CN107775642A - 一种基于plc的四自由度机械手控制系统 - Google Patents

一种基于plc的四自由度机械手控制系统 Download PDF

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Abstract

一种基于PLC的四自由度机械手控制系统，由四个气缸、三个真空吸盘、限位磁性接近开关、5个两位五通电磁气阀和1个两位两通电磁气阀组成的阀岛、控制面板、接线端子、PLC，按钮开关及指示灯等相关电气元件组成。该控制系统基于PLC控制的气动机械手比继电器控制接线更少，使用故障率低，需要改变动作路线时，只需修改相应的子程序，更具柔性，且控制简单。

Description

一种基于PLC的四自由度机械手控制系统
所属技术领域
本发明涉及一种基于PLC的四自由度机械手控制系统，适用于机械领域。
背景技术
机械手是一种模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓(吸)取、搬运工件或工具进行操作的自动化装置。气动机械手采用PLC控制电路及气压回路驱动气缸实现要求的运动轨迹，在结构上，与其他类型的机械手相比，气动机械手具有结构简单，控制容易实现，其气动部件已系列化和组立化，便于设计与实现，且维护方便。由于气动机械手这些特点，气动机械手在生产过程自动化中的应用已日益广泛。
发明内容
本发明提出了一种基于PLC的四自由度机械手控制系统，基于PLC控制的气动机械手比继电器控制接线更少，使用故障率低，需要改变动作路线时，只需修改相应的子程序，更具柔性，且控制简单。
本发明所采用的技术方案是。
所述气动机械手硬件系统由四个气缸、三个真空吸盘、限位磁性接近开关、5个两位五通电磁气阀和1个两位两通电磁气阀组成的阀岛、控制面板、接线端子、PLC，按钮开关及指示灯等相关电气元件组成。当按钮开关或磁性接近开关发出信号传递到PLC输人端子，经过PLC程序处理，PLC发出动作控制信号驱动相应主控阀电磁线圈的通断，控制压缩空气的运动方向，使气缸产生对应的动作。
所述气机械手的控制及动作路线由PLC的程序来实现，根据前述要求，该程序框架采用调用子程序方法，在主程序中实现机械手工作状态的选择，子程序实现机械手的复位和动作路线的实现，这种程序框架逻辑清晰，便于阅读与修改扩展。
所述机械手动作子程序是控制程序的核心部分，针对气缸顺序控制要求，采用顺序功能图(Sequential Function Chart，SFC)的设计方法，运用FX2n系列PLC中的STL指令来实现。假设机械手要实现将光盘从初始位置1搬至位置6，开始时机械手处于初始位置。
所述控制系统的程序中没有使用升降气缸的伸出限位开关来反馈位置信号，而是以PLC的软时间继电器设置合适的延迟时间来代替，当光盘被搬空时，升降气缸伸出限位开关被触动时，机械手就自动复位，回初始位置。
本发明的有益效果是：该控制系统基于PLC控制的气动机械手比继电器控制接线更少，使用故障率低，需要改变动作路线时，只需修改相应的子程序，更具柔性，且控制简单。
附图说明
图1是本发明的机械手气动回路原理图。
图2是本发明的PLC电气接线图。
图3是本发明的PLC主程序框架图。
图4是本发明的气动机械手动作顺序图。
图5是本发明的机械手顺序功能图。
图中：1.滑台汽缸；2.旋转气缸；3.悬臂气缸；4.升降气缸；5.真空发生器；6.消声器；7.过滤器；8.真空吸盘；9.空压机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，气动机械手硬件系统由四个气缸、三个真空吸盘、限位磁性接近开关、5个两位五通电磁气阀和1个两位两通电磁气阀组成的阀岛、控制面板、接线端子、PLC，按钮开关及指示灯等相关电气元件组成。当按钮开关或磁性接近开关发出信号传递到PLC输人端子，经过PLC程序处理，PLC发出动作控制信号驱动相应主控阀电磁线圈的通断，控制压缩空气的运动方向，使气缸产生对应的动作。
要实现前述控制任务要求，其控制部分包括气动回路与PLC控制部分。气源产生压缩空气，经三联件处理后，经两位五通阀和单向节流阀分别进人滑台气缸、回转气缸、悬臂气缸、升降气缸。两位五通阀电磁线圈的通断决定了气缸的动作，比如控制滑台气缸的二位五通阀通电时，滑台气缸本体(缸体)左移;断电时滑台气缸本体(缸体)右移。本机械手选择两位阀，而没有选择具有中位机能的三位阀，主要是为了减少控制信号，减少PLC的输出点数。单向节流阀的作用是调节气缸的运动速度，产生一定的背压缓冲。对真空吸盘吸光盘的过程，当真空发生器通过高压气体时，产生一定的真空度，实现吸光盘，此时，两位五通阀处于通电状态，两位两通阀处于断电状态。对放光盘的过程，要求高压气体先经两位两通阀，通过真空吸盘将吸附的光盘吹落，延迟一段时间后断开真空吸盘的气路，以节约用气量，故要求在两位五通阀通电、两位两通阀断电状态下，两位两通阀先通电，延迟一段时间后，两位五通阀再断电，然后两位两通阀再断电。
如图2，应用PLC作为电气控制，可以减化控制线路，降低故障率，实现机械手多种动作线路，具有一定的柔性，也适于教学演示。
一般机械手有手动、自动控制之分，手动控制主要用来硬件调试。自动控制中也分单步、单周期、周期循环等工作状态。其控制要求为：按下启动按钮，检测气动机械手是否处于原位，如果不是，按下复位按纽回到原位，如果是，则检测气动机械手处于何种工作状态下，单步意味着每按下一次启动按钮，机械手执行一步动作；单周期指执行一次动作循环，最后回到初始位置；周循环则是机械手重复不断的执行动作，直到按下复位或停止按钮为止。
根据机械手的硬件结构，PLC输入信号有:工作状态选择开关输入、启动停止按钮输入、磁性接近开关信号输入、手动开关输人及程序选择开关输入共22个输入点；机械手的输出信号有：驱动4个气缸的电磁阀线圈4个，控制真空吸盘的电磁阀线圈2个，原点指示灯1个，共7个输出点。选择输入点大于22点，输出点大于7点的PLC,可选择三菱的FX2n-48MR。
如图3，气机械手的控制及动作路线由PLC的程序来实现，根据前述要求，该程序框架采用调用子程序方法，在主程序中实现机械手工作状态的选择，子程序实现机械手的复位和动作路线的实现，这种程序框架逻辑清晰，便于阅读与修改扩展。
如图4、图5，机械手动作子程序是控制程序的核心部分，针对气缸顺序控制要求，采用顺序功能图(Sequential Function Chart，SFC)的设计方法，运用FX2n系列PLC中的STL指令来实现。假设机械手要实现将光盘从初始位置1搬至位置6，开始时机械手处于初始位置。
所述控制系统的程序中没有使用升降气缸的伸出限位开关来反馈位置信号，而是以PLC的软时间继电器设置合适的延迟时间来代替，当光盘被搬空时，升降气缸伸出限位开关被触动时，机械手就自动复位，回初始位置。

Claims (4)

1.一种基于PLC的四自由度机械手控制系统，其特征是：所述气动机械手硬件系统由四个气缸、三个真空吸盘、限位磁性接近开关、5个两位五通电磁气阀和1个两位两通电磁气阀组成的阀岛、控制面板、接线端子、PLC，按钮开关及指示灯等相关电气元件组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的四自由度机械手控制系统，其特征是：所述气机械手的控制及动作路线由PLC的程序来实现，根据前述要求，该程序框架采用调用子程序方法，在主程序中实现机械手工作状态的选择，子程序实现机械手的复位和动作路线的实现，这种程序框架逻辑清晰，便于阅读与修改扩展。
3. 根据权利要求1所述的一种基于PLC的四自由度机械手控制系统，其特征是：所述机械手动作子程序是控制程序的核心部分，针对气缸顺序控制要求，采用顺序功能图(Sequential Function Chart，SFC)的设计方法，运用FX2n系列PLC中的STL指令来实现。
4.根据权利要求1所述的一种基于PLC的四自由度机械手控制系统，其特征是：所述控制系统的程序中没有使用升降气缸的伸出限位开关来反馈位置信号，而是以PLC的软时间继电器设置合适的延迟时间来代替，当光盘被搬空时，升降气缸伸出限位开关被触动时，机械手就自动复位，回初始位置。
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CN108533543A (zh) * 2018-05-28 2018-09-14 宜昌长机科技有限责任公司 基于气动调速阀的机械夹爪和顶升一体化气动控制系统及方法
CN109573602A (zh) * 2018-12-12 2019-04-05 佛山市新鹏机器人技术有限公司 一种通用型气动盒
CN110962295A (zh) * 2019-12-31 2020-04-07 苏州高通机械科技有限公司 一种保险杠注塑用机械手臂

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