機(jī)械手模型的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉斌 劉春茂 尹社會(huì)

【摘要】 機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

【關(guān)鍵詞】 機(jī)械手 自動(dòng)控制 PLC技術(shù)

Manipulator model of PLC control system design

LIU Bin LIU Chun-mao YIN She-hui （Henan Polytechnic Institute， Nanyang Henan 473000）

Abstract： The manipulator can imitate the manpower and the arm certain movement functions， with by presses the fixed routine to capture， the transporting thing ‘or operation tool automatic operation installment. It may replace humans strenuous labor by to realize the production mechanization and the automation， can operate under the harmful environment by protects the personal safety. Thus widely applies in department and so on machine manufacture， metallurgy， electron， light industry and atomic energy.

Key words： Manipulator；servo control ；PLC technology

一、機(jī)械手概述

機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可重新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。

二、機(jī)械手的發(fā)展史

機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing system）和柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell）中重要一環(huán)。

三、工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳送到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。

PLC控制機(jī)械手可按使用要求選購(gòu)相應(yīng)的產(chǎn)品完成復(fù)雜的邏輯控制，邏輯控制為主，也可以組成模擬量控制系統(tǒng)，軟硬件開(kāi)發(fā)工作量較少，輸出帶負(fù)載能力和抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，成本較為高。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具備完善的控制功能，軟件豐富，執(zhí)行速度快，軟件開(kāi)發(fā)工作量較多，硬件開(kāi)發(fā)工作量較少，執(zhí)行速度較慢，環(huán)境適應(yīng)力一半，可靠性好，成本較為高。

結(jié)語(yǔ)：PLC機(jī)械手已在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中扮演著一個(gè)重要的角色。隨著機(jī)械手應(yīng)用的普及，機(jī)械手向著專用化，機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展，機(jī)械手的動(dòng)作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展，PLC應(yīng)用技術(shù)為現(xiàn)代機(jī)械控制發(fā)揮了極大的作用，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。在PLC控制的過(guò)程中，還有許多的問(wèn)題需要解決，PLC在機(jī)械手開(kāi)發(fā)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張建民.工業(yè)機(jī)械人[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1992

[2] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[3] 朱春波.PLC控制的氣動(dòng)上下料機(jī)械手[J].液壓氣動(dòng)與密封，1999，21-24.