導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇機(jī)械手設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

Abstract： The hydraumatic manipulator mainly takes hydraulic manipulator as the media， and uses the liquid pressure to drive the movement of the actuator. Its main features are： First， it can realize the automation of circulation work and automatic overload protection. Then， the control is simple， convenient and effort. Finally， the non-clearance transmission can be better achieved in this way， and the operation is more smooth and steady.

關(guān)鍵詞：液壓；機(jī)械手；控制

Key words： hydraumatic；manipulator；control

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）01-0145-02

0 引言

機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、執(zhí)行軌跡、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓舉或搬運(yùn)的自動(dòng)化機(jī)械裝置。產(chǎn)品機(jī)械手價(jià)格昂貴，一些小型機(jī)械企業(yè)望而止步。文中所研究的機(jī)械手采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，主要功能是實(shí)現(xiàn)上下料過(guò)程的自動(dòng)化。其造價(jià)低廉、控制性好，可為小型機(jī)械行業(yè)所用?，F(xiàn)將設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單介紹。

1 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)

①自由度（四個(gè)自由度）

臂轉(zhuǎn)動(dòng) 180°

臂上下運(yùn)動(dòng) 175mm

臂伸長(zhǎng)（收縮） 400mm

手部轉(zhuǎn)動(dòng) ±90°

②手指握力 392N

③驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng)

2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制出其機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 本次液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置，被抓取工件等部分組成，各系統(tǒng)之間的相互關(guān)系如圖2所示。

2.3 機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成的，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)又包括末端操作器、手腕、手臂和機(jī)身。

2.3.1 末端操作器

機(jī)械手為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上裝上了操作機(jī)構(gòu)被定義為末端操作器。它的最為基本作用是：直接抓取工件、工具或物體等，末端操作器的功能與人手相似，工件的形狀和特征直接決定末端操作器的機(jī)構(gòu)形式。本次設(shè)計(jì)手部的結(jié)構(gòu)選擇為滑槽杠桿式夾鉗。

2.3.2 手腕

機(jī)器手的手腕是連接手部和手臂的橋梁，其主要用途是調(diào)節(jié)、改變工件的坐標(biāo)，因此具有相對(duì)獨(dú)立的自由度，從而使機(jī)器人的手部能夠完成各種復(fù)雜的動(dòng)作。一般，按照自由度分類，手腕可以設(shè)計(jì)為三個(gè)自由度。分別為：?jiǎn)巫杂啥?、二自由度和三自由度。本次設(shè)計(jì)中選用的是單自由度手腕。

2.3.3 手臂

手臂是機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尤為重要組成部件。手臂根據(jù)它的運(yùn)動(dòng)方式可以分成四種類型，它們分別是“直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)。此次設(shè)計(jì)選用的是直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

2.3.4 機(jī)身

機(jī)械手的最基礎(chǔ)的部分是機(jī)身，它的主要作用是連接、支撐。所以機(jī)械手主要承受動(dòng)力裝置、液壓裝置的重量。

通過(guò)Pro/E軟件完成機(jī)械手的三維造型如圖3所示。

2.4 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

四自由度液壓機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能準(zhǔn)確完成上下料工作，機(jī)械密封可靠，說(shuō)明液壓回路的設(shè)計(jì)及液壓元器件的選擇滿足產(chǎn)品使用的需求。最為重要的是整套設(shè)備的制作費(fèi)用在五千元左右，與產(chǎn)品工業(yè)機(jī)器手?jǐn)?shù)萬(wàn)元的價(jià)格相比，很大程度上滿足了小型機(jī)械企業(yè)向自動(dòng)化、智能化發(fā)展的需求，可為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]康立新，馬建華.工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)[R].工程技術(shù).

[2]謝明廣，孔祥戰(zhàn)，何宸光.機(jī)器人概述[M].哈爾濱：哈爾濱大學(xué)出版社，2013.

篇2

關(guān)鍵詞：8051；單片機(jī)；機(jī)械手；工件搬運(yùn)

中圖分類號(hào)：TP391.41；TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 12-0000-01

機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)中常見的一種控制對(duì)象。它能模仿人的手、臂，抓、搬物件。雖不能完全取代人手，但在重復(fù)頻率高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高的環(huán)境下顯示出一定優(yōu)勢(shì)。機(jī)械手主要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手部）、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分。手部主要用來(lái)抓持工件；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要帶動(dòng)手部實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)；控制系統(tǒng)則通過(guò)對(duì)機(jī)械手電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。

目前企業(yè)用的機(jī)械手多用PLC和低壓電器實(shí)現(xiàn)，此方法控制簡(jiǎn)單，可靠性高，但成本高，本系統(tǒng)采用8051單片機(jī)為控制核心，輔以低壓電器限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，在保證可靠性的前提下，大大降低了成本，并且便于實(shí)現(xiàn)無(wú)工件檢測(cè)、自動(dòng)計(jì)數(shù)、遙控和實(shí)時(shí)檢測(cè)，應(yīng)用前景廣闊。

一、控制系統(tǒng)功能

如圖1所示是一臺(tái)工件搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖，其功能是將工件從A點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)。機(jī)械手的升降和左右運(yùn)動(dòng)分別由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中上下移動(dòng)對(duì)應(yīng)電機(jī)1，左右移動(dòng)對(duì)應(yīng)電機(jī)2。單片機(jī)合理控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的全方位運(yùn)動(dòng)，通過(guò)記步方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位，并可通過(guò)修改記步參數(shù)修訂移位距離。為防止系統(tǒng)死機(jī)，還設(shè)有上下左右4個(gè)限位開關(guān)X1、X2和X3、X4，實(shí)現(xiàn)撞車保護(hù)。機(jī)械手的夾緊、松開動(dòng)作由電磁鐵實(shí)現(xiàn)，線圈斷電夾住工件，線圈通電，松開工件，以防止電源停電時(shí)工件跌落。電磁鐵線圈的通斷電由5V繼電器控制，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。機(jī)械手最上面、最左邊且距離上面和左面限位開關(guān)一個(gè)小間隙的位置為初始原點(diǎn)，而且通過(guò)設(shè)置可以重新定位原點(diǎn)，以適應(yīng)不同工序的要求。本系統(tǒng)除工件的自搬運(yùn)控制外，還可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制、零點(diǎn)設(shè)定和越位報(bào)警等。如圖1所示，把工作方式開關(guān)撥到原點(diǎn)位置，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)回到設(shè)定零點(diǎn)位置待命；撥到自動(dòng)位置，機(jī)械手自動(dòng)完成工件的搬運(yùn)工序，并循環(huán)運(yùn)行；撥到手動(dòng)位置，可通過(guò)按鍵控制機(jī)械手的各種動(dòng)作。

圖1 工件搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作示意圖

圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖

二、軟件設(shè)計(jì)

（一）總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括回原點(diǎn)模式，手動(dòng)模式和自動(dòng)搬運(yùn)三種工作方式，如圖2所示。把模式開關(guān)撥到原點(diǎn)位置，K9接通，執(zhí)行回原點(diǎn)程序，機(jī)械手自動(dòng)回到原點(diǎn)位置。把模式開關(guān)撥到手動(dòng)位置，則K8接通，執(zhí)行手動(dòng)控制程序，此時(shí)可通過(guò)K1-K6鍵手動(dòng)控制機(jī)械手，此模式下，若按K10鍵，則以機(jī)械手此時(shí)的坐標(biāo)重新設(shè)定原點(diǎn)。把模式開關(guān)撥到自動(dòng)位置，則K7接通，此時(shí)執(zhí)行自動(dòng)搬運(yùn)程序，機(jī)械手自動(dòng)把工件從A點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)，循環(huán)往復(fù)。模式轉(zhuǎn)換時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記憶機(jī)械手當(dāng)前的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以便在另一個(gè)模式下能連續(xù)運(yùn)行。

（二）回原點(diǎn)功能

初始狀態(tài)以最左邊和最上邊位置為原點(diǎn)。此過(guò)程中以步進(jìn)電機(jī)的步為計(jì)量單位精確定位，以滿足工序的誤差要求。K9按下，單片機(jī)控制電機(jī)將機(jī)械手定位到設(shè)定原點(diǎn)，無(wú)需人工值守，且原點(diǎn)可在允許范圍內(nèi)隨意設(shè)定，以滿足不同工件、不同工序的要求，大大提高了本設(shè)計(jì)的靈活性。

（三）手動(dòng)操作功能

K8按下，激活手動(dòng)控制程序，此時(shí)點(diǎn)按K1-K6鍵可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，其行程大小可通過(guò)程序設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)合的需要，長(zhǎng)按鍵則實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的連續(xù)運(yùn)行。此時(shí)按K10鍵重新設(shè)定原點(diǎn)。

（四）自動(dòng)運(yùn)行功能

K7按下，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械手的位置和狀態(tài)，若機(jī)械手不在原點(diǎn)或有工件被夾持，則系統(tǒng)首先執(zhí)行回原點(diǎn)程序，并釋放工件；否則直接執(zhí)行自動(dòng)運(yùn)行程序。在程序的控制下，機(jī)械手首先下降到工件位置，電磁鐵斷電，將工件夾起；然后重新上升返回到原點(diǎn)位置，垂直方向偏移量清零；此時(shí)水平電機(jī)啟動(dòng)，將機(jī)械手帶到最右側(cè)；然后垂直電機(jī)再工作將機(jī)械手帶動(dòng)到工件位置，并釋放工件；然后連續(xù)執(zhí)行上升、左移代碼，機(jī)械手重新回到原點(diǎn)，水平和垂直偏移量清零，第一個(gè)自動(dòng)循環(huán)結(jié)束。只要模式轉(zhuǎn)換開關(guān)位置不變，機(jī)械手便會(huì)循環(huán)往復(fù)執(zhí)行此循環(huán)動(dòng)作。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文采用89C52單片機(jī)作為控制核心，在C程序的控制下通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在多種工作模式下的精確運(yùn)動(dòng)和操作，為防止機(jī)械手的越位運(yùn)動(dòng)，本系統(tǒng)中還設(shè)置了硬件限位開關(guān)和報(bào)警功能，不但保證了系統(tǒng)的精度和靈活性，而且大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提高了企業(yè)生產(chǎn)的工作效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

篇3

關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手；電氣一體化；定位控制

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械手成為當(dāng)今時(shí)代的標(biāo)志，有效改善勞動(dòng)條件，保障人身安全。當(dāng)前，機(jī)械手可以精確執(zhí)行預(yù)先編寫的程序命令，實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)動(dòng)作，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、模具鍛造或者點(diǎn)焊、噴漆工藝方面。本文基于完成生產(chǎn)線之間物品運(yùn)輸設(shè)計(jì)的機(jī)械手系統(tǒng)，能夠完成手臂上下伸縮、手臂左右擺動(dòng)以及手指抓握3個(gè)動(dòng)作；采用集成傳輸模式，即手臂機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，手爪機(jī)構(gòu)則采用氣壓傳動(dòng)。

1.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 伺服電機(jī)選擇

電機(jī)選擇方面，本課題選用交流伺服電機(jī)，因?yàn)殡S著電機(jī)調(diào)速方法的不斷研究，目前能夠?qū)㈦姍C(jī)調(diào)速范圍與成本降低到寬調(diào)速直流電機(jī)。同時(shí)，交流伺服電機(jī)擁有較高的可靠性和控制性，因此目前能夠得到廣泛應(yīng)用。而直流伺服電機(jī)內(nèi)部存在電刷和換向器因素，導(dǎo)致電機(jī)工作可靠性降低，提高后期運(yùn)行成本；交流異步電動(dòng)機(jī)雖然沒有電刷磨損，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但應(yīng)用時(shí)對(duì)其調(diào)速十分煩瑣，成本相對(duì)較高，不經(jīng)濟(jì)適用?？紤]到電機(jī)后期維護(hù)方便，本課題的升降電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)都選用交流伺服電機(jī)PanasonicMDMA152P1U型號(hào)，便于后期保養(yǎng)維修，采用的驅(qū)動(dòng)器為MDDDT5540型號(hào)。

1.2 氣缸和閥門的選擇

本機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度由氣流調(diào)節(jié)閥控制，運(yùn)動(dòng)方向由電磁閥控制。目前，氣體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)憑借其價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)氣動(dòng)夾持器由于氣體的可壓縮性，在捕獲過(guò)程中具有一定的靈活性，不會(huì)由于力度過(guò)大導(dǎo)致被抓取物破壞。根據(jù)指尖距離及手爪夾緊力，夾緊裝置選擇一個(gè)具有可調(diào)緩沖裝置的雙作用氣缸，并設(shè)有夾緊裝置和壓力傳感器。氣缸本身配有兩個(gè)一位單通閥門，本設(shè)計(jì)為了能夠保證氣缸在斷氣狀態(tài)下保持氣缸內(nèi)部的壓力，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用SMC公司的VZ110氣開閥。

1.3 傳感器的選擇

傳感器的功能是將被測(cè)物的物理量轉(zhuǎn)變成由控制系統(tǒng)可以識(shí)別的電信號(hào)。實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)本身以及工作對(duì)象、工作環(huán)境的狀況，為控制系統(tǒng)提供有效精準(zhǔn)的電信號(hào)。本課題研究的機(jī)械手，位置檢測(cè)裝置主要用來(lái)判斷機(jī)械手執(zhí)行左旋/右旋，上升/下降等動(dòng)作時(shí)是否到位，通常選擇行程開關(guān)，并將其安裝在預(yù)先設(shè)定的位置。本機(jī)械手選用直線接觸式行程開關(guān)，當(dāng)行程開關(guān)檢測(cè)到機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，立即終止當(dāng)前動(dòng)作，準(zhǔn)備運(yùn)行下一動(dòng)作。

2.機(jī)械手動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

機(jī)械手的工作均由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)和電機(jī)自轉(zhuǎn)來(lái)完成。本機(jī)械手的一個(gè)工作周期要完成手臂下降―工件加緊―手臂上升―右旋―手臂再下降―松開工件―手臂在上升―左旋8個(gè)動(dòng)作，全部由對(duì)應(yīng)的限位開關(guān)來(lái)控制，系統(tǒng)原始位置設(shè)置在原點(diǎn)，當(dāng)按下開始命令時(shí)，機(jī)械手會(huì)立即有序的執(zhí)行預(yù)訂相應(yīng)動(dòng)作。為確保人身安全，機(jī)械手安裝了一個(gè)光電開關(guān)，當(dāng)機(jī)械手右旋到預(yù)定位置時(shí)，必須檢測(cè)到右工作臺(tái)上沒有工件時(shí)才能執(zhí)行下降動(dòng)作。另外，機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖功能，在系統(tǒng)斷電斷氣情況下保持機(jī)械手姿勢(shì)。本文研究的機(jī)械手系統(tǒng)工作方式一共有手動(dòng)操作，半自動(dòng)操作，自動(dòng)操作3種模式，當(dāng)系統(tǒng)上電后機(jī)械手首先初始化，然后進(jìn)行選擇相應(yīng)的工作方式。

3.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是機(jī)械手設(shè)計(jì)的重要組成部分，是保證機(jī)械手在工作過(guò)程中安全可靠的關(guān)鍵。實(shí)時(shí)控制著機(jī)械手的每一個(gè)作業(yè)動(dòng)作，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性的好壞直接決定了機(jī)械手工作過(guò)程的效率，起著不可低估作用。

3.1 PLC的選用

本文機(jī)械手的控制系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用“CPU226AC/24輸入/16輸出”型PLC，另外，由于系統(tǒng)I/O端的分組情況及隔離與接地的需求，需要增加10%～20%的裕量，配置了兩個(gè)EM253位控模塊和一個(gè)EM22324VDC數(shù)字組合8輸入/8輸出的擴(kuò)展模塊。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，控制面板上操作按鈕的輸入端應(yīng)該接入PLC輸入口的I0.0-I1.5，系統(tǒng)的行程開關(guān)接入I1.6-I2.3，料架上的兩個(gè)光電傳感器應(yīng)該接入I2.4、I2.5輸入口，伺服驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警端接入I2.6、I2.7接口，伺服電機(jī)定位完成后發(fā)出的信號(hào)接入I3.0、I3.1。其次，PLCQ0.0-Q0.6輸出端連接系統(tǒng)信號(hào)指示燈，Q0.7-Q1.4端連接外部信號(hào)，實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)械手狀態(tài)，Q1.5-Q1.7端連接驅(qū)動(dòng)器，為電機(jī)提供電源，Q2.0-Q2.3端連接定位模塊，主要控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，Q2.4-Q2.5端連接氣缸控制閥，調(diào)節(jié)氣缸的伸縮。

3.2 控制模塊設(shè)計(jì)

本文中，控制系統(tǒng)主要由PLC主控單元、I/O模塊和EM253位核心控制器構(gòu)成，機(jī)械手的抓放動(dòng)作由選用的氣缸驅(qū)動(dòng)，其余動(dòng)作由選用的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)配有驅(qū)動(dòng)器，由位控模塊接收脈沖輸入。結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)配有極限行程開關(guān)，每個(gè)部件的極限運(yùn)動(dòng)由脈沖來(lái)限位。主控單元采用單獨(dú)封裝，設(shè)計(jì)為模塊式結(jié)構(gòu)，安裝在相應(yīng)的支架上，主要包括PLC模塊、觸摸終端、I/O模塊和兩個(gè)位控模塊，通過(guò)PLC專用電纜進(jìn)行相互通信。位控模塊采用的是PLC特殊模塊EM253，因?yàn)榭梢赃\(yùn)用其產(chǎn)生的脈沖串對(duì)電機(jī)速度何位置進(jìn)行開環(huán)控制，產(chǎn)生的脈沖串存儲(chǔ)在S7-200相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中，通過(guò)擴(kuò)展的I/O總線與S7-200進(jìn)行通信。

3.3 控制面板的設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手根據(jù)實(shí)際應(yīng)用所需設(shè)置以下控制按鈕。（1）工作模式選擇開關(guān)：當(dāng)正常生產(chǎn)時(shí)將機(jī)械手調(diào)到自動(dòng)模式，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)報(bào)警時(shí)可以將機(jī)械手調(diào)到手動(dòng)模式，機(jī)械手可通過(guò)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。（2）電源開關(guān)：當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)準(zhǔn)備工作時(shí)，必須將電源撥至ON位置，給系統(tǒng)設(shè)施供電，其中觸摸終端由PLC進(jìn)行供電。當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)停止工作時(shí)，必須將電源撥至OFF位置，切斷一切設(shè)施供電，保證系統(tǒng)及人身安全。（3）急停按鈕：當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)突況例如搬運(yùn)不夠穩(wěn)定、下放物品不到位、超過(guò)了極限位置以及沒有抓取成功目標(biāo)物等等發(fā)生時(shí)，迫使機(jī)械臂系統(tǒng)停止工作，此時(shí)僅需按下急停按鈕，則可立即使機(jī)械手停止工作，有效避免事故的發(fā)生和經(jīng)濟(jì)損失。（4）機(jī)械手上升、下降、左旋、右旋、夾緊、松開按鈕：這些按鈕通常在調(diào)試或者排除系統(tǒng)故障時(shí)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行單步操作時(shí)使用，屬于手動(dòng)操作。（5）復(fù)位按鈕：當(dāng)需要將機(jī)械手系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始位置的情況時(shí)，需要按此按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)復(fù)位功能。（6）啟動(dòng)按鈕：當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)完成上電，工作模式等一系列前期準(zhǔn)備工作之后，按下此按鈕系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)完成預(yù)設(shè)搬運(yùn)動(dòng)作。（7）測(cè)試燈/報(bào)警按鈕：機(jī)械手系統(tǒng)安裝結(jié)束后，要對(duì)機(jī)械手的作業(yè)穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)。此時(shí)，試燈/報(bào)警清除按鈕對(duì)電路上所有的工作指示燈做檢測(cè)，保證正式運(yùn)行時(shí)的安全。另外，當(dāng)機(jī)械手系y出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障維修后，必須按此按鈕消除報(bào)警，使系統(tǒng)進(jìn)行正常作業(yè)。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)方面進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致地研究，能夠?qū)ιa(chǎn)線上有無(wú)工件進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，降低了工作勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的柔性制造方面和工作效率方面起到了不可估量的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001，76（4）：11-16.

[2]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[3]朱春波.PLC控制的氣動(dòng)上下料機(jī)械手[J].液壓氣動(dòng)與密封，1999：21-24.

[4]郭艷萍.基于PLC的工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007，9（9）：31-32.

[5]李長(zhǎng)軍.西門子S7-200PLC應(yīng)用實(shí)例解說(shuō)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

篇4

【關(guān)鍵詞】機(jī)械手;液壓系統(tǒng);設(shè)計(jì)

1.機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析

本文所研究的搬運(yùn)機(jī)械手具有四個(gè)自由度，分別為手腕的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)，坐標(biāo)形式為圓柱坐標(biāo)，采用液壓驅(qū)動(dòng)控制方式，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖

2.機(jī)械手關(guān)鍵液壓回路分析

在驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其中夾緊放松動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)動(dòng)作和伸縮動(dòng)作是主要的動(dòng)作，這里對(duì)這些動(dòng)作的回路進(jìn)行分析。

（1）夾緊回路

夾緊回路采用的是O型三位四通換向閥來(lái)進(jìn)行鎖定，如圖2所示。

1―三位四通換向閥 2―調(diào)速閥 3―二位三通換向閥

圖2 夾緊回路

（2）旋轉(zhuǎn)回路

對(duì)于機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，采用了液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)，原理如圖3所示。

1―二位二通換向閥 2―調(diào)速閥 3―三位四通換向閥 4―液壓馬達(dá)

圖3 旋轉(zhuǎn)回路

3.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)作為搬運(yùn)機(jī)械手的重要驅(qū)動(dòng)方式，主要 用來(lái)使機(jī)械手完成工作夾/松、手部擺動(dòng)、手臂水平位 移和垂直升降等動(dòng)作，主要由油缸、油泵、油壓馬達(dá)和各種閥組成。

系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下：

抓重：20kg

自由度：4

坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)

最大工作半徑：1500mm

手臂最大中心高度：700mm

手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：

伸縮行程：700mm

伸縮速度：400mm/s

升降行程：300m m

升降速度：50mm/s

回轉(zhuǎn)范圍：0°―180°

回轉(zhuǎn)速度：70°/s

手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：

回轉(zhuǎn)范圍：0°―180°

回轉(zhuǎn)速度：9 0°/s

手指夾持范圍：∮30mm―∮60mm

手指握力：500N

根據(jù)系統(tǒng)的工作要求和特點(diǎn)，擬定的四自由度搬運(yùn)機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

4.液壓系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）液壓泵的選擇

泵的工作壓力的確定：泵的工作壓力可按缸的工作壓力加上管路和元件的壓力損失來(lái)確定。采用調(diào)速閥調(diào)速，初算時(shí)可取?？紤]背壓，現(xiàn)取。泵的工作壓力初定為：

式中：p――液壓缸的工作壓力;――系統(tǒng)的壓力損失。

泵的流量的確定：由于液壓缸采用的是差動(dòng)連接方式，而有桿腔有效面積大于活塞面積，故在速度相同的情況下，快退所需的流量大于快進(jìn)的流量，故按快退考慮。已知快退時(shí)所需要的流量，故快退時(shí)泵應(yīng)供油量為：

式中，K為系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取K=1.1～1.3，此處取1.1。

根據(jù)組合機(jī)床的具體情況，從產(chǎn)品樣本中選用YB-4/10型雙聯(lián)葉片泵。其最大提供的流量為：

故所選泵符合系統(tǒng)要求。

（2）選擇閥類元件

各類閥可按通過(guò)該閥的最大流量和實(shí)際工作壓力選取。如表1所示：

表1 液壓閥的選型

序號(hào) 元件名稱 型號(hào) 規(guī)格

1 溢流閥 YF-B32H 21MPa，250L/min

2 調(diào)速閥 Q-H10 32MPa，40L/min

3 單向閥 I-25B 6.3MPa、25L/min

4 二位二通電磁閥 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min

5 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min

6 調(diào)速閥 Q-H20 32MPa，100L/min

7 單向閥 DF―B10K1 35MPa，30L/min

8 二位二通電磁閥 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min

9 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min

10 調(diào)速閥 Q-H32 32MPa，100L/min

11 單向閥 DF―B10K1 35MPa，30L/min

12 二位三通電磁閥 23E1-25B 6.3MPa、25L/min

13 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min

14 調(diào)速閥 Q-H32 32MPa，100L/min

15 單向閥 DF―B10K1 35MPa，30L/min

16 二位三通電磁閥 23E1-25B 6.3MPa、25L/min

17 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min

（3）電機(jī)的確定

快進(jìn)快退時(shí)所需的功率比工進(jìn)時(shí)的功率要大，所以選取電機(jī)功率的時(shí)候用快進(jìn)快退的功率做為選取依據(jù)。系統(tǒng)的壓力為4MPa，流量為14L/min，其功率為：

故選取電機(jī)功率為1.5kw的電機(jī)。

本文主要對(duì)四自由度機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的前進(jìn)，后退，升降和回轉(zhuǎn)功能，并對(duì)系統(tǒng)的主要元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型。根據(jù)仿真軟件進(jìn)行試驗(yàn)，系統(tǒng)能運(yùn)行穩(wěn)定夠滿足需要，可試用推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]張宏友.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2009.

篇5

一、數(shù)控機(jī)床上下機(jī)械手的發(fā)展與動(dòng)態(tài)情況

經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)目前數(shù)控機(jī)床上下機(jī)械手的研究和發(fā)展較為突出，它的動(dòng)態(tài)特征也相對(duì)明顯。一是，模塊化與可重構(gòu)化成為了動(dòng)態(tài)發(fā)展的基礎(chǔ)；二是，PC機(jī)的開放型控制器變?yōu)榱松舷铝蠙C(jī)械手體系發(fā)展的主要方向，網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化態(tài)勢(shì)異常突出。器件的集成度不斷強(qiáng)化，設(shè)計(jì)出的架構(gòu)也更加靈巧，系統(tǒng)安全性和可靠性更為有效；三是，機(jī)械手中的傳感器發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì)，位置傳感器和速度傳感器得到了進(jìn)一步應(yīng)用，視覺、觸覺傳感器的加入使用，更是將上下料機(jī)械手推向了更為先進(jìn)的方向；最后，以焊接和裝配為代表的機(jī)械產(chǎn)品也走向了模塊化方向，其仿真效果和動(dòng)態(tài)特征異常突出。

二、上下機(jī)械手手爪架構(gòu)的流程設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床上下機(jī)械手的樣式多樣，類型豐富，在操作過(guò)程中對(duì)作業(yè)和裝置的要求嚴(yán)格，根據(jù)不同的操作需求，機(jī)械手的選擇也不盡相同。最常見的機(jī)械手是測(cè)量式手爪、搬用式手爪以及加工式手爪，它們的差異明顯，作用不同。機(jī)械式手爪設(shè)計(jì)流程必須符合要求，遵循具體原則實(shí)施施工，根據(jù)其運(yùn)轉(zhuǎn)和作用的內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)和開發(fā)。為了避免它與萬(wàn)能手爪方式存在矛盾，還要將工業(yè)應(yīng)用作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，將重點(diǎn)放在機(jī)械手設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)和健全它的工作職能，考慮設(shè)計(jì)流程的經(jīng)濟(jì)效益。另外，機(jī)械手爪架構(gòu)還必須具備通用特征，能夠使用有限數(shù)量的手爪適應(yīng)不同要求的機(jī)械手，在末端執(zhí)行器開展工作的時(shí)候，還應(yīng)該配置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口，保證執(zhí)行過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化特征。所謂搬用式手爪，即為多種類型的夾持裝置，其主要用于對(duì)物體的搬用和抓取；加工式手爪，即為附有焊槍、銑刀等工具的機(jī)械手附加設(shè)備，其主要用于對(duì)作業(yè)的加工。在對(duì)上下料機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要首先分辨用途，然后在結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)流程，突出其使用效率。

三、上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)方案的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)

數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)流程完善規(guī)范后，還要確保其實(shí)際運(yùn)行的科學(xué)性。由于機(jī)械手手臂基本上都為直線式，它的剛度又較大，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中勢(shì)必會(huì)對(duì)穩(wěn)定性和安全性具有更高的要求。因此，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，一定要選用液壓驅(qū)動(dòng)的方式，根據(jù)液壓缸表現(xiàn)出的直接性驅(qū)動(dòng)特征，突出它的執(zhí)行作用，降低控制難度，并使用計(jì)算機(jī)實(shí)施管理控制。在此基礎(chǔ)上，機(jī)械手手臂在具體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中還具有自身的控制要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不用過(guò)多關(guān)注長(zhǎng)度，僅僅依賴加大液壓缸的直徑來(lái)提高其剛度，那么勢(shì)必?zé)o法滿足系統(tǒng)需要，設(shè)計(jì)問(wèn)題也會(huì)暴露。針對(duì)這樣的現(xiàn)象，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，要添加導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)之中，在小臂上安裝導(dǎo)桿兩個(gè)，并使它們與活塞桿組成一個(gè)三角形，通過(guò)三角形的穩(wěn)定性提高小臂的剛度性能。在大臂上則安置四個(gè)導(dǎo)桿，構(gòu)成一個(gè)四邊形，并且保證每個(gè)導(dǎo)桿都為空心樣式，進(jìn)而最大限度的降低大臂重量，做好機(jī)械手設(shè)計(jì)流程的應(yīng)用，發(fā)揮其技術(shù)能力。

四、機(jī)械手的主要優(yōu)勢(shì)和運(yùn)用

數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的作用和優(yōu)勢(shì)明顯，它的作用突出，具備較好的特征。另外，機(jī)械手的實(shí)施方案具有速度快、工作效率高等優(yōu)勢(shì)，它的負(fù)載能力強(qiáng)，移位的精準(zhǔn)性好，故障出現(xiàn)的頻率勢(shì)必會(huì)大大減小，其優(yōu)勢(shì)作用相當(dāng)明顯。例如，機(jī)械手在DK050機(jī)床上的成功應(yīng)用就是一個(gè)顯著的案例，也是數(shù)控機(jī)床柔性輸送方面的一個(gè)巨大的創(chuàng)新內(nèi)容。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，它勢(shì)必會(huì)得到更加完善的運(yùn)用，機(jī)械手的開發(fā)和使用也將得到前所未有的發(fā)揮，為廣大使用者提供更加便捷的服務(wù)，減少施工時(shí)間，擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益。

五、結(jié)語(yǔ)

篇6

關(guān)鍵詞：PLC控制；工業(yè)機(jī)械手；設(shè)計(jì)研究

前言

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，很多工業(yè)操作靠人工是無(wú)法完成的，并且，一些操作具有較大的危害性，因此，要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)，保證工人施工安全，工業(yè)機(jī)械手得到了較為廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)械手可以進(jìn)行一些高溫、有毒環(huán)境下的工業(yè)生產(chǎn)，極大程度上保證了工人安全，同時(shí)也在很大程度上減緩了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度?；赑LC的氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，將注重相關(guān)程序的具體應(yīng)用，注重把握機(jī)械手設(shè)計(jì)的靈活性和自動(dòng)性特征，通過(guò)一系列編程控制，更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的實(shí)際效用。PLC氣動(dòng)抓取式機(jī)械手，具有較高的可靠性，并且編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大，延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，更加廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

1 氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手的構(gòu)成分析

基于PLC的氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，需要具有較高的靈活性和自動(dòng)化發(fā)展特征，能夠根據(jù)相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手應(yīng)包含以下幾部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，包括了手部、手腕、手臂和立柱等部件，是機(jī)械手完成生產(chǎn)目的的關(guān)鍵部分；氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指揮機(jī)械手完成工業(yè)生產(chǎn)的重要部分，利用氣體壓力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使機(jī)械手完成任務(wù)；控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)械手的大腦，對(duì)機(jī)械手執(zhí)行任務(wù)進(jìn)行指令下達(dá)。一般來(lái)說(shuō)，氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主要以PLC自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)為主；相關(guān)檢測(cè)裝置：檢測(cè)裝置是進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的裝置，通過(guò)檢測(cè)裝置可以更好地確定抓取目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)抓取目的提供依據(jù)。機(jī)械手的構(gòu)成，以PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行指令下達(dá)，之后由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械能傳輸，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行實(shí)際行動(dòng)，并且根據(jù)位置檢測(cè)裝置，進(jìn)行目標(biāo)操作[1]。

2 基于PLC的氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)研究

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于PLC的氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注重機(jī)械手的抓取性能，在實(shí)際工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)快、準(zhǔn)、狠的工作效果。機(jī)械手設(shè)計(jì)過(guò)程中，手臂的運(yùn)行方式有所不同，在進(jìn)行手臂設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到生產(chǎn)的實(shí)際情況，使機(jī)械手設(shè)計(jì)能夠與生產(chǎn)實(shí)際狀況符合。關(guān)于PLC氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，要把握以下幾點(diǎn)：第一，機(jī)械手臂設(shè)計(jì)時(shí)，坐標(biāo)可分為直角坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式等方式。第二，手臂的升降、收縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要保證靈活性，能夠較好地適應(yīng)生產(chǎn)和抓取情況。第三，手臂的上下升降、左右旋轉(zhuǎn)、上下擺動(dòng)動(dòng)作要具有較好的靈活性。第四，手臂要保證五個(gè)自由度，符合抓取需要。

2.2 設(shè)計(jì)方案

文章對(duì)基于PLC的氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)研究，將從手指、手腕、手臂、三個(gè)方面進(jìn)行。

手指設(shè)計(jì)分析：機(jī)械手在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要具有較好的通用性能，能夠進(jìn)行有效的更換，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的效率性和多用性。手指在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要以氣動(dòng)抓取方式為主。氣動(dòng)機(jī)械手是用壓縮空氣為動(dòng)力源的機(jī)械手。其特點(diǎn)是方便、輸出力小、氣動(dòng)迅速。但是由于空氣的可壓縮性使其運(yùn)送過(guò)程不穩(wěn)定，抓取力控制在三十公斤以下。手指設(shè)計(jì)時(shí)，要有足夠的握力并且手指間具有對(duì)應(yīng)的開閉角，能夠?qū)ぜM(jìn)行準(zhǔn)確定位。

手腕設(shè)計(jì)分析：手腕設(shè)計(jì)時(shí)，同樣要以生產(chǎn)實(shí)際需要為主，手腕要具有較好的靈活性，更好地滿足生產(chǎn)需要。設(shè)計(jì)時(shí)，若是抓取的物件是水平放置，則可以設(shè)置成為上下擺動(dòng)的形式即可，若是抓取物件存在一定的復(fù)雜性，就需要將手腕設(shè)計(jì)成“球坐標(biāo)式”，能夠進(jìn)行有效地活動(dòng)，從而完成抓取工作[2]。

手臂設(shè)計(jì)分析：機(jī)械手臂在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證其具有較大的靈活性。手臂是進(jìn)行抓取工作的重要設(shè)計(jì)點(diǎn)，其速度關(guān)系到了機(jī)械手手指的抓取速度，文章對(duì)機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)參數(shù)為最大移動(dòng)速度為1.0m/s，回轉(zhuǎn)速度為90°/s，移動(dòng)速度為0.8m/s。手臂設(shè)計(jì)要具有速度性，它是實(shí)現(xiàn)抓取效率的關(guān)鍵部位。

2.3 控制設(shè)計(jì)

控制設(shè)計(jì)是基于PLC的氣動(dòng)抓取式機(jī)械手設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，具有較大的復(fù)雜性，同時(shí)，控制設(shè)計(jì)也關(guān)系到了機(jī)械手能否發(fā)揮真正的作用。在控制設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮到機(jī)械手的通用性，并且采用點(diǎn)位控制方式，實(shí)現(xiàn)精確控制?？刂圃O(shè)計(jì)時(shí)，要注重PLC工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用。關(guān)于利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械手控制的問(wèn)題，如圖1所示[3]。

PLC在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)時(shí)，需要通過(guò)程序編制，并且對(duì)程序進(jìn)行執(zhí)行處理，才能實(shí)現(xiàn)。PLC應(yīng)用于氣動(dòng)抓取式機(jī)械手設(shè)計(jì)時(shí)，主要涉及到了以下設(shè)備裝置：中央處理器、系統(tǒng)存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器、電源、編程器五大部分。這五個(gè)部分當(dāng)中，中央處理器是PLC系統(tǒng)的核心，對(duì)氣動(dòng)抓取式機(jī)械手進(jìn)行控制，電源、線路是實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)程序操作的關(guān)鍵。同時(shí)，編程器、系統(tǒng)存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器之間，需要通過(guò)I/O信號(hào)輸入，才能實(shí)現(xiàn)效果。

PLC控制作用發(fā)揮時(shí)，需要事先有PLC系統(tǒng)進(jìn)行命令，并且通過(guò)總機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將指令進(jìn)行傳達(dá)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸送。關(guān)于PLC的氣動(dòng)抓取式機(jī)械手的工作情況，主要如下：機(jī)械手位于初始位置，受到控制系統(tǒng)控制，執(zhí)行系統(tǒng)將推動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，機(jī)械手各個(gè)主要部位受到執(zhí)行系統(tǒng)控制，執(zhí)行系統(tǒng)通過(guò)完成主系統(tǒng)下達(dá)的任務(wù)，進(jìn)行機(jī)械手控制，完成機(jī)械手操作任務(wù)。基于PLC的氣動(dòng)抓取式工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，將更加廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線。國(guó)外很多國(guó)家已將其成功的應(yīng)用于成套的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中。機(jī)械手未來(lái)的發(fā)展，將朝著自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向邁進(jìn)，將更好的代替人從事高危險(xiǎn)、高危害的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化和自動(dòng)化。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章主要分析了基于PLC的氣動(dòng)抓取式機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方案、控制設(shè)計(jì)三個(gè)部分內(nèi)容，并就氣動(dòng)抓取式機(jī)械手的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)抓取式機(jī)械手的設(shè)計(jì)。氣動(dòng)抓取式機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中起到了重要的輔助作用，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須注重這一點(diǎn)，使機(jī)械手設(shè)計(jì)能夠更好地促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和進(jìn)步，滿足我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)更加自動(dòng)化、智能化的發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣浩.基于PLC的工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京信息工程大學(xué)，2012.

[2]張海英.基于PLC的氣動(dòng)吸盤式工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].液壓氣動(dòng)與密封，2013，3：74-76.

篇7

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床; 設(shè)計(jì)流程;機(jī)械行業(yè)

隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。例如，目前在我國(guó)的許多中小型汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此，我們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題。我國(guó)在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。

1 機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

機(jī)械手實(shí)施方案具有速度快、工作效率高、負(fù)載能力強(qiáng)、移位精度高及故障出現(xiàn)頻率低等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械手在DK050機(jī)床上的成功運(yùn)用，是數(shù)控機(jī)床柔性輸送方面的一大創(chuàng)新。在今后的數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手的開發(fā)和運(yùn)用將會(huì)得到前所未有的發(fā)揮，同時(shí)為廣大用戶提供了極大地方便，能夠產(chǎn)生較大的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 機(jī)械手手爪架構(gòu)的設(shè)計(jì)

機(jī)械手手爪的類型較多，其主要用于作業(yè)的操作和裝置，按照不同的作業(yè)方法和操作，可以將手爪分為測(cè)量式手爪、加工式手爪及搬用式手爪等。所謂搬用式手爪，即為多種類型的夾持裝置，其主要用于對(duì)物體的搬用和抓?。患庸な绞肿?，即為附有焊槍、銑刀等工具的機(jī)械手附加設(shè)備，其主要用于對(duì)作業(yè)的加工；所謂測(cè)量式手爪，即為附有傳感器的一種附加設(shè)備，其主要用于對(duì)作業(yè)的檢驗(yàn)和測(cè)量。在機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個(gè)方面的要求：其一，根據(jù)機(jī)械手作業(yè)的具體要求對(duì)機(jī)械手手爪進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)；其二，機(jī)械手手爪的專用性和萬(wàn)能型之間存在一定的矛盾。萬(wàn)能手的架構(gòu)設(shè)計(jì)比較繁瑣，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象，以工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，將重點(diǎn)應(yīng)放在對(duì)各類專用的、工作效率較高的機(jī)械手的研究和設(shè)計(jì)上，確保工業(yè)機(jī)械手的所有工作性能的實(shí)現(xiàn)和健全，在這里，我們不贊成通過(guò)一個(gè)萬(wàn)能手來(lái)完成所有工作，應(yīng)當(dāng)考慮機(jī)械手在設(shè)計(jì)過(guò)程中所發(fā)揮的一些經(jīng)濟(jì)效益；其三，確保手爪的通用性。所謂機(jī)械手爪的通用性，即為通過(guò)數(shù)量有限的手爪來(lái)適應(yīng)不同要求的機(jī)械手，這就給末端執(zhí)行器提出了一定的要求，即要求其末端配置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口，保證末端執(zhí)行器能夠標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)用。

3 控制方式的設(shè)計(jì)及流程分析

3.1 控制方式和要求。 由于機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，且考慮到搬運(yùn)工件的重量較大(質(zhì)量達(dá)30KG)，以及機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性和較高的剛度要求，因此選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件，因此不用再額外設(shè)計(jì)執(zhí)行件，而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。

同時(shí)，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過(guò)增大液壓缸的直徑來(lái)增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂增設(shè)了兩個(gè)導(dǎo)桿，與活塞桿一起構(gòu)成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設(shè)了四個(gè)導(dǎo)桿，成正四邊形布置，為減小質(zhì)量，各個(gè)導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu)。通過(guò)增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問(wèn)題。

3.2 工藝流程與設(shè)計(jì)。 機(jī)械手的動(dòng)作有腰座的旋轉(zhuǎn)、垂直手臂的升降、水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)；手爪的夾緊與放松，通過(guò)柱塞缸與齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)；腰座旋轉(zhuǎn)通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)執(zhí)行手爪夾緊與放松的柱塞缸，由單線圈的電磁閥(夾緊電磁閥)來(lái)控制，當(dāng)線圈不通電時(shí)，柱塞缸不工作，當(dāng)線圈通電時(shí)，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到機(jī)床上方，并準(zhǔn)備下降進(jìn)行上下料工作時(shí)，為了確保安全，必須在機(jī)床停止工作并發(fā)出上下料命令時(shí)，才允許機(jī)械手下降進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)，從工件料架上抓取工件時(shí)，也要先判斷料架上有無(wú)工件可取。

本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論知識(shí)及實(shí)踐進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、滿足特殊要求的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平、實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手采用可編程序控制器控制，可以實(shí)行手動(dòng)調(diào)整、手動(dòng)及自動(dòng)控制；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，設(shè)計(jì)周期短且造價(jià)較低；PLC有較高的靈活性，當(dāng)機(jī)械手工藝流程改變時(shí)，只要對(duì)I／O點(diǎn)的接線稍作修改，或?qū)／0重新分配，在控制程序中作簡(jiǎn)單修改，補(bǔ)充擴(kuò)展即可。經(jīng)過(guò)重新編制相應(yīng)的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外各種機(jī)械手和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下：機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于PLC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，結(jié)構(gòu)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性，而且維修方便；機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進(jìn)了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發(fā)展；關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)械手產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)械手開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)；焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)械手產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。

參考文獻(xiàn)

篇8

關(guān)鍵詞：PLC控制 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 工業(yè)機(jī)械手

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，工人在工作的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到高溫、腐蝕和有毒氣體的侵害。這些侵害不僅加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還會(huì)危及工人的生命安全。為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障工人的生命安全，工業(yè)機(jī)器人由此誕生。

工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手，它可以模仿人手動(dòng)作，按照指定的程序和預(yù)定的軌跡進(jìn)行自動(dòng)抓取和搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)操作的自動(dòng)化。機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式可以分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式。可編程控制器（PLC）是專門為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的利用數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它具有可靠性高、功能強(qiáng)大、編程簡(jiǎn)單、人機(jī)交互界面友好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。

筆者設(shè)計(jì)了一款PLC控制的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)上料、下料等裝卸任務(wù)，從而達(dá)到提高工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)效率的目的。

一、機(jī)械手組成

機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。組成如圖1所示。

圖1 機(jī)械手組成控制原理方框圖

其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括利用氣體壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置。PLC是控制機(jī)械手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。

二、氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案

氣動(dòng)機(jī)械手的特點(diǎn)是快、穩(wěn)、準(zhǔn)，要求能夠快速、準(zhǔn)確地拾放和搬運(yùn)物件，而且要有足夠的空間、靈活的自由度以及任意位置的自動(dòng)定位等。

1.物理選型：坐標(biāo)式選擇與自由度分析（參見圖2）

（a）

（b）

圖2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖

根據(jù)機(jī)械手手臂的運(yùn)行方式不同、組合情況，其坐標(biāo)可以分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手需要實(shí)現(xiàn)在上下料時(shí)實(shí)現(xiàn)手臂的升降、收縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以采用圓柱坐標(biāo)。為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程比較小的缺點(diǎn)，故增加手臂擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，即增加了一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。這樣，手臂有四個(gè)自由度，包括手臂的上下升降、左右回轉(zhuǎn)、前后伸縮，上下擺動(dòng)，若將立柱的橫向移動(dòng)包含在內(nèi)，手臂有5個(gè)自由度；手腕有左右回轉(zhuǎn)和左右擺動(dòng)兩個(gè)自由度，手指有開閉運(yùn)動(dòng)和上下擺動(dòng)兩個(gè)自由度。整個(gè)系統(tǒng)共有九個(gè)自由度）。

2.結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

（1）手指?？紤]機(jī)械手的通用性，故把手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換性，比如棒料可以用夾持式手部夾取，板料則要用氣流負(fù)壓式吸盤吸取。用1個(gè)汽缸控制開閉， 1個(gè)電動(dòng)機(jī)控制上下擺動(dòng)。

（2）手腕。考慮機(jī)械手的通用性，且被抓取的工件是水平放置的，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，由2個(gè)回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)手腕進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和左右擺動(dòng)。

（3）手臂。根據(jù)抓取工件的要求，機(jī)械手的手臂設(shè)有五個(gè)自由度，包括手臂的上下升降、左右回轉(zhuǎn)、前后伸縮，上下擺動(dòng)以及立柱的橫向移動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降是由立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)也就是手臂的橫移、手臂的各種運(yùn)動(dòng)都是由5個(gè)汽缸或電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

3.驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)比較靈敏，動(dòng)作比較迅速，阻力產(chǎn)生的損失較小，泄漏也比較小，成本低（參見圖3）。

圖3 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖

氣源由空氣壓縮機(jī)（排氣壓力大于0.4～0.6MPa）通過(guò)快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過(guò)濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制機(jī)械手動(dòng)作。

各執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果尚好。手臂伸縮汽缸在接近汽缸處安裝兩個(gè)快速排氣閥，可以加快啟動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全程的速度。升降汽缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來(lái)完成，氣液傳送器汽缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來(lái)調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。 為簡(jiǎn)化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作汽缸的緩沖均采用液壓緩沖器。這樣可以省去電磁閥和切換調(diào)節(jié)閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。

4.控制方式選擇

為了增強(qiáng)機(jī)械手的通用性，同時(shí)采用點(diǎn)位控制，我們采用可編程控制器（PLC）來(lái)控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)（參見圖4）。我們只需要改變PLC程序，就可以改變機(jī)械手的動(dòng)作流程，使用起來(lái)非常方便。

（1）PLC的結(jié)構(gòu)（參見圖5）。PLC是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，一般由中央處理器、編程器、系統(tǒng)存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器和電源組成。

中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。

（2）系統(tǒng)輸入/輸出分布表見表1，電磁閥和系統(tǒng)輸出對(duì)應(yīng)表見表2。

（3）電路的總體設(shè)計(jì)。由于篇幅的關(guān)系，筆者僅列出含5個(gè)主要自由度（手臂的左右回轉(zhuǎn)、手臂的伸縮、手臂的升降、手指的夾緊、手腕回轉(zhuǎn)）的電路設(shè)計(jì)，并以此來(lái)進(jìn)行PLC編程，回路設(shè)計(jì)見圖6。

圖6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能示意圖

（4）機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)。自動(dòng)線的輸送動(dòng)作由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)間隔輸送，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的輸送狀況。其工作的過(guò)程是：機(jī)械手首先處于初始位置，然后經(jīng)過(guò)一系列的動(dòng)作將斷續(xù)傳送帶上的工件拿走，此時(shí)傳送帶上的光電檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到工件被取走。然后傳送帶開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到下一個(gè)工件時(shí)傳送帶停止轉(zhuǎn)動(dòng)等待機(jī)械手來(lái)取工件，只要機(jī)械手取走工件，傳送帶就開始轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)是為了節(jié)省工作時(shí)間從而不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械手等待傳送帶的時(shí)間。對(duì)程序的要求如下：①首先啟動(dòng)機(jī)械手。機(jī)械手自動(dòng)復(fù)位，處于初始位置。②在機(jī)械手工作前要對(duì)其進(jìn)行設(shè)備的檢測(cè)。即機(jī)械手空運(yùn)行一次，而且機(jī)械手的每一個(gè)動(dòng)作都有相應(yīng)的定時(shí)器進(jìn)行監(jiān)控，若超出規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間則認(rèn)為是設(shè)備出現(xiàn)故障。③機(jī)械手設(shè)有急停按鈕（一般情況下是不被允許使用）只有出現(xiàn)緊急情況時(shí)才允許按此按鈕。按下此按鈕將切斷儲(chǔ)氣罐與各汽缸的聯(lián)系，將被切斷各汽缸處于無(wú)動(dòng)力狀態(tài)。

（5）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制。由于對(duì)傳送帶的速度和精度要求不太高，選擇三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電方式為三相雙三拍，利用PLC中的M8014特殊功能繼電器向環(huán)形脈沖分配器中發(fā)送脈沖，然后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和功放電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

環(huán)形脈沖分配器選擇YB01芯片，此芯片為專用三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形脈沖分配器，此芯片工作穩(wěn)定、性能優(yōu)良，在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

①步數(shù)控制。當(dāng)對(duì)射式光電檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到共建的位置時(shí)，此時(shí)停止向脈沖分配器中發(fā)送脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將停在此位置不動(dòng)。

②手動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)按下手動(dòng)啟動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按鈕時(shí)，M8013即向環(huán)形脈沖分配器中發(fā)送脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將停止。

③在報(bào)警和暫停狀態(tài)下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

由此可見，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制程序如下：

（6）各模塊的程序設(shè)計(jì)。

①程序初始化。采用中間繼電器M8002，中間繼電器對(duì)系統(tǒng)各部分復(fù)位，定義各種標(biāo)志包括系統(tǒng)初始化標(biāo)志，系統(tǒng)啟動(dòng)暫停、急停、復(fù)位等標(biāo)志，程序如下：

②定義系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志M0。M0定義為系統(tǒng)初復(fù)位標(biāo)志，它由機(jī)械手的右限位開關(guān)X0，下限位開關(guān)X5，收縮限位開關(guān)X3，手腕右轉(zhuǎn)限位開關(guān)X10同時(shí)激活，程序如下：

③定義系統(tǒng)啟動(dòng)標(biāo)志M1。M1定義為系統(tǒng)啟動(dòng)標(biāo)志由啟動(dòng)按鈕和M0共同激活，程序如下：

④定義暫停標(biāo)志M2。M2為暫停標(biāo)志由暫停按鈕激活，程序如下：

⑤定義急停標(biāo)志M4。M4定義為急停標(biāo)志，由急停按鈕X19激活M4，同時(shí)激活特殊功能繼電器M574（禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換），安全閥將儲(chǔ)氣罐與機(jī)械手的聯(lián)系切斷，程序如下：

⑥定義系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志M5。M5定義為系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志，由復(fù)位按鈕激活，當(dāng)按下復(fù)位按鈕系統(tǒng)時(shí)將向右轉(zhuǎn)，手腕右轉(zhuǎn)，手臂收回，機(jī)械手下降，機(jī)械手右轉(zhuǎn)的順序進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)最后一個(gè)動(dòng)作完成、下限位開關(guān)有效時(shí)，程序?qū)?zhí)行RST M5，程序如下：

⑦機(jī)械手自檢程序。機(jī)械手按照給定的順序（手抓加緊松開﹑手腕右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)﹑手臂伸長(zhǎng)收縮﹑機(jī)械手左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)）空?qǐng)?zhí)行一次，在每一個(gè)動(dòng)作執(zhí)行的過(guò)程中都會(huì)有定時(shí)器對(duì)每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控。若超過(guò)設(shè)定時(shí)間（定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間都超過(guò)每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間）則認(rèn)為是機(jī)械系統(tǒng)出錯(cuò)，停止當(dāng)前的動(dòng)作發(fā)出報(bào)警信號(hào)，程序如下：

⑧自動(dòng)運(yùn)行程序。此模式為機(jī)械手工作的主要模式，這部分采用具有保持功能的狀態(tài)組件S500-S899，可以讓機(jī)械手在斷電后再次通電繼續(xù)執(zhí)行斷電前的動(dòng)作，程序如下：

三、結(jié)語(yǔ)

總之，本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)通用機(jī)械手。相對(duì)于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。采用氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作快速，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確定位，自動(dòng)定位，控制性能好，能夠很好地適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。而且阻力損失和泄漏較小，不會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)成本低廉。采用PLC控制，可靠性高、可編程性強(qiáng)，無(wú)論是進(jìn)行時(shí)間控制，或是進(jìn)行行程控制、混合控制，都可通過(guò)設(shè)定PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，很好地適應(yīng)了工業(yè)控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建國(guó).基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手的改裝設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2011（8）.

[2]關(guān)明，周希倫，馬立靜，宋蔚.基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012（14）.

篇9

【關(guān)鍵詞】綜合職業(yè)技能；學(xué)期項(xiàng)目式教學(xué)；氣動(dòng)機(jī)械手；機(jī)械結(jié)構(gòu)

1.前言

職業(yè)教育在中國(guó)當(dāng)前的教育形式中起著重要的作用，但在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，存在對(duì)知識(shí)掌握單一性的問(wèn)題。如何提高學(xué)生的綜合職業(yè)技能，是解決當(dāng)前教學(xué)過(guò)程中的重要課題。

通過(guò)對(duì)國(guó)際先進(jìn)職業(yè)院校的了解和學(xué)習(xí)，學(xué)期項(xiàng)目式教學(xué)是提升學(xué)生綜合職業(yè)技能的最佳方法。因此針對(duì)“氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與制造在學(xué)期項(xiàng)目式教學(xué)中的應(yīng)用”進(jìn)行探索和研究。

通過(guò)氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與制造在學(xué)期項(xiàng)目式教學(xué)中讓學(xué)生從機(jī)械設(shè)計(jì)、CAD、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、電氣原理圖的設(shè)計(jì)、PCL設(shè)計(jì)等的應(yīng)用。其次還鍛煉學(xué)生組織管理、跨專業(yè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的分析與處理、工作效率、安全及文明生產(chǎn)等方面的職業(yè)素養(yǎng)。

2.討論課題

學(xué)期開始召集學(xué)生討論課題設(shè)計(jì)思路、技術(shù)路線、實(shí)施方案及明確責(zé)任和分工。

3.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 具體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，以提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度及控制精度。采用氣缸提供動(dòng)力，杠杠機(jī)構(gòu)原理加緊。

3.2 利用UG軟件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用UG軟件對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手機(jī)械部分進(jìn)行三維實(shí)體建模和各零件、部件、機(jī)構(gòu)裝配，然后再對(duì)各機(jī)械關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)體模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。設(shè)計(jì)效果如圖1所示。

4.機(jī)械手材料的采購(gòu)與加工

考慮到機(jī)械手要有一定的強(qiáng)度，但又要便于數(shù)控加工，所以綜合考慮采用鋁合金材料。根據(jù)零件的設(shè)計(jì)要求，依據(jù)圖紙選用數(shù)控車床、數(shù)控銑床對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控加工。

5.電氣原理圖設(shè)計(jì)

5.1 氣壓的控制

綜合考慮各方面因素，氣壓必須控制在0.6mpa-0.7 mpa之間。

5.2 確定氣壓元件

氣壓執(zhí)行元件大體分為直線氣壓缸和旋轉(zhuǎn)氣缸，氣缸的具體型號(hào)見表1。

5.3 擬定氣壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制

氣壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的控制是氣壓回路的核心問(wèn)題。

速度控制通過(guò)改變氣壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有氣量調(diào)節(jié)閥調(diào)速；方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的氣壓系統(tǒng)，通過(guò)換向閥的有機(jī)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。

本設(shè)計(jì)的速度控制主要采用氣量調(diào)節(jié)閥調(diào)速，而方向控制采用電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本氣動(dòng)機(jī)械手的電氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖2所示。

6.PLC控制程序的設(shè)計(jì)

6.1 氣缸工作過(guò)程

6.2 電磁閥工作過(guò)程

電磁閥控制氣缸的先后循序如表3。

6.3 PLC程序編寫

機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)上考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元件連接的靈活性和方便性，控制器應(yīng)選擇有極高可靠性、專門面向惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)開發(fā)的工業(yè)控制器---PLC，故選擇在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的日本三菱PLC。具體型號(hào)為FX1NC。其PLC程序如圖3。

7.氣動(dòng)機(jī)械手的裝配與調(diào)試

7.1機(jī)械部件的安裝；7.2氣路的安裝；7.3電路的安裝；7.4 PLC程序的導(dǎo)入；7.5 PLC程序時(shí)間控制和氣路氣量調(diào)節(jié)。

8.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一學(xué)期的項(xiàng)目式教學(xué)后，組織老師和學(xué)生一起討論研究成果，提出不足及改進(jìn)之處。通過(guò)該項(xiàng)目讓學(xué)生在專業(yè)課、技能的應(yīng)用及學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)方面的鍛煉都有很大的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]隋冬杰 謝亞青編著.《機(jī)械基礎(chǔ)》.復(fù)旦大學(xué)出版社，2010.

[2]石望遠(yuǎn)編著.《液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)》.國(guó)防工業(yè)出版社， 2009.

篇10

腦卒中是由急性腦血管疾病引起的持續(xù)性的大腦神經(jīng)功能缺損，全球85%的腦卒中患者患有偏癱癥狀，患者中中年人居多。腦卒中已經(jīng)成為造成中國(guó)、歐洲、美國(guó)及其他許多國(guó)家的成年人長(zhǎng)期殘疾的主要原因，并消耗了大量的社會(huì)醫(yī)療資源。腦卒中患者可出現(xiàn)多種神經(jīng)功能缺損癥狀，其中偏癱和運(yùn)動(dòng)障礙最為常見，而上肢殘疾患者的手功能障礙往往臨床表現(xiàn)為屈曲攣縮、肌力降低、肌張力異常、手指靈活性降低、肢體麻木、拇指運(yùn)動(dòng)范圍減小、精確抓捏、側(cè)捏、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性降低、力量協(xié)調(diào)性降低等，也會(huì)喪失一部分觸覺感知和本體感受功能，失去對(duì)運(yùn)動(dòng)的反饋感知。有報(bào)道顯示，超過(guò)70%的腦卒中患者在發(fā)病初期存在上肢功能障礙，在發(fā)病4個(gè)月后，仍有超過(guò)35%的患者存在手部精細(xì)功能下降的情況?？祻?fù)訓(xùn)練是促進(jìn)這些患者恢復(fù)的主要方法。但是由于傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練治療時(shí)間很長(zhǎng)，并且無(wú)論是在發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家，都始終缺乏合格的治療師。因此，替代傳統(tǒng)治療方法的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備的研發(fā)非常有必要。當(dāng)前的產(chǎn)品主要存在以下方面的不足：第一，目前多數(shù)的上肢康復(fù)結(jié)構(gòu)無(wú)法做到靈活控制，與人體上肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)不匹配；第二，現(xiàn)有的康復(fù)機(jī)構(gòu)僅能將手操縱成簡(jiǎn)單的拳頭屈曲，無(wú)法重現(xiàn)康治療師對(duì)患者進(jìn)行的康復(fù)訓(xùn)練效果；第三，外骨骼類型的康復(fù)機(jī)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)龐大，而且由于不便于攜帶以及對(duì)患者不夠安全，實(shí)際上并不適合殘疾人士。本研究的目的是開發(fā)一種可用于家庭及康復(fù)中心的人機(jī)工程機(jī)械手臂。與現(xiàn)有的康復(fù)設(shè)備相比，此設(shè)備輕便、成本低、可攜帶，可為不同程度損傷的患者提供適合手部、腕部和前臂的多種治療性鍛煉。本研究不僅是康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域的熱門話題和前言，而且可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。

2人體康復(fù)機(jī)器人上肢運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

為了緩解和恢復(fù)病人的上肢運(yùn)動(dòng)，基于人體上肢的關(guān)節(jié)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了建模?？紤]到康復(fù)機(jī)械手臂使用者的使用安全，并在進(jìn)行日常必需的活動(dòng)（例如進(jìn)食、抓握、梳洗等）方面提供幫助，對(duì)上肢運(yùn)動(dòng)解剖范圍進(jìn)行了初步研究，為此康復(fù)機(jī)械手臂確定了合適的活動(dòng)范圍。本文使用普通人手的基本力學(xué)行為來(lái)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，此康復(fù)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如圖1所示，包括四個(gè)手指屈-伸運(yùn)動(dòng)，大拇指屈-伸運(yùn)動(dòng)，手腕屈-伸運(yùn)動(dòng)，手腕橈-尺偏運(yùn)動(dòng)及前臂內(nèi)翻-旋后?？祻?fù)機(jī)械手臂可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)范圍如表1所示。根據(jù)典型成年人的關(guān)節(jié)和活動(dòng)范圍為模型，分析上肢的運(yùn)動(dòng)特征，建立了修正的D-H參數(shù)表，如表2所示。為了獲得D-H參數(shù)，在此假設(shè)坐標(biāo)系（即在連續(xù)的旋轉(zhuǎn)軸之間映射的鏈接框架，如圖2所示）與關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸一致并且具有相同數(shù)量的階數(shù)，這些D-H參數(shù)用于獲得齊次傳遞矩陣。

3人體康復(fù)機(jī)器人上肢機(jī)械結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)主要有兩大部件組成，手臂康復(fù)訓(xùn)練部分（圖3）和拇指康復(fù)訓(xùn)練部分（圖4）。手臂部分包括由三個(gè)線性執(zhí)行器操作的連桿機(jī)構(gòu)，以方便手、手腕及前臂的鍛煉。使用時(shí)，柔軟的腕帶穿過(guò)前臂板1后方的兩個(gè)槽穿戴在患者前臂上，手掌板5位于患者手背位置，前臂板1通過(guò)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)4與手掌板5浮動(dòng)連接，腕帶繞過(guò)手指板7上的槽與患者手指相連。手及腕部的鍛煉由三個(gè)線性執(zhí)行器控制，以更好地促進(jìn)康復(fù)。拇指康復(fù)訓(xùn)練部分由前關(guān)節(jié)1、后關(guān)節(jié)3、連桿機(jī)構(gòu)4、直線驅(qū)動(dòng)器5及L型聯(lián)結(jié)組成。后關(guān)節(jié)上的U型聯(lián)結(jié)2與前關(guān)節(jié)左右的側(cè)板通過(guò)U型聯(lián)結(jié)浮動(dòng)連接，前后關(guān)節(jié)組成的拇指部分通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)4與直線執(zhí)行器5連接，整個(gè)機(jī)構(gòu)可通過(guò)L型聯(lián)結(jié)6與其他機(jī)構(gòu)連接。使用時(shí)，通過(guò)柔軟的腕帶戴在患者拇指上，機(jī)械拇指包括前關(guān)節(jié)與后關(guān)節(jié)，通過(guò)連桿相連接，并分別與拇指的前指骨、后指骨相接觸。機(jī)械拇指部分與線性執(zhí)行器浮動(dòng)連接，控制拇指在特定范圍內(nèi)的屈-伸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了拇指的鍛煉與訓(xùn)練，以更好地促進(jìn)患者康復(fù)。

4結(jié)語(yǔ)