周晓娟，台畅

（河南机电职业学院，河南 新郑 451191）

1 前言

随着科技的不断进步和发展，机器人对于人们已不再陌生。XK-4自由度气动机械手是针对广大机械类、机电类、自动化类专业而设计的产品。它是根据人类手的结构和原理设计制造出的四自由度气动机械手。该装置主要由四个自由度，每个自由度均有一个气动执行元件完成。每个气动执行元件均由换向阀控制换向。该装置还特意增加了气控阀、机控阀等换向阀，这样便于对气动控制回路的理解和各种气动元件的原理与利用进行掌握。它具有结构简单、控制精度高、占地空间小、节能等优点。除此之外，它还可以减轻劳动者的劳动强度、提高生产效率，工作人员在恶劣条件下进行操作，保护工作人员的安全。控制系统是机械手最核心的部分，本文主要介绍了基于西门子S7-200系列PLC对四自由度气动机械手控制的系统设计。

2 系统组成和工作流程

2.1 气动机械手结构图

气动机械手的结构图如图1所示。

2.2 任务描述

编制送料、搬运、分拣三个单元生产线的PLC控制程序。控制要求如下：（1）供料单元。在供料单元，系统启动后，若工件库里有工件，则气缸伸出，把工件推到物料台上;若工件库内没有工件(光电传感器2)或工件不足(光电传感器1)，则黄色报警指示灯以亮0.2s、灭0.2s的方式快速闪烁。物料台上的工件被搬运单元机械手取出后，若系统启动信号仍为ON，则进行下一次推出工件操作。（2）搬运单元。在搬运单元，机械手先复位，回到原位后，物料台有工件时开始搬运动作，把工件从物料台上搬运到传送带上，然后回到原位；若系统启动信号仍为ON，则再次循环运行。机械手动作顺序为：原位→右旋→伸出→抓取→缩回→左旋→电机正转带动机械手前行到达前极限停止一→机械手放下工件(动作为伸出→松开→缩回)→电机反转→机械手回到原位。原位时机械手缩回到左极限位置，气动手指缩回，气爪松开。（3）分拣单元。在分拣单元，当入料口检测到工件后，传送带启动，把工件带入分拣区。若工件为白色，则该工件到达1号滑槽，传送带停止，工件被推入1号槽中；若为黑色，则旋转气缸旋转，工件被推入2号槽中。当1号槽内白色工件个数达到3个，同时，2号槽内黑色工件个数达到2个，则分拣完成。设备进行包装处理，传送带停止，5s后自动进入下一个周期，传送带继续运行。

3 系统分析及程序

根据本任务描述所涉及的内容，设计PLC控制程序并调试运行。

系统分析：本生产线系统可采用3段子程序控制，即供料子程序、搬运物料子程序和分拣物料子程序。

供料子程序：在供料单元，系统启动后，若工件库里有工件，则气缸伸出，把工件推到物料台上；若工件库内没有工件（光电传感器2）或工件不足（光电传感器1），则黄色报警指示灯L1闪烁。

搬运物料子程序：搬运单元先复位，物料台有工件时，机械手按定的动作顺序把工件搬运到传送带上。

分拣物料子程序：在分拣单元，传送带按照预定的方式运行，设备进行物料分拣和包装处理等工作。

3.1 气动机械手I/O地址分配表

气动机械手I/O 地址分配表如表1所示。

3.2 PLC外部接线图

PLC外部接线图如图2所示。

图2 PLC外部接线图

3.3 控制系统软件设计

控制系统程序部分梯形图程序如图3和图4所示。

图3 主程序部分程序

4 结语

通过S7-200系列 PLC 实现了对四自由度气动机械手的控制系统设计，编制了自动化生产线上对机械手的送料、搬运、分拣三个单元生产线的PLC控制程序。通过调试运行，证明了该程序具有很好的可靠性和平稳性，验证了四自由度气动机械手在自动化生产中的灵活性和可靠性。

图4 手动控制程序部分程序