引言

　　机械手广泛用于机械制造、冶金、电子和轻工等部门，其执行机构一般由液压、气动或电机来完成，由于气压技术以压缩空气为介质，结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能，工作寿命长，特别是对环境没有污染、易于控制和维护，因此机械手的驱动系统常采用气动技术。机械手系统最核心的部分是执行系统和控制系统，这里我们介绍基于三菱FX系列的PLC来实现对气动机械手的控制。

1 系统结构和功能介绍

　　如图1所示，机械手的终端是一个气动夹爪，可以实现抓和放的动作，由一个双作用气缸和一个双电控电磁阀来完成控制；气动夹爪安装在一个垂直方向的双作用气缸上，能实现上升和下降动作，方向的控制由一个单电控的电磁阀来完成；垂直方向的气缸又安装在一个水平方向的伸缩气缸上，能实现伸出和缩回动作，水平双作用气缸由一个双电控的电磁阀完成；水平气缸再安装在一个双作用旋转气缸上，能实现左旋和右旋动作，我们希望它能停在活动范围的任意位置，因此选择了一个双电控的三位五通阀来控制。因此机械手的动作由4个电磁阀共7个控制点来实现其旋转、伸缩、上下和抓放的动作，其气动系统原理图见图2。另外，气动机械手的感知部分采用了这样一些信号开关：左右极限点各用1个电感式传感器，伸缩的前后极限点各采用了1个标准型的磁电开关，上下极限点也各采用磁电开关。这样这个机械手系统上就有了6个信号采集输入点。最后机械手再配上2个按钮，分别用于启动和停止。这样本气动机械手的主要输入点有8个(见表1)。

图1气动机械手结构

图2气动系统原理图

　　本机械手功能是将一边的工件搬到另一边，如将一条生产线的工件搬到另一条生产线，或将一个工作站的工件搬到另一个工作站，工作顺序为：(上电)→复位→(启动)→伸出→下降→抓工件→上升一缩回→右旋→伸出→下降→放工件→上升→缩回→左旋→循环。

2 PLC控制设计

　　2.1 PLC I／O表和PLC VO接线图

　　机械手系统与PLC的I／O表如表1，与PLC的I/O连接图如图3所示。

图3机械手系统与PLC的I／0连接图

　　2.2 软件设计

　　机械手动作是：设复位状态为左边、伸缩气缸缩回、气爪放松。因此上电后复位就是需要左旋至左极限、缩回至后极限、放松气爪；按下启动按钮后，伸缩气缸伸出，直至前极限点；下一个动作是机械手下降至下极限点；然后抓工件，此处由于没有传感器，可安排一定的保持时间，如1s；接下来的动作是机械手上升至上极限；然后缩回至后极限；接着机械手右旋至右极限；机械手再伸出至前极限；然后机械手下降至下极限；下一步是将工件放下，完成工件的搬运工作；接下来机械手应返回原始位置，即先上升至上极限，然后缩回至后极限，再左旋至左极限，即原点。至此，气动机械手通过13个动作完成一个工作周期，可返回进行下一个循环。这里，我们注意到机械手都要在缩回后再旋转，这时为了避免悬臂梁过长而造成干涉或者机械的笨重。PLC控制程序的功能图见图4，将此功能图转换为梯形图，就可以成为PLC控制程序，从而实现对本气动机械手的动作控制。

图4 PLC控制程序功能图

　　梯形图的设计：梯形图的编制方法很多，可以用起保停的方法，即按条件起动然后保持(自锁)，下一个状态成立时切断上一个状态；也可以使用[SET]和[RST]来完成；比较典型的是以[STL]为特征的步进梯形图；如果要精简一些，我们也可以用移位指令来完成，如本例可以用[SFTL MS0 M0 K14 K1]，其中SFTL是左移位指令，M50是补位的，M0是起始状态继电器，K14表示共14各继电器，即M0～M13，K1表示一位一位左移。部分程序如图5。

图5部分PLC控制程序

3 结束语

　　由“可编程序控制器一传感器．气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面。电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服等先进技术走出实验室，气动技术及气动机械手将迎