隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械在現(xiàn)實(shí)生活中的普遍應(yīng)用，以及我國機(jī)械自動(dòng)化的不斷提高，機(jī)械手已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。機(jī)械手在控制器的控制下，可以模仿人的手、腕、臂的動(dòng)作，按照固定的動(dòng)作流程進(jìn)行工作。因此，在許多的工業(yè)領(lǐng)域可以代替人的勞動(dòng)，達(dá)到生產(chǎn)自動(dòng)化。使用機(jī)械手，不但降低的人的體力勞動(dòng)，減少人力資源的浪費(fèi)，而且提高了工作效率，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，更有利于企業(yè)的發(fā)展。

　　機(jī)械手的控制，可以用單片機(jī)來控制，也可以用PLC來控制。但使用單片機(jī)進(jìn)行控制，需要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行；而用PLC控制，相對(duì)簡單并且信號(hào)處理時(shí)間短，速度快，可靠性高，容易維護(hù)。因此，PLC在機(jī)械手的控制領(lǐng)域被越來越廣泛的使用。

1 機(jī)械手的動(dòng)作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1.1 工作背景

　　生產(chǎn)線上有兩個(gè)傳輸線和—個(gè)自動(dòng)裝箱機(jī)械手。傳輸帶1是使用來傳送閥體的，傳輸帶2是用來傳送箱子的。兩個(gè)生產(chǎn)線上都有傳感器，是用來控制傳輸線的運(yùn)動(dòng)。初始時(shí)，機(jī)械手處于復(fù)位狀態(tài)，控制系統(tǒng)檢測(cè)是否傳輸帶1上已經(jīng)有一個(gè)閥體停在指定位置，傳輸帶2上已經(jīng)有一個(gè)箱子停在指定位置上。首先，機(jī)械手將傳輸帶I上的閥體移到傳輸帶2的箱子里，同時(shí)傳輸帶1將另—個(gè)閥體傳送到指定位置后停止移動(dòng)，接著機(jī)械手將傳輸帶1上的閥體移到箱子里，同時(shí)傳輸帶l又將一個(gè)新閥體傳送到指定位置后停止，接著機(jī)械手將閥體移到箱子里，直到箱子裝滿了，傳輸帶2運(yùn)動(dòng)，把裝滿閥體的箱子移走，送來一個(gè)空箱子，待第二個(gè)箱子到達(dá)指定位置后，傳輸帶2停止運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)傳輸帶1也將一個(gè)閥體送到位后停止，待兩個(gè)傳輸帶都停止后，機(jī)械手又開始新的裝箱工作。

　　1.2 工作要求

　　機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)要求：根據(jù)生產(chǎn)線的要求，該裝箱機(jī)械手需要有一個(gè)繞豎軸的旋轉(zhuǎn)，一個(gè)橫軸方向的移動(dòng)，—個(gè)豎軸方向的移動(dòng)，一個(gè)手爪的抓取和放開動(dòng)作。

　　(1)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)角度范圍為2700；

　　(2)豎軸移動(dòng)。豎軸移動(dòng)范圍0—750 nm'l。

　　(3)橫軸移動(dòng)橫軸移動(dòng)范圍0.750 m／n。

　　(4)末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)。氣動(dòng)的手爪，能實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊和放松，能抓起2 kg的重物。

　　1.3 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)機(jī)械手的工作背景以及工作要求，選取不同型號(hào)的雙作用氣壓缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的豎向升降、橫向伸縮、手爪的抓緊以及放松等作，機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作通過使用單葉片式擺動(dòng)氣壓缸來實(shí)現(xiàn)，將擺動(dòng)氣壓缸放在豎向氣缸的下面，這樣機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只需要一個(gè)適當(dāng)?shù)臍鈮罕茫涂梢则?qū)動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作，并且氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速，反應(yīng)快，維護(hù)簡單，工作介質(zhì)清潔，不存在變質(zhì)問題?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，氣壓傳動(dòng)的成本相對(duì)較低。

　　擺動(dòng)氣壓缸的選擇。根據(jù)工作壓力以及額定轉(zhuǎn)速來選擇擺動(dòng)氣壓缸，由于擺動(dòng)氣壓缸放置在豎向氣壓缸的底部，所以擺動(dòng)氣壓缸要提供較大的轉(zhuǎn)矩，因此擺動(dòng)氣壓缸在選擇時(shí)，要注意輸出周徑應(yīng)該較大一些。

2 機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)

　　2.1 機(jī)械手的控制要求

　　(1)通過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)物品的到位自動(dòng)檢測(cè)、搬運(yùn)、傳輸?shù)裙δ堋?/p>

　　(2)功能上分手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)設(shè)計(jì)。手動(dòng)時(shí)，由—個(gè)按鈕控制(不帶鎖)，第一次按下按鈕，機(jī)械手復(fù)位，然后每次按下時(shí)，機(jī)械手執(zhí)行一步，直到完成所有動(dòng)作；自動(dòng)時(shí)，由啟動(dòng)、停止、急停按鈕來控制。要求分清停止和急停的功能；停止時(shí)，機(jī)械手執(zhí)行完此次任務(wù)后，回到復(fù)位狀態(tài)而停止；急停時(shí)，機(jī)械手無條件的立即停止，但是注意機(jī)械手爪上如有物體，應(yīng)注意抓緊防止手爪松動(dòng)而使物體落下。

　　(3)要求有指示燈進(jìn)行功能指示，如：手動(dòng)，自動(dòng)指示燈、啟動(dòng)指示燈、停止指示燈等。

　　(4)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)功能，每抓取—個(gè)物件計(jì)數(shù)器值加一。計(jì)數(shù)器顯示抓取的總個(gè)數(shù)。

　　2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　(1)I／O點(diǎn)數(shù)的確定。

　　輸入——控制按鈕需要6個(gè)，限位傳感器需要8個(gè)，檢測(cè)手爪是否抓起物體的壓力傳感器需要1個(gè)，檢測(cè)箱體和閥體是否到位的光電傳感器需要2個(gè)。共需要17個(gè)輸入點(diǎn)；輸出——按鈕指示燈需要4個(gè)，計(jì)數(shù)器需要1個(gè)，電磁閥需要8個(gè)，共需要13個(gè)。

　　(2)PLC的型號(hào)。歐姆龍CPMlA(24輸入點(diǎn)，16輸出點(diǎn)，雙向晶閘管輸出型)。

　　(3)I／O分配點(diǎn)。

　　(4)子接線圖(如圖1所示)。

圖1子接線圈

　　2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　(1)工作原理(如圖2所示)。機(jī)械手的動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。選用二位電磁閥控制。例如當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降，斷電則停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升。其他左移，右移，左旋，右旋，抓緊，放松原理一樣。

圖2 工作流程圖

　　機(jī)械手的動(dòng)作分解。從原點(diǎn)開始，按下氣動(dòng)按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，

　　機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種。手動(dòng)操作。就是用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。

　　自動(dòng)操作。機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)的、連續(xù)不斷的周期性循環(huán)。

　　(2)自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)箱體和閥體都到位后，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手才開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的起始位置，是復(fù)位狀態(tài)即機(jī)械手的豎向氣缸伸出，橫向氣缸縮回，手爪松開，機(jī)械手旋向閥體方向，按下按鈕后，機(jī)械手將自動(dòng)的周期性循環(huán)。

3 結(jié)束語

　　小型搬運(yùn)機(jī)械手可以代替人的體力勞動(dòng)，減少了人力資源的浪費(fèi)，而且提高了工作效率；使用氣壓系統(tǒng)可靠性高，氣動(dòng)電路簡單，成本低，結(jié)構(gòu)緊湊；使用PLC控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，靈活性和通用性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，并且本身具備擴(kuò)展功能，成本低，適用于工業(yè)生產(chǎn)條件，使用效果好。