燕京理工学院 河北省三河市 065201
摘要：机械手是模仿人的手部动作，并按要求实现自动抓取、搬运等动作的自动装置。机械手可以在恶劣环境中以及单调、频繁的操作中代替人作业，因此得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置四部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。介绍了工业机械手属圆柱坐标式、全液压驱动机械手，设计了液压回路，对手部材料进行了结构分析，采用了西门子PLC控制其工作过程。
关键词:机械手；液压；电气
随着人们的生活水平的提高科技的发达，很多易燃、易爆等高危及重体力劳动都由机器代劳。一方面可以减轻人们的劳动强度，另一方面可以提高劳动生产效率。例如，目前在我国的许多中小型企业生产过程中，冲压成型这一工序还需要人工上下送料，既浪费时间有消耗体力，还影响工作效率。而且时间长了对人身体有一定的危害。为此，把上下料机械手作为我这次的研究课题。
1.机械手机械本体设计
采用底座与步进电机相连，可沿导轨准确定位，适应于中小轻型物品的搬运和定位放置。分别用3个液压缸和一个丝杠控制，丝杠由电动机驱动，以实现在一个沿x轴的直线行走，一个沿y轴直线行走，一个沿z轴直线行走。机械手工作时的运动过程：当货物到达时，机械手系统开始工作，旋转液压缸和伸出液压缸迅速定位到达工件上方，丝杠旋转下降，同时机械手液压缸卸荷，机械手爪张开，机械手到达工件中部，机械手液压缸加压，将工件夹紧。丝杠旋转上升，旋转液压缸开始旋转，伸出液压缸开始收缩，同时步进电机开始向前运动。放置工件时，机械手迅速定位至指定位置的上方，丝杠旋转下降，机械手液压缸卸荷，工件被放入指定位置。
2.液压回路的设计
液压机械手的回路设计主要由4个回路组成，控制机械手的升降、伸缩、抓紧与放松、回转4个动作，分别由3个直动式油缸和1个回转油缸组成。在液压回路设计过程中，通过两位四通的电磁换向阀控制换向，可以通过调节节流阀的节流口大小控制流量大小，从而控制液压缸运动的速度。此外，为了防止机械手爪误抓住人或其他物体之后造成伤害，在回路中安装了安全阀（溢流阀），当压力达3 MPa时，安全阀打开，所以回路中最高压力不超过3 MPa。液压回路很容易实现自动控制，可以通过PLC来控制换向阀就可以实现自动换向。此外，液压回路可以适应任何恶劣环境，比较容易维护，所以在自动控制中应用越来越广泛。
3.PLC机械手具体系统的主要组成
PLC 液压机械手整个系统主要包括嵌入式微机、端口驱动模块、位置传感器、压力传感器、执行机构。其中的执行机构属于机械手非常重要的组成部分，同时也是机械手内部的主体部分，其中主要包括手腕、手臂以及行走机构等部分。驱动属于执行机构运行重要的传动装置，经常使用的包括液压、气压、电力以及机械传动。控制系统是整个机械手的重要核心部分，主要是用来支配机械手各种规定的运行程序等，并存储相应的指令信息，按照控制系统具体的内部信息完成指令的分配，在一定条件下还能实现对整个机械手具有的监视作用。
以下主要分析在轮胎自动化生产线中的具体控制。在初始的状态下，閉合整个机械手系统，并处于上线转出具体的位置，如果接收到开始的具体控制信号，开始启动所有的电动机并进行正转，利用丝杠运动带动机械手逐渐下降。如果下降具体的行程开关发生断开时，下降交流内部的接触器将会断电，最后使电机的转动最终停止，利用自动减压控制机械手具体的动作开始抓取工件，如果机械手内部的全张油缸使用的开关在完成闭合以后，机械手上升交流内部的接触器被接通，从而使电动机开始发转，完成机械手抓取工件同时并上升的动作。如果到达了上线行程内部具体的开关闭合位置过程中，机械手内部上升交流所在的基接触器发生断电，从而使电动机的转动最终停止，同时等待来自于主控系统发送的主图命令，并将会启动整个液压系统完成转入。由于当机械手开始转动时，半径部分出现了相互重叠的情况，因此，每次都会支持一只机械手完成转入动作。如果机械手全部完成了最终的转入动作，机械手进行同时下降的动作。如果下降放工件具体的行程开关完全接通以后，需要接通机械手内部的电磁阀，使气压系统内部工作得到有效的控制，控制机械手手指最后闭合完成放工件的动作。如果机械手内部闭合阀具有的压力开关实现接通以后，左右机械手将会马上全部闭合，最后完成放胎的动作，同时电动机的反转动作得以顺利的控制，并带动整个机械手开始上升的动作，直到最后达到上线的具体位置，完成机械手最终的整个过程。实物图见图一所示。
5.结语
本文对工业机械手的结构和控制进行了设计。液压技术在该机械手中的应用，使设备更容易实现自动控制和过载保护，整体结构更加紧凑。西门子S7-200 型号的PLC在总控制中的应用，使得机械手在工作时更加稳定和便于控制。
参考文献:
[1]张凯. PLC在液压机械手控制系统中的应用[J]. 科技风，2015，（06）：131.
[2]胡高峰，李占贤，黄金凤. 基于PLC的高速并联机械手控制技术[J]. 机械工程与自动化，2013，（03）：145-147.
[3]张会桥.气动机械手在自动化冲压生产线设计中的应用[J].科技传播，2016，8（14）：176-176，211.
[4]彭国庆，陈柏金.基于气动机械手的自动化冲压生产线的设计[J].锻压技术，2012，37（3）：85-88.
[5]宁志刚.自动化冲压生产线技术研究[D].湖南大学，2014.
[6] 张世昌.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社.2005.
[7] 王先逵.机械制造工程学基础.北京：国防工业出版社.2008.
[8] 蔡光起.机械制造技术基础.沈阳：东北大学出版社.2002.
[9] 曾志新.机械制造技术基础.武汉：武汉理工大学出版社.2001.
[10] 傅水根.机械制造工艺基础.北京：清华大学出版社.1998.
论文作者:齐宏宇,黄东梅,姚保成
论文发表刊物:《防护工程》2017年第4期
论文发表时间:2017/7/7
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