平艷玲 劉波

摘 要：機(jī)械手在設(shè)計(jì)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(jī)械手設(shè)計(jì)的研究，主要是基于PLC自動化控制下的抓取式機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析，注重提升機(jī)械手的靈活性和智能性，以期更好地實(shí)現(xiàn)工業(yè)發(fā)展自動化。

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，同時也在很大程度上減緩了工人的勞動強(qiáng)度?；赑LC的氣動抓取式工業(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)的靈活性和自動性特征，通過一系列編程控制，更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的實(shí)際效用。PLC氣動抓取式機(jī)械手，具有較高的可靠性，并且編程簡單、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 氣動抓取式工業(yè)機(jī)械手的構(gòu)成分析

基于PLC的氣動抓取式工業(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)過程中，氣動抓取式工業(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；氣動驅(qū)動系統(tǒng)：氣動驅(qū)動系統(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，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，對機(jī)械手執(zhí)行任務(wù)進(jìn)行指令下達(dá)。一般來說，氣動抓取式工業(yè)機(jī)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(jìn)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(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)，之后由氣動驅(qū)動系統(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，并且根據(jù)位置檢測裝置，進(jìn)行目標(biāo)操作[1]。

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

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于PLC的氣動抓取式工業(yè)機(jī)械手在設(shè)計(jì)過程中，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，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，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(jì)方案

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

手指設(shè)計(jì)分析：機(jī)械手在設(shè)計(jì)過程中，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)過程中，主要以氣動抓取方式為主。氣動機(jī)械手是用壓縮空氣為動力源的機(jī)械手。其特點(diǎn)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(yùn)送過程不穩(wěn)定，抓取力控制在三十公斤以下。手指設(shè)計(jì)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(jìn)行準(zhǔn)確定位。

手腕設(shè)計(jì)分析：手腕設(shè)計(jì)時，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，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(jì)成“球坐標(biāo)式”，能夠進(jìn)行有效地活動，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，文章對機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)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(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，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。控制設(shè)計(jì)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(jìn)行機(jī)械手控制的問題，如圖1所示[3]。

PLC在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)時，需要通過程序編制，并且對程序進(jìn)行執(zhí)行處理，才能實(shí)現(xiàn)。PLC應(yīng)用于氣動抓取式機(jī)械手設(shè)計(jì)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(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，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(shí)現(xiàn)效果。

PLC控制作用發(fā)揮時，需要事先有PLC系統(tǒng)進(jìn)行命令發(fā)布，并且通過總機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將指令進(jìn)行傳達(dá)，實(shí)現(xiàn)信號輸送。關(guān)于PLC的氣動抓取式機(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)將推動機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動。同時，機(jī)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(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)?；赑LC的氣動抓取式工業(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(jī)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(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(jī)械手的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方案、控制設(shè)計(jì)三個部分內(nèi)容，并就氣動抓取式機(jī)械手的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了氣動抓取式機(jī)械手的設(shè)計(jì)。氣動抓取式機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)過程中起到了重要的輔助作用，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，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，滿足我國現(xiàn)代工業(yè)更加自動化、智能化的發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)

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