机械手模型控制系统设计
摘要：机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。本
装置实现了机械手的自动控制，具体包括开机自复位以及自动完成生产所需的目标操作，并且实现暂停后可继续操作。本装置采用PLC控制，可通过调整机械手的限位开关来调整机械手的活动范围，具体机械手的运作通过控制电机的正反转来实现机械手的前伸和缩回，上升和下降，手的正反转，底盘的正反转以及通过电磁阀来实现机械手的张开和闭合，并通过MCGS组态软件监视和控制。
关键词：机械手；步进电机；直流电机；PLC ；MCGS
Design of Manipulator Model Control System
Abstract：In automatic manipulator is used in the production process of a kind of
has crawled and mobile workpiece function of automatic device. This device realizes the automatic control of the manipulator, specific include boot from dangerous and automatically complete the required for production target operation, and realize suspended after can continue to operate.The device is controlled by PLC, through the adjustment of the manipulator limit switches to adjust manipulator range of activities, and the specific operation of the manipulator by controlling motor are turning and reversal of the manipulator stretch and realize before covering, Up and down, hands are turning and reverse, chassis are turning and reverse and through the electromagnetic valve to realize open and close of the manipulator, and through the MCGS software to monitoring and control.
Keywords： Manipulator;Stepping motor;Dc motor;PLC;MCGS;
一、设计目的和意义
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种装置，是机器人的一个重要分支。它的特点是可以通过编程来完成各种预期作业任务，在构造和性能上兼有人和机器的各种优点，尤其体现了人的智能性和适应性。在现代生产过程中，机械手广泛应用于各种场合。虽然相比于人类来说机械手的灵活性较差，但由于人工操作进行简单操作的劳动生产率较低，不仅生产成本较高，而且容易受其他各方面因素影响。而机械手可以解决这些方面的问题，通过对机械手的控制来进行简单的操作，不仅能提高劳动生产率，还能降低成本，生产情况也比较稳定且能保证产品的质量，更重要的是机械手能代替人们从事危险性较高的工作，通过对机械手进行远程控制来完成一些难以完成的工作，从而实现生产过程中抓取和移动工件的自动化和高效化。
二、控制要求
实现开机装置自动复位，自动寻找初始位置，实现横轴的前申与收回，竖轴的升起与 下降，手的正反转，手的张开与闭合，以及底盘的正反转等动作。具体操作步骤如下： (1)横轴前升 (2)手旋转到位 (3)电磁阀动作，手张开 (4)竖轴下降 (5)电磁阀复位，手夹紧 (6)竖轴上升 (7)横轴缩回 (8)底盘旋转到位 (9)横轴前升
(10)手旋转 (11)竖轴下降 (12)电磁阀动作，手张开 (13)竖轴上升 (14)电磁阀复位，手闭合 (15)横轴缩回 (16)底盘旋转还原
三、设计方案论证
方案一：
运用PLC通过控制电机的正反转来实现控制机械手的横轴前伸和缩回，竖轴的上升和下降，手和底盘的旋转，控制电磁阀的通断来实现手的张开和夹紧。而机械手的动作时间就通过计时器来控制。
优点：可以很方便的通过改变计时器的设定值来改变机械手每一个动作的时间从而扩大机械手的工作范围和适应性
缺点：稳定性较差，抗干扰能力差，由于电压不稳或者其他原因导致电击转速差别，从而导致机械手在相同时间内到达的位置不同，使机械手缺乏准确性。
方案二：
同样采用运用PLC控制电机的正反转来控制机械手轴的前后上下动作，手和底盘的旋转，通过控制电磁阀的通断来实现手的张开和夹紧。但机械手的具体动作时间和范围由安装在机械手上的限位开关来控制。在机械手的横轴两端分别安装两个限位开关，竖轴两端分别安装两个限位开关，手和底盘的旋转到位点和起始点分别安装两个限位开关。这样通过触发限位开关来停止机械手的某一部分动作并进行下一部分动作。
优点：准确性高，抗干扰能力强，不受电机转速的影响。
缺点：要调整机械手的工作范围必须调整限位开关的位置，相对而言调整起来较为麻烦。 结论：
经过比较，虽然方案二的调整较为麻烦，但方案二所设计的机械手准确性和抗干扰能力更强，不容易受到复杂生产环境的影响，所以采用方案二。
四、系统设计
PLC程序设计：
机械手的横轴和竖轴由步进电机控制，手和底盘由直流电机控制，手的张开和闭合由电磁阀来控制。
步进电机的驱动由PLC的两个输出口分别输出输出脉冲信号和方向信号来控制步进电机的正转和反转，其中横轴的前伸和缩回由Y0口输出的脉冲和Y2口输出的方向信号控制一个步进电机，竖轴上升和下降由Y1口输出的脉冲和Y3口输出的方向信号来控制另一个步进电机。在松下FP0PLC编程软件中通过F169指令输出脉冲和方向信号。步进电机的驱动器与PLC的连接图见图1。
图1 步进电机的驱动器与PLC的连接图
直流电机的正反转通过反接电源的正负极来实现。如图2所示，当K1闭合时，直流电机正转，当K2闭合时，直流电机反转。用两个直流电机分别控制手的正反转和底盘的正反转。
用PLC和MCGS做机械手的控制程序
