PLC控制的工业机械手设计

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．１０，２０１　４　

基于ＰＬＣ控制的搬运机械手设计　

吕栋腾　

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安７１０３００）　

摘要：传统的搬运机械手采用硬接线控制，系统接线复杂，灵活性有待提高。提出了一种基于ＰＬＣ控制的搬运机械手　

设计方案，并采用ＭＣＧＳ组态监控。以软件编程代替硬件控制完成机械手的运动控制，在一定程度上提高了搬运机械手　

系统的灵活性。　

关键　：搬运　械手；ＰＬＣ；组态监控　

中图分类号：ＴＰ２４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ（２０１　４）１　０—０１　６８—０２　

在现代机械加工领域，机械手广泛应用于中小　

批量生产的自动化生产线上，用于替代人类的繁重　

劳动，实现生产的机械化和自动化。搬运机械手由于　

定位准确、工作稳定、结构灵活多样等特点，可用来　

在不同的工业环境中完成搬运物体的工作。搬运机　

械手的核心是其控制系统，传统的搬运机械手采用　

机电液气联合控制，接线复杂，可靠性不高。本文提　

出了一种基于ＰＬＣ控制的搬运机械手设计方案，并　

采用组态监控，为搬运机械手的运动提供了一个仿　

真的工业环境，通过软件控制代替硬接线控制，以软　

件编程完成搬运机械手运动过程的动作修改和控　

制，在一定程度上提高了搬运机械手系统的灵活性。　

１　搬运机械手控制系统设计　

１．１搬运机械手运动过程分析　

搬运机械手是一个整体的单元，其动作顺序为：　

开始＿＋横臂伸出一竖臂伸出一手指夹紧一竖臂收　

回　横臂收回＿＋摆动右摆　横臂伸出一竖臂伸出＿÷　

手指松开　竖臂收回　横臂收回一摆动左摆一循环　

开始，其运动过程如图１所示。其中搬运机械手左转　

右转到位，横臂的伸出与收回到位，竖臂的伸出与收　

回到位都由相应的接近开关进行检测，已确保动作　

到位。摆动气缸的旋转运动，双活塞气缸的伸出与收　

回动作以及机械手抓得开合都由电磁阀来控制，根　

据通电形式的不同，完成不同的动作。控制系统分为　

PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用研究

摘要：工业机械是一种先进的机械设备，其在现代工业中应用比较广，而且对机械设备自动化生产有着促进作用。本文对基于PLC的工业机械手在自动化生产线中的应用进行了介绍，希望可以帮助工业企业的工作人员更好的掌握机械手控制技术，制定出性价比高、编程简单的应用方案，促进现代化工业企业可以更好的发展。对机械手的控制有软、硬件两种不同的方式，在选择时要结合工程实际情况，这样才能提高工业机械手应用的效率以及质量。

关键词：PLC；工业机械手；自动化；生产线；控制

工业机械手是一种可以模仿人手进行操作的机器，在设定程序后，工业机械手可以完成指定的动作，可以按照一定轨迹代替人手进行工作，其可以完成简单的抓取动作，还可以搬运货物，是一种可以从事焊接、装配等工艺的机械设备。在现代工艺自动化生产线上应用机械手，可以代替人进行重复劳动，而且提高了工作效率，其可以在危险的环境下进行作业，可以有效降低工业生产中安全事件出现的概率，还可以保护工业企业员工的人身安全。基于PLC工业机械手的控制系统，具有造价低、效用高的优点，在不断改进的过程中，还可以提高系统的通用性。

1.工业机械手概述

工业机械手是现代工业机器人的一种，在提高社会生产力水平方面发挥了非常积极的作用。尤其是工业自动化生产线中，机械手更是一个不可或缺的重要设备。例如在机械制造业的生产线上，机械手可以实现自动化的工件装卸与搬运，大大的提高了生产线效率，节省了大量的劳动力成本。近些年，PLC技术逐渐被应用在工业机械手的结构模块设计中，进一步的提高了机械手的自动可控性与可靠性。目前较为常用的几种工业机械手主要有ABB、KUKA、FANUC、MOTOMAN等几种类型的机械手。

2.PLC的概念及其应用

所谓PLC，就是指可编程控制器，其核心是微处理器，主要利用了数字运算技术和计算机编程技术，能够形成一个可以通过设定程序而进行自动化控制的电子系统装置。目前PLC在工业设备上的要应用已经十分广泛。而PLC之所以会有如此广泛的应用，在很大程度上是因为其具备较强的应用优势。即其不但具有很强的抗干扰能力和较高的可靠性，而且其控制系统的结构较为简单，编程设计方便简单，能够在多种机械设备中应用。另外，在后期的运行中，PLC无需进行复杂的维护，只需要简单维护，并根据需要对编程进行改进即可。

基于PLC的搬运机械手控制系统的设计

本文是基于PLC的搬运机械手控制系统的设计。根据搬运机械手控制系统给出了控制流程图、阐述了用FX2N-1PG作上位机控制步进电机按一定角度旋转原理、用PLC作上位机控制伺服电机动作原理。详细描述了基于PLC的搬运机械手控制系统的设计的硬件接线图和设计程序。并进行了试验验证。该设计合理规范并能实现搬运机械手控制系统的控制要求。

标签：S7-300PLC 步进电机 伺服电机 FX2N-1PG模块 细分 定位脉冲

搬运机械手控制系统主要由日本三菱公司的FX2N系列PLC的特殊功能模块FX2N-1PG、步进驱动器、步进电动机和气动控制系统实现运行控制，具有抓取、放松、上升、下降和180°回旋功能，并能沿丝杆导轨做左右水平移动，同时配合伺服驱动器、、伺服电机将成品物料送到指定仓库各站点。

控制系统示意图：

一、用PLC控制搬运系统的设计原理

搬运机械手系统运用日本三菱公司的FX2N系列PLC对机械手进行一系列的控制，最终目的是把物料准确的送入指定仓库。要实现准确定位主要涉及到FX2N-1PG模块的定位功能，步进驱动、步进电机和伺服驱动、伺服电机的动作原理。

1.定位脉冲输出模块FX2N-1PG

FX2N-1PG定位脉冲输出模块，可输出一相脉冲数、频率可变的定位脉冲（最大100KHz，脉冲量32位），通过连接伺服电机或步进电机驱动器能实现独立1轴的简单定位控制。

首先了解PLC与1PG的体系结构关系。FX2N-1PG是独立于PLC主机外的扩充模块，以数据总线连接。模块依据安装位置先后自动设为K0～K7编号地址，所以必须有特殊的PLC数据写入指令，再配合时序及逻辑控制写入FX2N-1PG寄存器内。

2.用PLC作上位机控制步进电机动作设计原理

搬运机械手的定位控制可由PLC、步进驱动和步进电动机实现运行控制。机械手运行过程为：回原点——定位运行——返回停止。在机械手运行进程中，若碰到相应方向的极限开关时，机械手立即停止。

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基于PLC的工业机械手臂控制设计与触摸屏监控

作者：杨政

来源：《科技与创新》2017年第02期

摘 要：主要分析了应用在流水线机械手的运动控制体系，该体系使用三菱的FX系统中的PLC为控制器，给出了具体的控制过程、I/O分配、详解控制面板的硬件接线图，阐述了PLC的控制程序，并采用触摸屏进行了人机界面的控制，方便了相关人员全面认识该系统的工作状态。

关键词：PLC；工业机械；手臂控制；流水线

中图分类号：TK32 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.02.113

机械手主要是为了对人的手臂部分动作进行模仿，根据操作工具、预定程序的吸附与搬运物件自动操作的装置，可以将工人从繁重、重复的劳动中彻底解放，完成生产自动化和机械化。同时，应用机械手可以在恶劣的环境条件中工作，确保人身安全，在各种制造行业中有广泛应用。而PLC具有调试方便、可靠性高、编程简单等优势，在工业领域有着广泛应用。

1 运动过程和控制要求

本次主要在装箱机、流水线与抛光机间设置机械手，这样可以在各种工作的区域间进行转换，具体从图1中可以看出。主要流程为：将工件运到流水线A后，相关机械手可以收到信号，并进行移动和吸附工作，将信号放至抛光机B上抛光，完成抛光后，机械手可以将吸附工件置于流水线C。

1.1 驱动的方式

横梁的方向移动通过电机M1进行驱动，包含3个不同的工位，在SQ6、SQ4与SQ5的位置，其总行程是1 200 mm；通过PLC对KM1、KM2接触器进行电机正反转控制。如果接触器KM1有电，则会使电机M1正转，牵动机械手沿着横轴向右移动。如果KM2有电，则会使电机M1反转，牵动机械手沿着横轴向左移动。

纵梁方向移动方向通过电机M2驱动，两个工位主要在SQ10与SQ7位置，其总行程为1