基于PLC控制的臂式气动机械手的研制要点.docx
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基于PLC控制的臂式气动机械手的研制要点
机电工程技术2011年第40卷第2期
基于PLC控制的臂式气动机械手的研制
黄广伟
（东莞理工学院城市学院，
广东东莞
523106）
收稿日期：
2010－09－01
，气动控制技术在制造业等行业得到了广泛应用。
为适应社会需求，PLC控制系统的设计，研制出了基于PLC控制的臂式气动机械手。
，达到预期的效果。
；机械手文献标识码：
B
文章编号：
1009－9492（201102－0035－02
1引言
为了使机电工程系学生能够更好地掌握气动技术、传感技术及PLC编程技术，并能利用它们进行创新设计，笔者专门研制了一种基于三菱PLC控制的臂式气动机械手，该机械手能实现抓取物品、上下、前后及旋转运动。
2臂式气动机械手的总体结构设计
臂式气动机械手的基本结构如图1所示，由V型夹手
1、上下移动缸2、前后伸缩缸3、立柱4、回转缸5以及
用于固定用的底板6等组成。
上下行程为100mm，左右行程为150mm，总体尺寸（长×宽×高）为400mm×200mm×
600mm，立柱采用铝合金材料。
考虑到受力情况及产品的
性价比，上下移动缸及前后伸缩缸均采用台湾的CHANTO长拓缸径D＝10mm的双轴单作用缸。
该臂式气动机械手配有电控箱，电控箱与机械手主体分离，可实现远程控制。
操作面板、电磁阀、PLC可编程控制器等均安装在电控箱上。
3臂式气动机械手的功能要求
该气动机械手功能：
夹手1可以夹住物品，在上下移动缸2的作用下可实现上下移动，而在前后伸缩缸3作用下可实现前后移动，在回转缸5作用下可实现绕Z轴作
90°旋转运动。
机械手具有一定的开放性，可根据不同的要
求实现不同的运动组合，从而实现不同的应用功能。
当机械手处于图1所示状态，夹头打开，上下移动缸处于最顶端，前后伸缩缸处于最后端时为原始状态。
机械手典型动作过程：
将左下方的物品夹住，顺时针旋转90°，搬往右前下方，并回到原点。
1个工作周期如下：
当按下启动按钮，上下移动缸2向下伸出并延时2秒→V型夹手1夹紧
物品并延时1秒→上下移动缸2向上缩回并延时2秒→回转气缸5将顺时针转过90°并延时2秒→前后伸缩缸3将向前伸出并延时2秒→上下移动缸2将向下伸出并延时2秒→V型夹手1将松开放下物品并延时2秒→上下移动缸
2将向上移动并延时2秒→前后伸缩缸3将向前伸出延时2秒→回转气缸5逆时针转过90°→回到初始状态，等待下
一次指令。
4臂式气动机械手的气动系统设计
气动原理如图2所示，实现对2个直动气缸、1个回转气缸及1个夹手的动作控制。
气动系统由1个二位二通
1．夹手
2．上下移动缸
3．前后伸缩缸
4．立柱
5．回转缸
6．底座
图1臂式气动机械手结构图
机电工程技术2011年第40卷第2
期
图4
PLC控制程序梯形图
图3PLC的外部接线
1．空气压缩机2．单向阀3．压力表4．储气罐5．溢流阀6．分水滤器7．减压阀
8．两位两通双线圈电磁阀9．夹头
10．消声器
11．调速阀
12．二位五通双线圈电
磁阀
13．直动双轴作用气缸14．回转气缸
图2气动原理图
工的电磁阀、3个二位五通双线圈电磁阀、1个回转气缸、2个双轴作用直动气缸、1个夹手、6个调速阀、若干个消音器以及其它的元件组成。
调速阀11的作用是调整各气缸运行速度，以防止因速度过大对物料及机械手的冲击，保持机械手的各个动作协调；3个二位五通双线圈电磁阀
12控制气动回路的换向，从而实现双轴作用直动气缸上升
和下降、往前和往后，以及回转气缸的回转运动；二位二通的电磁阀用以实现夹手9的夹紧与放松功能。
5臂式气动机械手PLC控制系统设计
5．1PLC型号的选定
由该气动机械手的基本功能要求可以知道，有启动、停止两个输入点、有用于控制3个二位五通双线圈电磁阀
及1个二位二通的电磁阀的四个输出点。
考虑到在实际安装、调试和应用中，还可能会发现一些估算中未预见到的因素，根据实际情况增加一些输入、输出信号，在选型中应多预留一些点数，以备将来调整、扩充使用。
因此PLC选用了三菱的FX系列的FX2N－
24MR
［1］
，直流24V稳压电源，
输入与输出点数均为12，符合
要求。
5．2PLC的外部接线图
（安装图）
根据该臂式气动机械手一个典型动作过程，将各电磁阀
及按钮的接线分别接到电控箱上PLC控制器相应的输出、输入接口上。
PLC的外部接线图如图3所示。
启动按钮X1、停止按钮X2分别接PLC的输入点X101、X102；而PLC的输
出点Y201、Y202、Y203、Y204分别接电磁阀YA1（回转缸）、电磁阀YA2（夹头）、电磁阀YA3（上下移动缸）、电磁阀YA4（前后伸缩缸）。
5．3PLC控制系统程序设计
PLC控制系统程序设计是整个气动机械手的核心部
分，也是实现整个系统预定功能的至关重要部分。
考虑到
该机械手的功能要求，本设计采用STL（步进梯形）指令的方法进行编程。
STL指令是用于设计顺序控制程序的专用指令，该指令易于理解，使用方便，运用相当广泛
［2］
。
（下转第99页）
机电工程技术2011年第40卷第2期
根据该臂式气动机械手一个典型动作过程，设计出
PLC控制程序的梯形图如图4所示。
6结语
该臂式气动机械手充分发挥了PLC、气动技术的优点，将气动技术、传感技术、机电控制技术三者很好的结合起来，具有一定的开放性，可根据不同的要求，编写不同的程序以实现不同的功能。
经过多次实验与调试，以及半年来实际使用后反馈的情况来看，该臂式气动机械手能够较好地完成预定的动作，安全性、可靠性、准确性都良好。
参考文献：
［1］长拓液压气动有限公司．长拓液压气动有限公司产品手册
［Z］．2006．
［2］廖常初．PLC基础及应用（第2版）
［M］．北京：
机械工业
出版社，2007．
作者简介：
黄广伟，男，1982年生，广东汕尾人，硕士研究生，助理实验师。
研究领域：
机电一体化、PLC技术、液压与气动技术。
已发表论文1篇。
（编辑：
吴智恒
图6进线间隔简化后的平面布置和侧视GIS进线间隔简化后，在靠近进线处已没有分支存在，
即没有刀闸和地刀，也没有过渡气室。
PT及LA布置在间隔入口处，如图6所示，位于间隔筒体的上方或下方，见
N－N侧视图。
4GIS简化主接线的实例
率先使用GIS的国家，大多采用了简化的主接线方式。
简化一次主接线中，图7是比较典型的双母进线间隔剖面及各个电气元件的位置
［2］
。
它既考虑了GIS免维护的特点，也考虑了检修拆装的可能性和元件的更换，同时充分利用空间来布置，做到结构紧凑，整体运输（注意：
整个间隔运输时是不装PT的）。
5结语
根据GIS占空间小、可靠性高的特点，当采用简化一次主接线以后，可以更体现GIS的优点和长处，同时还能节省电站一次设备的投资，是一举两得的好事，值得推广。
参考文献：
［1］黎斌．SF6高压电器［M］．北京：
机械工业出版社，2008．
［2］PTC．SF6绝缘金属封闭开关设备GIS［Z］．2008．
作者简介：
方煜瑛，女，1975年生，广东顺德人，大学本科，工程师。
研究领域：
800～1100kVGIS工程设计。
已发表论文4
篇
。
（
编辑：
王智圣
图7简化主接线的实例
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（上接第36页）
Abstracts
11-02-13ResearchoftheReasoningMachinefortheWatchProductDesign
11-02-16ISIGHTBasedStructuralOptimizationofMachineToolSpindle
11-02-18ParametricDesignofRailContainerGantryCrane
11-02-21UG-BasedAutomobileCoverDrawingDieEntityDesign
11-02-24TheApplicationof1DSimulationduringtheDevelopmentoftheTurbochargedGasolineEngine
11-02-27AHMIDesignfor8-BitMCUApplication
11-02-31StudyonCommunicationandControlSystemofCashRecyclingATMBasedonCANBus
11-02-35StudyofArmPneumaticManipulatorBasedonPLCControlled
LIShi-jie,YUANQing-ke,GUOChun-rong,ZHANPei-zhiAbstract:
Keywords:
ZHANGWei,ZHOUZhi-shuAbstract:
Keywords:
ZHANGHuan,XIAXu-hui,GAOLongAbstract:
Keywords:
LIChun-youAbstract:
Keywords:
XUSi-chuan,DENGXiao,HANWen-yanAbstract:
Keywords:
HUYong-jianAbstract:
Keywords:
WEIWen-qiu,ZHUANGHuan-weiAbstract:
Keywords:
HUANGGuang-weiAbstract:
Keywords:
Accordingtothefeatureofwatchproductsandwatchdesignmethodsoftheexperts,bydiscussingthereasoningmachineofthewatchproductsdesign,thispaperputsforwardanewreasoningstrategy,whichisintegratedbytherule-basedreasoningandthesimulatedannealingalgorithmreasoninganddescribetheprocedureindetail.
reasoningmachine;rule-basedreasoningmachine;SA-basedReasoningMachine;reasoningstrategy
Themechanicaloptimaldesignprovideanimportantscientificdesignfortheengineeringdesign.ISIGHTisusedinthisarticle,toachievetheobjectivesofminimizingspindledeflectionandthelightestweightofthespindleshaft.Itestablishesamathematicalmodelofshaft’smulti-objectiveoptimization,andoptimizesthedesignofthespindle.Thismethodissimpleandpractical,andtheoptimalresultsarereasonableandreliable.ISIGHT;machinetoolspindle;optimization
ItintroducesakindofdesignmethodingantryCranebasedonVBbycallingANSYS.ItmakesfulluseoftheadvantageofVBinGUIdevelopmenttoconnectVBwithANSYS,andusesVBlanguagedesignedagoodvisualinterfaceofcranemetalstructureanalysisinterface.Themethodhasimprovedtheefficiencyofthecranedesignanalysisandtheflexibilityofoperationwhichhasguidingsignificance.
parametricdesign;VB;gantrycrane
Inthispaper,automobilepanelBundercolumnsupportplateoftoolsdescribedinUGasameansofdrawingdiefortheirdetailedentitydesign,tocomplexautomobilepaneldrawingdiedesignofthestudytoguidetheactualproduction.UG;automotivepanel;drawingdie
The1Dthermodynamicsimulationhasbeenwidelyusedamongthedevelopmentofthespark-ignitiongasolineengine.Inthispaper,byusingthe1DsimulationsoftwareAmesim,aturbochargedgasolineenginesimulationmodelwasbuiltup.Valvetiming,intake&exhaustsystemswereoptimizedduringthesimulation,andtheturbochargermatchingcalculationwasdoneaswell.Bycomparingtheresultsbetweenthetestandthesimulation,thesimulationwasvalidated.
1Dthermodynamicsimulation;spark-ignitiongasolineengine;development
Inordertoexpandthefunctionof8-bitMCU,aHMI（HumanMachineInterfacedesignwithLPC2478MCUisgivenwhichcancontrolTFTLCDdisplay,getkeyvaluefromkeyboardandtouchscreen,setandcleardigitalI/O,saveandloaddataetc..ThisHMIisespeciallysuitableforproductdevelopmentinspecialtyfield,anapplicationexampleindryblocktemperaturecalibratorisgivenatthesametime.
HMI;8-bitMCU;LPC2478;SCPI
ThispaperconstructsadistributedcontrolandcommunicationssystemforCashRecyclingATMbasedonCANbusanddigitalsignalcontroller,afteranalyzingitsdiversityandcomplexityinarchitectureandfunction,anditssomeuniquerequirementsasafinancialsecurity,suchassecurity,real-time,stability.Andahardwarestructureandsoftwaremethodofcommunicationandcontrolsystemforeverymoduleispresentedsystematicallyanddetailedlybasedonstabilityandthereal-timerequirements.ThetrialmachineprovedthattheabovesystemandmethodscanmeettheCashRecyclingATM‘shighreal-time,security,stabilityrequirements.
cashrecyclingATM;CANbus;informationinteraction;digitalsignalcontroller
Withtherapidlydevelopmentofindustrialization,thepneumaticcontrolledtechnologyhasbeenwidelyappliedinthemanufacturingindustry.Tomeettheneedsofcommunityandteaching,andconcerningwithpneumaticandPLCtechnologies,theoverallstructureofmanipulator,thepneumaticcircuitandthePLCcontrolsystemaredesigned.ThearmpneumaticmanipulatorbasedonPLCcontrolledisalsodesigned.Judgingfromtheresultsofdebuggingandusage,thepneumaticmanipulatorhasrunwellunderthecontrolofPLC,andachievedthedesiredresults.PLC;pneumaticsystem;manipulator
12（GuangdongUniversityofTechnology,FacultyofElectricalEngineering,
Guangzhou510006,China
（1.DepartmentofMachineryand
Automation,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China;2.LuoyangEngineeringandResearchInstituteforNonferrousMetalsProcessing,Luoyang471039,China
（CollegeofMechanical,
WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China
（LoudiVocational&TechnicalCollege,Loudi417000,
China
（SchoolofAutomobile
Studies,TongjiUniversity,Shanghai201804,China
（TuHaDrillingTechnologyResearchInstituteofXDEC,
Shanshan838202,China
（GuangdongProvinceTechnology
ResearchCenter,GuangdongPolytechnicNormalUniv.,Guangzhou510070,China
（DepartmentofMechanical&Electronic
Engineering,CityCollegeofDongguanUniversityofTechnology,Dongguan523106,
China
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