位精度不受物品載重的變化而發(fā)生改變。但直角坐標式機械手也存在一定缺點(diǎn)，即其作業(yè)范圍較小，只能完成固定區域內的工作。
2.2 圓柱坐標式機械手
物料分揀機械手是立體倉庫物料傳送系統的重要組成部分，而大部分企業(yè)都選用圓柱坐標式機械手作為物料分揀機械手。圓柱坐標式機械手能夠使氣缸進(jìn)行水平伸縮，同時(shí)也可以令氣缸進(jìn)行上下垂直運動(dòng)，同時(shí)要求機械手能夠左右旋轉，并抓緊目標物料。企業(yè)往往使用圓柱坐標式機械手進(jìn)行測量與搬運工作。
圓柱坐標式機械手具備許多優(yōu)點(diǎn)：結構較為簡(jiǎn)易、占地面積小，工作范圍廣等。若設計人員將活動(dòng)套筒安裝于垂直導柱之上，機械手還可以實(shí)現在上下垂與水平面運動(dòng)過(guò)程中，完成帶有弧度的左右擺動(dòng)的動(dòng)作。
2.3 球坐標式機械手
以車(chē)橋附件焊接系統機器人，其不僅能夠沿一個(gè)方向做直線(xiàn)運動(dòng)，還可以以?xún)蓚€(gè)坐標軸為圓周進(jìn)行旋轉。球坐標式機械手擁有的自由度較大，在工業(yè)制造中的應用也較為頻繁。球坐標式機械手能夠完成如下動(dòng)作：旋轉、伸縮、彎曲、擺動(dòng)等，對工業(yè)制造的發(fā)展具有積極意義。球坐標式的基本構造是將機械手安裝于樞軸之上，之后將樞軸安裝于叉形夾之上，以便機械手能夠于垂直平面之內實(shí)現圓弧狀上下運動(dòng)，工作范圍與工作效果幾乎與人類(lèi)相同。球坐標式機械手工作范圍廣、工作效率高，對我國工業(yè)制造企業(yè)的發(fā)展具有積極意義。
3、PLC控制系統設計方法
3.1 PLC程序設計算法分析
任何能夠解決問(wèn)題的方案都有對應算法，算法是解決問(wèn)題時(shí)思路的反映。通常有以下兩種算法：
*，分治法。設計人員可以使用分治法以達到各功能模塊實(shí)現的目的。設計人員在實(shí)施小功能模塊區分作業(yè)時(shí)，應以氣動(dòng)機械手的實(shí)際工作順序作為參照。自機械手初始狀態(tài)起，依照具體的施工過(guò)程設計機械手具體的工作流程，其他模塊中機械手所執行的動(dòng)作，設計人員可使用步進(jìn)指令將其轉化為梯形式程序圖，以便達到全面控制的目的。
第二，貪婪法。貪婪法的整體思路是設計人員zui大程度的將與控制條件相符的全部狀況納入設計顧慮范圍之內，并在所有情況中挑選一個(gè)利于解決問(wèn)題的辦法。設計人員在設計過(guò)程中會(huì )發(fā)現，與設計需求相符的算法多種多樣，設計人員可使用SET、RST指令完成控制功能的設計。
3.2 氣動(dòng)機械手控制系統的軟件設計
順序功能圖，也可稱(chēng)其為SFC圖，其設計是氣動(dòng)機械手控制系統軟件設計的重要步驟之一。通常情況下，機械手必須依照固定的順序完成動(dòng)作，才能夠保證工業(yè)制造工作順利完成，此時(shí)便需要設計人員設計順序功能圖。順序功能圖能夠保證機械手可以按照預定順序逐步完成動(dòng)作，從而達成任務(wù)目標。該方法較為簡(jiǎn)易，易于初學(xué)人員掌握，同時(shí)對加快機械手的設計進(jìn)度具有積極意義，頻繁在控制系統設計過(guò)程中使用。順序功能圖中含有共用以及的編程元件，設計順序功能圖已然是我國目前設計PLC程序的主要方式。設任務(wù)要求為：設定機械手右上方、縮回位置作為原點(diǎn)位置，機械手必須完成如下動(dòng)作：*，擺動(dòng)缸往左側擺動(dòng)，水平氣缸向外探出，之后垂直氣缸向外探出，引導機械手抓牢目標。第二，水平氣缸向內縮回，之后垂直氣缸向內縮回，同時(shí)擺動(dòng)缸往右側擺動(dòng)，松開(kāi)目標。第三，重復上兩步動(dòng)作。
設計人員在設計過(guò)程中，還需注意機械手在施工過(guò)程中容易出現以下?tīng)顩r：如啟動(dòng)設備出現問(wèn)題，或是企業(yè)發(fā)生停電現象。此時(shí)施工人員便需使用手動(dòng)方式實(shí)施作業(yè)。因此，設計人員需在機械手設計當中設計機械手手動(dòng)控制方式。當施工人員選擇使用手動(dòng)方式操作機械手時(shí)，需閉合與X22相應的開(kāi)關(guān)，執行水平探出動(dòng)作，傳感器開(kāi)始進(jìn)行檢測。當機械手*進(jìn)入手動(dòng)操作模式之后，會(huì )向施工人員發(fā)出提示信號。此時(shí)，X1顯示為ON，不會(huì )探出。其他機械手的工作順序與上述基本相同，機械手需完成水平收縮、垂直探出等一系列動(dòng)作。
設計人員還需編制氣動(dòng)機械手總體SFC圖。X11、12、13、14、15、16等開(kāi)關(guān)中只能存在一個(gè)開(kāi)關(guān)為ON狀態(tài)，不得同時(shí)存在多個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟的現象。設計人員需在系統中安裝轉換用開(kāi)關(guān)，確保機械手不會(huì )存在多種控制方式并存的現象，以免機械手出現故障，甚至影響周?chē)ぷ魅藛T的安全。設計人員可將X10作為用以自由切換自動(dòng)與手動(dòng)的開(kāi)關(guān)，當X10處于ON狀態(tài)，則機械手為手動(dòng)操作模式，反之則為自動(dòng)操作模式。氣動(dòng)機械手系統當中的PLC程序總體SFC機構。
PLC控制系統梯形圖程序也是氣動(dòng)機械設計的重要環(huán)節之一。梯形圖的的基本設計方法如下：當用以選擇的開(kāi)關(guān)X10不等于1時(shí)，機械手變換為手動(dòng)操作模式，反之，則機械手變換為自動(dòng)操作模式。模式之間的變化，設計人員可以通過(guò)控制質(zhì)量CJ完成，實(shí)現程序結構圖的建立。梯形圖存在多種編寫(xiě)形式，設計人員可利用“啟動(dòng)—保持—停止”的方式進(jìn)行設計。即當機械手按照預定條件啟動(dòng)，之后自動(dòng)鎖定進(jìn)行動(dòng)作保持，當機械手進(jìn)入下一狀態(tài)，便會(huì )及時(shí)斷開(kāi)與上一個(gè)狀態(tài)的連接，設計人員也能使用SET、RST完成PLC控制系統梯形圖的設計。
如今，工業(yè)生產(chǎn)設備逐漸向自動(dòng)化發(fā)展，氣動(dòng)機械手發(fā)展對我國工業(yè)制造具有積極意義。我國應推廣機械手在工業(yè)制造中的應用，以便提高我國工業(yè)制造的精度，也減少其中的危險，促進(jìn)我國工業(yè)制造行業(yè)的發(fā)展。