摘要：在政府的扶持下，我国的工业空前发展，现如今，提高工业生产效率这个问题受到了人们的广泛关注，对此，自动化生产机械手被广泛应用于工业生产中，并受到了行业的重视。但是，传统的自动化生产机械手已无法满足工业生产的日益增长的需求，因此，本文介绍了一种基于 PLC 的自动化生产机械手，分析了它的整体设计和控制要求，并对 PLC 在自动化生产机械手中的应用做了研究，以推动机械手在工业生产中的进一步应用发展。相较于传统的机械手而言，PLC 机械手更能实现机械的精准定位，且不断地重复工作和劳动，抓举重物的力量也比传统机械手有所增加，操作更加简洁灵活，应用范围更加广泛，受到了业界的普遍认可。
关键词 ：基于 PLC 控制；工业机械手；自动化生产
引言：机械手进行工作的程序是由四个气缸之间的工作链接组合来完成的，分为：①悬臂气缸；②气缸手臂；③气抓气缸；④旋转气缸。要想使机械手臂按照规定的要求和程序进行搬运工作，就必须要保证此项装置能够完全的运行，在能够保证安全运行的基础上，还要考虑到运行的效率是否可以达到一定的标准，并能保证此项机械手的运行相比较人工搬运能将运行效率发挥到最高。第三方面，我们还要考虑到，机械手在操作过程中是否更加的方便快捷。这三个条件是必须在编写程序时候保证能完成的。在当今社会的快速发展中，在自动生产的大环境影响下，机械手的运用相当广泛，不管是单机操作还是组合机械的操作，运用都是很普遍的。由此可以看出，在今后的社会发展中，此项技术的人员对此要提高重视，机械手在生产的效率和质量中有着一定的影响地位。
1.工业机械手控制系统概述
1.1 工业机械手控制系统发展历史
机械手控制系统是基于机器人为基础逐渐发展起来的一种控制方式。机械手在上个世纪中叶就开始了相关研究。而在就似乎安静技术手段不断发展过程中，自动化技术也在日益长输，随着数字电子计算机的问世，其呈现着高速度、大容量以及低成本的发展趋势，大批量的生产推动了自动化技术的发展，也为机器人以及机械手控制系统的发展与研究奠定了基础。
1.2工业机械手控制系统驱动模式
1.2.1液压驱动式
液压驱动式机械手就是利用通常油缸以及油马达等液动机、伺服阀系统、油泵系统、油箱系统构成驱动系统，主要就是通过驱动机械手执行工作。在常规状况之下其具有一些抓举能力，主要的特点就是结构紧凑、动作操作较为平稳、且冲击性能良好，耐震动以及防爆性较为良好。但是在液压元件中对于制造的精准度以及密封性能有着严格的要求，可以有效的避免环境污染等问题。
1.2.2气压驱动式
气压驱动系统主要就是通过气缸系统、气阀系统、气罐系统以及空压机系统共同构成，在操作中的主要特点就是其气源来源较为便捷，动作较为迅速，且结果简单，价格低廉，维修也相对较为便捷。在操作中存在的主要问题就是无法控制其速度，气压适宜，因此其抓举能力相对较低。
1.2.3电气驱动式
电力驱动是一种较为常见的驱动方式。其电源方便，且响应速度较快，驱动力相对较大。信号监测、传动以及处理相对较为便捷，可以通过不同的方式对其进行系统控制。其中以进给伺服电动机的负载为例，计算负载转矩方法如下：
M=Fl/2πη+M f； 其中：
M 为加到电到电机轴上的负矩（N·cm）；
F 为轴向移动滑块所需的力（N）；
η 为驱动系统效率；
ｌ为电机轴每转的机械位移量（cm）；
π 为圆周率；
M f 为折算到电机轴上的滚珠丝杠、螺母部分、轴承部分的摩擦转矩（N·cm），不包括 η。
1.3 PLC 的运行原理与应用优势
PLC 又被称为可编程逻辑控制器，是一种电子控制系统，具体包含五个组成部分，即电源、中央处理单元、存储器、输入单元与输出单元。在 PLC 中央处理单元运行的过程中会不断收集各种控制信号，而存储器则可以用来编写内部存储程序，并执行动作指令，如定时控制、自行运算、数量计算、动作顺序与逻辑运算。通过执行指令与执行程序，可以实现对生产过程的有效控制。
PLC 可编程逻辑控制器的优势在于通过开关控制来确保回路控制的连续性，能够进一步构成更加复杂的控制体系，进一步提高 PLC 控制机械手的使用性能，提高工业自动化生产的效率与质量。同时，PLC 可编程逻辑控制器的使用优势在于便捷性与简单性，即便对于一个完全没有接触过电子设备与计算机的人来说，PLC 可编程逻辑控制器也可以通过简单的旋钮或按键输入简单指令进行操作并完成动作。在使用过程中，PLC 也具有体量小、体积小、便于安装、能源损耗小等各种优势，同时可以实现自我状态检测，诊断自身故障，以便于运维检修人员及时排除相关故障，确保 PLC 可编程逻辑控制器的使用效果。
1.4 PLC 中应用机械手时存在的特点
在编写机械手程序的时候，采用 PLC 可以很大程度上的提高控制系统的可靠性，并且，机械手小体积的特点可以有效的扩大使用范围和环境，可以增加机械手的多方面应用。除此之外，机械手的使用特点还有精准度，在机械手的运行中，可以有效的提高工作效率。机械手可以代替人工进行作业，减少了人工开支，也就降低了成本，随着作业的需要，机械手也不断升级更新，主要表现在手指灵活性，手臂关节数量由三个升级到十几个，甚至更多，可以根据作业的需要自行调解。所以，机械手运用到 PLC 中，不仅仅可以提高自动化的运行，还能提高工作效率，保证安全性，提升工厂的生产品质，PLC 应用机械手，还可以更高的发挥出它们的各种优点。
2. PLC 控制机械手在自动化生产上的应用
PLC 控制机械手在实际的应用过程中，经常是做一个固定循环动作，例如在搬运机械手中，首先会将抓紧机构上升到一定的高度，然后通过两个位移轴的控制，将机械手准确定位到抓取位置处，然后将机械手放下，机械张紧机构松开，然后对货物进行夹持，将货物牢牢抓紧，并将其升高到指定的高度，在通过两个位移轴的控制，将货物准确运送到指定的位置。在这个动作循环完成后，再进行另一个循环动作。机械手动作的控制，主要依靠 PLC 来完成，其负责对机械手运动姿态的控制，有效监控机械手完成各种动作。
我们以某工厂自动化生产线上的一台机械手为例来进行说明，其主要由机械手臂、步进电机、工作台和各种传动机构组成。机械手在水平和垂直高度上的位移，通过步进电机来进行控制，对物体的抓取是依靠电磁阀来完成的。为了有效完成对机械手的控制，需要我们根据机械手的不同动作，来编制相应的 PLC 控制程序，此外还需要各种行程开关的配合，才能完成各种动作。其中开关 SQ1、SQ2、SQ5、SQ7，主要是对机械手上下、左右的运动进行限位。SQ3 和 SQ4 是原点开关，是机械手活动的坐标原点。在实际的机械手控制过程中，需要先进行回零操作，确定机械手的坐标原点，然后 PLC 程序会根据抓取高度的要求，通过输出脉冲的方式，来控制升降电机进行运动，从而将抓紧机构升高的高度，高度可以直接由 PLC 输出脉冲的数量来进行控制。抓紧机构在定位过程中的运动，和这种控制方式非常类似，也是通过 PLC 控制输出脉动的方式来对抓紧机构的位置和速度进行控制的。对抓紧机构抓紧动作的控制，主要是通过对电磁阀的控制来实现的，只需要一个触点开关，就能控制电磁阀的吸合动作，让抓紧机构处于抓紧和放松的状态。
图 1 机械手结构示意简图
3.PLC控制机械手种类与应用技巧
随着经济与社会的发展，PLC 发展领域也在不断地发展与扩大，机械手的种类也越来越多。最早的机械手，主要应用在冶金、石油化工领域、建材、机械制造、电力以及轻工业等领域上，机械手在不断的发展，越来越多的扩展其发展的外延性，在未来的发展前景方面是十分值得期待的。
在发展的过程中，机械手的大小是向可编程控制器具有向高速度和大容量的方向上发展以及两个极端的发展方向，就是超大型机械手和超小型的机械手方向去发展，也在开发着属于自己的智能模块，在加强互联网的通信能力方面都有自己的建树。同时，在外部的故障检测处理能力方面，也发展的越来越好，越来越精细，编程语言也更加多样化和丰富化，可以适应现代高速发展的经济社会。
关于机械手的应用技巧，机械手在使用时，应该根据不同的作业环境进行具体的操作，提高机械手的应用技巧对于日后的一个整体工作具有重要意义。在日常对机械手进行应用时，可以应用机械手的自由度对机械手进行设计和控制。在专用机械手进行设置时，以机械手的灵活度为 2 个到 3 个灵活度进行设置。在运用技巧方面，最为主要的就是对机械手的自由度进行合理的设置，使机械手在具体地使用中得到最大程度的发挥。机械手的自由度越多，机械手的灵活度就越大。在机械手的控制系统上，控制的核心是单片机以及 DSP 等微控制的芯片构成的，在机械手的使用中，需要对微控制的芯片进行了解，这样在使用机械手的时候，就可以提升机械手的使用效率。
结束语：
随着科技的不断发展，社会的不断进步，编程控制器被广泛应用，机械手的智能操作也是将来社会发展的方向，PLC 被广泛应用到自动化工作中，将我国自动化设备的进步表现得淋漓尽致。现如今，PLC 也在不断的更新升级，机械手不断的改进设置程序，也在随时完善着自身的工作性能，给作业中带来了更好的准确性，同时也提高了工作效率。
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论文作者:张明月
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/5
标签：机械手论文; 动作论文; 可编程论文; 操作论文; 控制系统论文; 气缸论文; 系统论文; 《防护工程》2019年第1期论文;