摘要：搬运机械手主要用于零部件或成品在指定位置之间的移动，替代人工作业，对人类有害的恶劣环境采用搬运机械手。它具有自动化程度高、动作灵活的特点，降低不合格率，实现高产出利润。本文设计小巧灵活的搬运机械手，是由双线圈两位电磁阀推动气缸实现位移移动，由单线圈两位电磁阂驱动气缸来实现机械手的夹紧和放松，实现物料的抓取和粗略定位摆放的功能。通过人机界面加PLC的方式实现对机械手逻辑控制。此文内含搬运机械手控制系统简图，编写I/O地址，达到相应的控制效果。
关键词：机械手；PLC；控制系统；控制程序
1.绪论
1.1应用背景和意义
机械手相关研究背景和意义[1]。其发展历史可以追溯到十九世纪，当时美国成功研可以进行程序编制的关节传送装置，紧接着美国的国家能源实验室又成功的研制了遥控式操作机械手。二十世纪来，科技的巨大进步和工业化大力普及，机械手被致力于机械制造、汽车生产、货物运输等领域，后来逐步在先进制造技术等领域得以见其身影。机械手研究是多种学科的交叉，比如机械、控制、电子等学科。
工业自动化的大力发展速度使得可编程控制器的出现，再加上计算机技术，可编程控制器在软硬件等方面都得到飞跃式发展。利用可编程控制器来实现系统的逻辑控制，计算灵活，通用性强，减少接线工作，从而节省时间。可编程控制器采用的是梯形图语言，图形语言简单明了，缩短学习周期，也提高编程效率。
1.2国内外研究现状
目前机械手技术有了新的发展，出现了仿人型机械手、智能机械手，即不仅可以按照具体目的实现动作，还可以根据实际生产状况，自助学习，譬如规避障碍物，规划作业次序等。机械手的应用领域也正在向非制造业和服务业方向延伸。在近几年内，机械手发展速度呈现井喷式发展，使得机械手发展迅猛，这样可得到性能卓越，价格适中的机械手。模块化的组成机构将是机械手发展的重点，控制系统的发展方向也逐渐向着开发型的方向行进着。
而在国外大力发展机械手的同时，我国也毫不甘示弱。我国也在追赶的过程掌握了一些类型的机械手。如搬运机械手、焊接机械手和喷形机械手等一系列机械手类型。我国基本自我摸索中拥有设计机械手操作机和制造机械手操作机等方面技术，成果攻克机械手控制驱动系统中的难题，已能独立设计和配置相关机械手控制和驱动系统，其中还包括设计新的软件和编制新的程序等成果。从最近几年的发展来看，我成功具备自主研发和设计具有中国特色的机械手。大之而言，机械手已经成为自动化生产中的不可或缺的重要组成，它的发展将会绘制人类工业发展的蓝图，前景无限光明。
2.PLC可编程控制器简述
2.1 PLC概况
PLC英文翻译即是可编程逻辑控制器[3]。它的诞生主要是针对于工业环境下的数字运算电子系统。它采用可编程形式的存储器，在它的内部存储空间中执行逻辑运算、顺序控制和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
3.搬运机械手的设计
3.1搬运机械手的总体设计
搬运机械手的设计要实现机械手灵活，能够实现快速抓取货物和准确定位放置货物，为此我们要求在设计时，注重机械手抓取和放松时的较高精确度，比较快速的反应能力。除此之外，我们还要求搬运机械手要有一定的承载能力，有一定抵抗变形和抗冲击的能力，还要兼顾搬运机械手在空间运动的范围。
设计该搬运机械手，大体思路如下，要明白该搬运机械手所搬运的货物最大最小尺寸，所装货物的成分，对于采取相应的作业技术实现相应目的，采用最合适的设计方式，以实现设计最优解。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其次，还要了解抓取和搬运货物的工作环境，以便确认搬运机械手选择的材料、尺寸和结构方式，同时在选材料时还应该兼顾经济。本文设计的是，适用于小批量搬运的机械手，可在强度比较高，操作简单，环境比较恶劣的环境之中，也可根据不同的要求，可改变控制的程序的自动搬运机械手
本文所设计的搬运机械手工作原理为在PLC可编程控制器的控制下，结合相应的传动方式，来实现有序运动，同时会有搬运速度和搬运时间的控制。另外还会对机械手的动作监视，以检测执行机构是否按照控制系统信息执行相应运动，当执行机构发生故障或不能按照指定的动作执行，检测会发出警报信息。还会设置相应反馈装置，比如位置记录装置，它可以随时检测记录即时的位置信息，把收集到的即时消息同步输入到控制系统中，并计算瞬态时的位置信息与原定的位置信息误差，一旦当产生误差时，控制系统会自我修正，给出修正指令后，从而更加准确有效率的完成完成任务
3.2驱动系统
驱动系统是动力来源，它使搬运机械手执行机构进行固定运动。本文采用液压传动，因为液压传动由于动作迅捷，反应灵敏度高，性价比高，价格相比较机械传动便宜等优点。
3.3控制系统
控制系统是整个机械手的中枢，它对给定运动起着发号施令的作用，指挥着机械手按照预先给定运动执行指令。本文的搬运机械手设计控制系统主要是由程序控制实现的，本文搬运机械手控制系统采用本科学过的PLC来实现控制问题，即采用PLC控制系统。该程序中包括，已规定的实现固定功能的指令信息，比如执行机构的动作先后顺序，机械手的运动轨迹图形，机械手的抓举和搬运的运动速度和完成指令所需要的时间，与此同时，控制系统还应该包含监控的功能，以便得到即时的修正，提高精度，减少误差。
3.4位置检测装置
位置检测装置它的职能是帮助控制系统，与控制系统共同作用下实现搬运机械手位移运动的精确运动。主要实现方法为，通过一些位移传感器实时检测搬运机械似的位置信息，将得到的信息反馈到控制系统中，控制系统会与最初输入的位置信息进行对比，若产生误差，控制系统给出调整信息，及时校正，达到比较高的精确度，进而提高效率。
4.搬运机械控制系统
4.1搬运机械手的控制原理
该机械手设计是可以实现水平位移方向和垂直方向位移设备，具体流程为工件被从左工作台移动至右工作台，然后由相关传感器探测工作台上是否存在工件。搬运机械手通常固定在某一位置，该位置通常被称为原点，它由气缸驱动实现相应指定的动作，电磁阀控制气缸。而对于具体动作而言，由双线圈二位电磁阀控制上升动作和下降动作和左移动作进和右移动作，由一个单线圈二位电磁阀控放松动作和夹紧动作。
4.2程序设计
当PLC中输出Y0时，KV1实现导通并使得KM1继电器导通，机械手完成上升动作；当KM2继电器通电时，机械手完成下降动作；当KM3继电器导通时，机械手完成右移动作；当KM4继电器导通时，机械手完成左移；而要想实现搬运机械手夹紧货物或放松货物则需要使KM5电磁阀导通。
参考文献：
[1] 孙桓、陈作模主编.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2016.
[2] 史国生.电气控制与可编程控制器技术 [M].北京:化学工业出版社,2017.
[3] 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京: 东南大学出版社，2016．
[4] 朱龙根,简明机械零件设计手册(第二版)[M] ,机械工业出版社, 2015.
[5] 邓星钟,机电传动控制(第三版)[M] ,华中科技大学出版社, 2016.
[6] 马志溪.电气工程设计[M].北京: 机械工业出版社,2015.
论文作者:刘衎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/27
标签：机械手论文; 控制系统论文; 动作论文; 位置论文; 信息论文; 可编程控制器论文; 执行机构论文; 《电力设备》2018年第28期论文;