机械手的步进控制

机械手在自动化生产线和数控加工中心上都应用的非常普遍。机械手的运动控制是一个典型的步进控制，即控制系统按照固定的步骤，一步接着一步地执行，也就是说只有前一个动作完成后才允许后一个动作发生。

　　图1是某搬运机械手的工作示意图，其任务是将传送带A上的物品搬送至传送带B上。该机械手有三个动作：升降运动由液压缸驱动，回转运动由液压马达驱动，手爪的松夹运动由另一液压缸驱动。三个动作的正反向运动均由电磁换向阀来改变液流的方向来控制。传送带A和B均由电动机通过机械装置来驱动。机械手一个动作循环的动作顺序如下：

原位→下降→抓紧→上升→正转→下降→松开→上升→反转→原位

机械手的每次循环动作均从原位开始。动作的切换除抓紧/松开由压力继电器和时间控制外，机械手的升降和回转运动均由限位开关控制。

图1　某搬运机械手的工作示意图

一、控制要求

（1）机械手在原位时，按下启动按钮，系统启动，传送带A运转。当装在传输带A端部的光电开关检测到物品后，传送带A停止。

（2）传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到连续运转的传送带B上。

（3）机械手返回原位后，自动启动传送带A运转，进行下一个循环。

（4）按下停止按钮后，待整个循环完成后，机械手返回原位，才能停止工作。

二、I/O通道分配

表1　I/O通道分配

　　三、I/O接线图

图2　机械手的I/O接线图

四、梯形图程序设计

机械手的动作控制是一个典型的步进控制，采用状态流程图可以大大简化梯形图的设计。这里先介绍状态流程图的画法。

（1）将整个工作过程分为若干个独立的控制功能步，简称步（本例中机械手的工作过程就可以分解成九个独立的步），它是为完成相应的控制功能而设计的独立的控制程序或程序段。

（2）每个独立的步分别用一个方框表示，然后根据动作顺序将各个步用箭头连接起来。

（3）在相邻的两个步之间画上一条短横线，表示状态转换条件。当转换条件满足时上一步被封锁，下一步被激活，转向执行新的控制程序，若不满足转换条件，则继续执行上一步的控制程序。

（4）在每个步的右侧画上要被执行的控制程序。

机械手步进控制的状态流程图如图3所示。

步进控制在OMRON　C系列机型中采用移位寄存器SFT很容易实现，当然不用SFT指令也能实现。图4是用SFT指令来设计的梯形图。

机械手原位时，按下启动按钮SB1，与其对应的输入点0000为ON，使0500为ON，传送带A运转；当光电开关PS检测到有物品后，0007为ON，使0500为OFF，传送带A停止运行。在0500的后沿，MOV指令将＃0001送入HR0通道中，使HR000位为“1”而其余位为“0”，使机械手执行下降的动作。同时，为移位脉冲的产生做好准备。

机械手下降到位时，下降限位开关0003为ON，发出移位脉冲，使HR001为“1”，HR000为“0”（因为1812为常开继电器），机械手停止下降。此时0503为ON，开始执行抓紧动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

机械手抓紧到位时，压力继电器K的动合触点闭合，0006为ON，又发出一个移位脉冲，使HR002为“1”，HR001为“0”。此时，0504为ON，机械手紧抓着物品上升。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

机械手上升到位时，上升限位开关0002为ON，又发出一个移位脉冲，使HR003为“1”，HE002为“0”，使0504为OFF，机械手停止上升。此时0501为ON，机械手执行正转动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

械手正转到位时，正转限位开关0004为ON，又发出一个移位脉冲，使HR004为“1”，HR003为“0”，使0501为OFF，机械手停止正转。此时0505为ON，机械手执行下降动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

机械手下降到位时，下降极限开关0003为ON，又发出一个移位脉冲，使HR005为“1”，HR004为“0”，使0505为OFF，机械手停止下降。此时0503被复位，机械手执行放松动作，并且启动定时器TIM01。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

在TIM01的定时时间到时，机械手放松到位，又发出一个移位脉冲，使HR006为“1”，HR005为“0”。此时，0504为ON，机械手执行上升动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

图3　状态流程图

图4　机械手梯形图

机械手上升到位时，上升限位开关0002为ON，又发出一个移位脉冲，使HR007为“1”，HR006为“0”，使0504为OFF，机械手停止上升。此时，0502为ON，机械手执行反转动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

机械手反转到位时，反转限位开关0005为ON，又发出一个移位脉冲，使HR008为“1”，HR007为“0”，使0502为OFF，机械手停止反转。此时，机械手已回到原位，只要在此之前没有按下停止按钮，HR008再次将0500置位，传送带A重新运行，等待物品检测信号0007的到来。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。

无论何时按下停止按钮，锁存器1200被置位，使得串接在锁存器0500的置位输入端的1200的动断触点断开，只有在当前循环全部完成后，机械手才能停于原位。

机械手的每次循环均是根据光电开关检测到物品后，使传送带A停转，由MOV指令将＃0001传送到HR000，开始循环。