1 引言

　　簡易機械手在各類全自動和半自動生產線上應用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動，替代人工作業(yè)，實現生產的自動化控制。本設計中的機械手采用上下升降加平面轉動式結構，各動作由plc控制電磁閥驅動氣動執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產線中。圖1為機械手移動物品示意圖。

圖1 機械手移動物品示意圖

2 功能與動作流程設計

　　2.1功能設計

　　圖1中機械手的任務是將傳送帶a上的物品搬運到傳送帶b。為使機械手動作準確，在機械手的極限位置安裝了限位開關sq1、sq2、sq3、sq4、sq5，對機械手分別進行抓緊、左轉、右轉、上升、下降動作的限位，并發(fā)出動作到位的輸入信號。機械手的起、停由sb1（啟動）、sb2（停止）按鈕控制。

　　傳送帶a、b由電動機拖動。傳送帶a上裝有光電開關sp，檢測到物品，傳送帶a停止。傳送帶b連續(xù)運轉，將物品送至后工序，不需要用plc控制。機械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動作由氣動元件（氣缸）執(zhí)行，由六個相應的電磁閥驅動，統(tǒng)一由plc控制。

　　2.2動作流程設計

　　機械手及傳送帶a順序動作的要求是：

　　（1）按下起動按鈕sb1時，機械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關動作；

　　（2）左轉電磁閥通電，手臂左轉，至左轉限位開關動作；

　　（3）下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關動作；

　　（4）啟動傳送帶a運行，由光電開關sp檢測傳送帶a上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關動作；

　　（5）手臂再次上升，至上升限位開關再次動作；

　　（6）右轉電磁閥通電，手臂右轉，至右轉限位開關動作；

　　（7）手臂再次下降，至下降限位開關再次動作；

　　（8）放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經延時2秒后，完成一次搬運任務，然后重復循環(huán)以上過程。

　　（9）按下停止按鈕sb2或斷電時，機械手停止在現行工步上，重新起動時，機械手按停止前的動作繼續(xù)工作。

3 動作時序設計

　　根據對機械手的順序動作要求可作出如下所示的機械手動作流程圖參見圖2。流程設計使用iec61131-3標準順序功能圖sfc語言描述。

圖2 機械手動作流程圖

4 plc硬件設計

　　4.1 plc的選型

　　根據系統(tǒng)的設計要求，選用omron公司生產的cpm1a-20cdr-a小型機。該機體積小，功能強、配有標準通訊接口便于計算機對plc進行監(jiān)控和管理。使用cqm1-pro01手持式編程器可以方便的在生產現場進行維護和監(jiān)控。該機輸入點為12，輸出點為8。

　　4.2 i/o點編號分配

　　根據機械手動作流程圖，可以確定電氣控制系統(tǒng)的i/o點分配，如附表所示。

5 plc軟件設計

　　5.1 編制控制狀態(tài)轉移圖

　　根據流程圖和i/o分配表，可以編制出狀態(tài)轉移圖如圖3所示。

圖3 機械手狀態(tài)轉移程圖

　　5.2 程序設計及程序運行

　　（1）用步進指令編程。根據狀態(tài)轉移圖及動作要領，編制的步進梯形圖程序如圖4所示。

圖4 編制的步進梯形圖程序

　　其中，在狀態(tài)由hr0100轉移至hr0000的條件中，增加了保持繼電器的常閉觸點，其作用是：當機械手工作在某一中間工步時，若plc斷電或停止運行，機械手停止在中間工步上。plc復電或重新投入運行后，由于保持繼電器hr具有狀態(tài)斷電保護的功能，因此在重新起動時，其中有某一個是斷開的，使得hr0000不能置位，機械手只能從停止前被置位的保持繼電器的后續(xù)工步繼續(xù)動作。

　　（2）程序運行調試。按下起動按鈕sb1，輸入點00000為on，則作為自鎖條件的輔助繼電器20000保持為on，分支指令il接通，il與ilc之間的線圈正常工作。開始常閉觸點都為on，保持繼電器hr0000接通，輸出點01003使上升電磁閥得電，手臂上升。當手臂上升到位時，上升限位開關使輸入點00005閉合，保持繼電器hr0001接通，hr0000復位，上升停止，同時，輸出點01001使左轉電磁閥得電，手臂左轉。以后每當一步動作到位，限位條件滿足時，狀態(tài)轉移，進行下一工步動作。當狀態(tài)轉移到hr0008為on時，輸出點01006使放松電磁閥得電，機械手放松，同時定時器tim000計時。當計時2秒到（時間可視具體情況調整），狀態(tài)又轉移到hr0000，程序又重新從第一工步開始循環(huán)。停止時，按下停止按鈕sb2，00001斷開，輔助繼電器20000為off，自鎖指令斷開，全部輸出被禁止，但各保持繼電器的狀態(tài)是斷電保護的，機械手停在現行的工步上。當重新按起動按鈕時，輔助繼電器20000為on，停止前的輸出被恢復，機械手繼續(xù)在停止前某保持繼電器為on的工步動作。

6 結束語

　　本設計提出了一個通用的設計方案，介紹了日本omron公司生產的cpm1a系列小型多功能plc在機械手步進控制中的設計應用。包括說明了機械手的動作原理，設計要求，程序設計方法。在實際具體應用中，還可以很方便的通過標準接口與計算機組成plc工業(yè)局域網，實現網絡通信與網絡實時控制。