基于PLC的氣動抓取式工業機械手設計研究

平艷玲 劉波

摘 要：機械手在設計過程中，注重其自動化控制，能夠實現一些較為復雜的工業操作。文章對氣動抓取式工業機械手設計的研究，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，以期更好地實現工業發展自動化。

關鍵詞：PLC控制；工業機械手；設計研究

前言

工業生產領域中，很多工業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，要想實現工業生產目標，保證工人施工安全，工業機械手得到了較為廣泛的應用。工業機械手可以進行一些高溫、有毒環境下的工業生產，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。基于PLC的氣動抓取式工業機械手設計，將注重相關程序的具體應用，注重把握機械手設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，更加廣泛地應用于工業生產中。

1 氣動抓取式工業機械手的構成分析

基于PLC的氣動抓取式工業機械手設計，需要具有較高的靈活性和自動化發展特征，能夠根據相應的程序設計，滿足實際生產需要。因此，在進行設計過程中，氣動抓取式工業機械手應包含以下幾部分：執行機構：執行機構是氣動抓取式工業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，是機械手完成生產目的的關鍵部分；氣動驅動系統：氣動驅動系統是指揮機械手完成工業生產的重要部分，利用氣體壓力進行驅動，使機械手完成任務；控制系統：控制系統相當于機械手的大腦，對機械手執行任務進行指令下達。一般來說，氣動抓取式工業機械手的控制系統，主要以PLC自動化工業控制系統為主；相關檢測裝置：檢測裝置是進行位置調節的裝置，通過檢測裝置可以更好地確定抓取目標，為實現抓取目的提供依據。機械手的構成，以PLC控制系統進行指令下達，之后由氣動驅動系統進行機械能傳輸，使執行機構能夠進行實際行動，并且根據位置檢測裝置，進行目標操作[1]。

2 基于PLC的氣動抓取式工業機械手設計研究

2.1 設計要點

基于PLC的氣動抓取式工業機械手在設計過程中，要注重機械手的抓取性能，在實際工作中，能夠實現快、準、狠的工作效果。機械手設計過程中，手臂的運行方式有所不同，在進行手臂設計時，需要考慮到生產的實際情況，使機械手設計能夠與生產實際狀況符合。關于PLC氣動抓取式工業機械手設計，要把握以下幾點：第一，機械手臂設計時，坐標可分為直角坐標式、球坐標式、關節式等方式。第二，手臂的升降、收縮和回轉運動要保證靈活性，能夠較好地適應生產和抓取情況。第三，手臂的上下升降、左右旋轉、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 設計方案

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

手指設計分析：機械手在設計過程中，要具有較好的通用性能，能夠進行有效的更換，以實現設計的效率性和多用性。手指在設計過程中，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定，抓取力控制在三十公斤以下。手指設計時，要有足夠的握力并且手指間具有對應的開閉角，能夠對工件進行準確定位。

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

手臂設計分析：機械手臂在設計過程中，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計點，其速度關系到了機械手手指的抓取速度，文章對機械手臂的設計參數為最大移動速度為1.0m/s，回轉速度為90°/s，移動速度為0.8m/s。手臂設計要具有速度性，它是實現抓取效率的關鍵部位。

2.3 控制設計

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

PLC在實現這一目標時，需要通過程序編制，并且對程序進行執行處理，才能實現。PLC應用于氣動抓取式機械手設計時，主要涉及到了以下設備裝置：中央處理器、系統存儲器、用戶存儲器、電源、編程器五大部分。這五個部分當中，中央處理器是PLC系統的核心，對氣動抓取式機械手進行控制，電源、線路是實現PLC系統進行相關程序操作的關鍵。同時，編程器、系統存儲器、用戶存儲器之間，需要通過I/O信號輸入，才能實現效果。

PLC控制作用發揮時，需要事先有PLC系統進行命令發布，并且通過總機的數據處理系統，將指令進行傳達，實現信號輸送。關于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，受到控制系統控制，執行系統將推動機械手進行運動。同時，機械手各個主要部位受到執行系統控制，執行系統通過完成主系統下達的任務，進行機械手控制，完成機械手操作任務。基于PLC的氣動抓取式工業機械手設計，將更加廣泛的應用于自動化生產線。國外很多國家已將其成功的應用于成套的自動化生產設備中。機械手未來的發展，將朝著自動化、智能化、網絡化的發展方向邁進，將更好的代替人從事高危險、高危害的工作環境，實現生產管理的智能化和自動化。

3 結束語

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計原理、設計方案、控制設計三個部分內容，并就氣動抓取式機械手的特點進行了分析，實現了氣動抓取式機械手的設計。氣動抓取式機械手在工業生產過程中起到了重要的輔助作用，在實際設計過程中，必須注重這一點，使機械手設計能夠更好地促進工業生產的發展和進步，滿足我國現代工業更加自動化、智能化的發展需要。

參考文獻

[1]蔣浩.基于PLC的工業機械手運動控制系統設計[D].南京信息工程大學，2012.

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

[3]程錦鋒.基于PLC控制及氣動驅動的工業機械手的設計與實現[J].職業，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計[J].森林工程，2011，3：45-50.