引言

　　在工業生產中，專用機床是工件大批量生產的有效工具，數控機床、加工中心等是工件多品種小批量生產的重要裝備。但除切削加工等工藝外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業，有待于進一步實現自動化。若將PLC 控制運用于工業機械手，實現了機床之間高溫、笨重等工件的搬運，使高溫、笨重等工件的搬運過程自動化，則可代替人手做繁重勞動，減輕工人的勞動強度，改善勞動條件。為作業的自動化，提高勞動生產率，保障工人人身安全奠定了基礎。

1 機床工件搬運機械手的概述

　　1.1 機械手性能參數

　　機械手能夠配合機床( 如鍛床、數控機床、組合機床、裝配線等) 進行重量不大于100kg 的圓柱形、板材或其他形狀金屬工件的搬運工作，整體至少有3個自由度( 李允主，1996) 。機械手作業場景: 將已鍛造成型的工件從一個工位搬運至另一工位，工件的運動軌跡無特殊要求，手部的運動軌跡較簡單，即實現簡單的“抓—放”作業。

　　1.2 機械手運動形式

　　機械手運動形式: 小臂伸縮，大臂擺轉，大臂升降，手部夾持。其坐標形式為圓柱坐標，如圖1主視圖和圖2俯視圖所示。機械臂是水平或垂直的懸臂梁，當夾持較重物體，伸出較長時，臂部所受彎矩很大，機械臂應具有較高的抗彎強度; 當夾持物體轉動時，機械臂本體加上工件一起，對回轉軸線的轉動慣量較大，因此，機械臂的重量應較輕; 驅動裝置應選方便安裝，易拆卸。機械臂抓重較重，轉動時轉動慣量較大，所需力和力矩較大，故用液壓驅動，選用液壓缸或液壓馬達為執行元件。

圖1 機械手主視圖

圖2 機械手俯視圖

2 液壓驅動系統

　　2.1 液壓回路的設計

　　機械手動作順序: 從原位開始—右轉—升降臂下降—伸縮臂伸出—夾持器夾緊—升降臂上升—左轉—升降臂下降—夾持器松開—伸縮臂縮回—升降臂上升，到原位。若為單循環模式下運行，則原位等待，若為連續循環模式，則進入下一個周期。上述動作均由行程開關或壓力繼電器發訊號控制相應的電磁換向閥，按程序依次順序動作而實現。擬定的液壓系統圖如圖3。

圖3 液壓系統控制圖

　　2.2 液壓系統分析

　　1) 夾持器采用單出桿雙作用缸，保證運動過程中夾緊工件，當夾持器夾緊工件后，由液控單向閥組成的鎖緊回路可在意外失電的情況下，保持對工件的夾緊;

　　2) 小臂回轉采用擺動液壓缸，正反方向均采用單向調速閥調速。由于回轉部分的重量大，懸臂較長，轉動慣量大，手臂回轉時具有很大的動能。因此，采用調速閥回油節流調速，有緩沖作用;

　　3) 手臂伸縮采用單出桿雙作用缸，手臂伸出時，由單向調速閥進行回油節流調速，回油路調速閥的設置可以完成緩沖作用;

　　4) 手臂升降運動采用單出桿雙作用缸，上升和下降均由單向調速閥回油節流調速。因為升降缸為立式，在其液壓缸下腔油路中安裝單向順序閥，避免因整個手臂的自重而下降，起平衡作用。

3 PLC 電氣控制系統設計

　　3.1 PLC 的選型

　　3.1.1 I /O 點數的估算

　　機械手采用行程開關進行位置檢測，根據圖3所示，PLC 需要對電磁閥進行控制，當到達行程之后，使某一電磁鐵得電或失電，使液壓缸換向。輸入輸出點如表1 。

　　3.1. 2 PLC 機型選擇

　　由上表1 知: 輸入20 點，輸出9 點，總點數為29。留出20 %的余量: 總點數為29+6=35點。故選擇40 點的CPM2A-40CDR-A繼電器觸點輸出型的CPU 單元，有24點輸入，16點輸出。程序容量: 8×35=280字(普通系統K=8) 。根據所選歐姆龍的CPM1A-40CDR-A系列的內部元件及輸入輸出的相關元件、設備，編制出PLC接線圖，如圖4所示。

圖4PLC 接線圖

　　3.2 程序設計

　　程序功能: 泵單按鈕起動，泵起動后，機械手才能有動作; 操作分為手動模式和自動模式，自動模式又分為單周期運行和連續自動運行，手動采用點動方式，機械手在等待狀態流程圖如圖5 所示。

圖5 狀態流程圖

　　3.3 助記符程序:

　　LD 00108 泵起?！　IFU( 13) 2000　　LD2000　　LD2000　　AND 01100　　KEEP( 11) 01100 泵單按鈕起?？刂啤　D NOT 00201　　AND NOT 00202　　AND NOT 00203　　AND NOT 00204　　AND NOT 00205　　AND NOT 00206　　AND NOT 00207　　AND NOT 00208　　AND NOT 00209　　AND NOT 00210　　AND 01100　　OUT 00200 手動等待/自動切換( 按下起動按鈕00008 為ON 后，自動進入自動模式)　　LD 00210　　AND 00009　　AND 00003　　LD 00200　　AND 00008　　OR LD　　OR 00201　　AND NOT 00202　　AND NOT 00007　　OUT 00201 工步1　　LD 00201　　OR 00202　　AND 00000　　AND NOT 00203　　AND NOT 00007　　OUT 00202 工步2　　LD 00202　　OR 00203　　AND 00004　　AND NOT 00204　　AND NOT 00007　　OUT 00203 工步3　　LD 00203　　AND 00104　　OR 00204　　AND NOT 00205　　AND NOT 00007　　OUT 00204 工步4( 部分)

4 小結

　　可編程控制器作為新一代的工業控制裝置，具有開發柔性好，接線簡單，安裝方便，抗干擾性強等眾多優點。將PLC 控制運用于工業機械手，實現機床之間，高溫、笨重工件的搬運，使工件生產自動化，則可代替人手做繁重勞動，減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，為作業的自動化，提高勞動生產率，保障工人人身安全奠定了基礎，同時兼具有使用靈活、調試方便，減少了維修工作量，提高了搬運效率，具有整體技術經濟效益。