平艷玲 劉波

摘 要：機械手在設(shè)計過程中，注重其自動化控制，能夠?qū)崿F(xiàn)一些較為復(fù)雜的工業(yè)操作。文章對氣動抓取式工業(yè)機械手設(shè)計的研究，主要是基于PLC自動化控制下的抓取式機械手的設(shè)計分析，注重提升機械手的靈活性和智能性，以期更好地實現(xiàn)工業(yè)發(fā)展自動化。

關(guān)鍵詞：PLC控制；工業(yè)機械手；設(shè)計研究

前言

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，很多工業(yè)操作靠人工是無法完成的，并且，一些操作具有較大的危害性，因此，要想實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)，保證工人施工安全，工業(yè)機械手得到了較為廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機械手可以進行一些高溫、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，同時也在很大程度上減緩了工人的勞動強度?；赑LC的氣動抓取式工業(yè)機械手設(shè)計，將注重相關(guān)程序的具體應(yīng)用，注重把握機械手設(shè)計的靈活性和自動性特征，通過一系列編程控制，更好地實現(xiàn)機械手的實際效用。PLC氣動抓取式機械手，具有較高的可靠性，并且編程簡單、功能強大，延伸和擴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 氣動抓取式工業(yè)機械手的構(gòu)成分析

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

2 基于PLC的氣動抓取式工業(yè)機械手設(shè)計研究

2.1 設(shè)計要點

基于PLC的氣動抓取式工業(yè)機械手在設(shè)計過程中，要注重機械手的抓取性能，在實際工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)快、準(zhǔn)、狠的工作效果。機械手設(shè)計過程中，手臂的運行方式有所不同，在進行手臂設(shè)計時，需要考慮到生產(chǎn)的實際情況，使機械手設(shè)計能夠與生產(chǎn)實際狀況符合。關(guān)于PLC氣動抓取式工業(yè)機械手設(shè)計，要把握以下幾點：第一，機械手臂設(shè)計時，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)運動要保證靈活性，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)、上下擺動動作要具有較好的靈活性。第四，手臂要保證五個自由度，符合抓取需要。

2.2 設(shè)計方案

文章對基于PLC的氣動抓取式工業(yè)機械手的設(shè)計研究，將從手指、手腕、手臂、三個方面進行。

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

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

手臂設(shè)計分析：機械手臂在設(shè)計過程中，要保證其具有較大的靈活性。手臂是進行抓取工作的重要設(shè)計點，其速度關(guān)系到了機械手手指的抓取速度，文章對機械手臂的設(shè)計參數(shù)為最大移動速度為1.0m/s，回轉(zhuǎn)速度為90°/s，移動速度為0.8m/s。手臂設(shè)計要具有速度性，它是實現(xiàn)抓取效率的關(guān)鍵部位。

2.3 控制設(shè)計

控制設(shè)計是基于PLC的氣動抓取式機械手設(shè)計的難點，具有較大的復(fù)雜性，同時，控制設(shè)計也關(guān)系到了機械手能否發(fā)揮真正的作用。在控制設(shè)計過程中，需要考慮到機械手的通用性，并且采用點位控制方式，實現(xiàn)精確控制。控制設(shè)計時，要注重PLC工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用。關(guān)于利用PLC自動化控制系統(tǒng)進行機械手控制的問題，如圖1所示[3]。

PLC在實現(xiàn)這一目標(biāo)時，需要通過程序編制，并且對程序進行執(zhí)行處理，才能實現(xiàn)。PLC應(yīng)用于氣動抓取式機械手設(shè)計時，主要涉及到了以下設(shè)備裝置：中央處理器、系統(tǒng)存儲器、用戶存儲器、電源、編程器五大部分。這五個部分當(dāng)中，中央處理器是PLC系統(tǒng)的核心，對氣動抓取式機械手進行控制，電源、線路是實現(xiàn)PLC系統(tǒng)進行相關(guān)程序操作的關(guān)鍵。同時，編程器、系統(tǒng)存儲器、用戶存儲器之間，需要通過I/O信號輸入，才能實現(xiàn)效果。

PLC控制作用發(fā)揮時，需要事先有PLC系統(tǒng)進行命令發(fā)布，并且通過總機的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將指令進行傳達，實現(xiàn)信號輸送。關(guān)于PLC的氣動抓取式機械手的工作情況，主要如下：機械手位于初始位置，受到控制系統(tǒng)控制，執(zhí)行系統(tǒng)將推動機械手進行運動。同時，機械手各個主要部位受到執(zhí)行系統(tǒng)控制，執(zhí)行系統(tǒng)通過完成主系統(tǒng)下達的任務(wù)，進行機械手控制，完成機械手操作任務(wù)?；赑LC的氣動抓取式工業(yè)機械手設(shè)計，將更加廣泛的應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線。國外很多國家已將其成功的應(yīng)用于成套的自動化生產(chǎn)設(shè)備中。機械手未來的發(fā)展，將朝著自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向邁進，將更好的代替人從事高危險、高危害的工作環(huán)境，實現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化和自動化。

3 結(jié)束語

綜上所述，文章主要分析了基于PLC的氣動抓取式機械手的設(shè)計原理、設(shè)計方案、控制設(shè)計三個部分內(nèi)容，并就氣動抓取式機械手的特點進行了分析，實現(xiàn)了氣動抓取式機械手的設(shè)計。氣動抓取式機械手在工業(yè)生產(chǎn)過程中起到了重要的輔助作用，在實際設(shè)計過程中，必須注重這一點，使機械手設(shè)計能夠更好地促進工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和進步，滿足我國現(xiàn)代工業(yè)更加自動化、智能化的發(fā)展需要。

參考文獻

[1]蔣浩.基于PLC的工業(yè)機械手運動控制系統(tǒng)設(shè)計[D].南京信息工程大學(xué)，2012.

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

[3]程錦鋒.基于PLC控制及氣動驅(qū)動的工業(yè)機械手的設(shè)計與實現(xiàn)[J].職業(yè)，2013，9：99-102.

[4]孫燕良，張厚江，翟艷鳳，等.基于PLC氣動機械手的研究設(shè)計[J].森林工程，2011，3：45-50.