机械手控制设计

机械手的步进控制

摘要

摘要:

本文主要介绍机械手的发展和应用。首先对机械手的发展背景和定义做了介绍，随后给出了机械手的基本构造，并对机械手的应用做了简单的分类。最后对机械手的发展趋势进行了展望。

关键词:机械手:发展;应用

引言：

近年来由于机电体化在工业各个领域的应用，机械设备的自动化控制显得越来越重要。随着工业的发展和产品的高级化及复杂化，要求人们必须提高工作效率和适应恶劣环境的能力，增加了工人的劳动强度，甚至于危及到生命。因此机械手就在这样情况下诞生了，机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识:它能部分地代替人工操作:能按照生产工艺的要求，遵循定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸:能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善I人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现I业生产机械化和自动化的步伐用。

机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。三白由度机械手又称3D机械人，能够实现三个自由度方向(水平、垂直

和旋转)的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。

可编程控制器PLC是-种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

控制要求

1在传输带A的端部，安装了光电开关PS，用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时为ON状态。机械手在原位时，按下启动按钮，系统启动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A 停。传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A 上搬到传送带B(连续运转)上。机械手返回原位后，自动再启动传送带A运转，进行下一个循环。

2.按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。机械手的上升／下降和左移／右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。夹紧／放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。

在自动化生产线上，经常用机械手完成工件的取放操作。图为一机械手结构示意图，其任务是将传送带A上的物品搬送至传送带B。

1.机械手工作过程

机械手通常位于原点位置，每次循环动作均从原点开始。当机械手在原点时，按下启动按运车钮,系统启动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后,传送带A停止运行。

机械手有3种运行方式:自动运行、单周期运行和手动运行。

(1)机械手的自动运行

在自动运行方式下，机械手依次完成9个工作步骤。

①机械手下降:当机械手检测到传送带A上有工件时，由原点开始下降，下降到位时，碰到下极限开关,机械手停止下降,同时接通夹紧电磁阀线圈。

②夹紧工件:当机械手夹紧到位时,压力继电器动合触点闭合,接通上升电磁阀线圈。

③机械手上升:当机械手夹紧到位时，机械手开始上升，上升到位时，碰到上极限开关，机械手停止上升,同时接通右移电磁阀线圈。

④机械手右移:当机械手上升到位时，机械手开始右移，右移到位时,

碰到右极限开关，机械手停止右移，同时接通下降电磁阀线圈。

⑤机械手下降:当机械手右移到位时，机械手重新开始下降，下降到位时，碰到下极限开关，机械手停止下降,同时释放夹紧电磁阀线圈。

⑥放松工件:放松动作为时间控制(设为2s)。

⑦机械手上升:工件放松后机械手开始上升，上升到位时碰到上极限开关，机械手停止上升,同时接通左移电磁阀线圈。

⑧机械手左移，机械手上升到位后，机械手开始左移，左移到位时，碰到左极限开关，机械手停止左移。

⑨回到原点机械手左移到位后，回到原点位置，再次自动启动传送带

A.当光电开关检测到工件后，又开始新的工作循环周期。

机械手的工作流程如图。

（2）机械手的单周期运行

单周期运行是指按下启动按钮后，机械手从原点开始下降,完成上述的9个工作步骤后，停止运行.若要求机械手继续工作,要再次按启动机械手,需重新按启动按钮。

(3)机械手的手动运行

手动运行是指机械手的上升、下降、左移、右移及夹紧操作通过对应的手动操作按钮来控制，与操作顺序无关。机械手的单周期运行和手

动运行均用于设备检修和调整。

2.控制要求

①在传送带A的端部,安装了光电开关PS,用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时，为ON状态。

②机械手在原点时，按下启动按钮，系统启动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停止。

③传送带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转)上。

④机械手返回原点后，自动再启动传送带A运转,进行下一个循环。

⑤按下停止按钮后,应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原点，停止工作。

⑥机械手的，上升/下降和左移/右移的执行结构均采用双线圈的两位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。

⑦夹紧/放松由单线圈两位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。

3.控制系统硬件设计

PLC控制系统的模板配置见表

表PLC控制系统的模板配置表

4.控制系统软件设计

采用线性编程

机械手的工作过程是典型的步进操作，在涉及步进控制或顺序控时，常常采用移位指令进行编程，这种编程方法具有清晰的编程思路和最小变化的核心监控画面在进行程序调试时非常方便。

编程元件的地址分配见表。

表编程元件的地址分配表