淺談工業機械手設計

高令

艾沛克斯工具（山東）有限公司，山東日照 262300

摘 要 本文結合工業機械手在現代生產中的應用，設計了一種基于PLC控制的高效、簡單、實用的機械手，文章具有一定的實際指導作用。

關鍵詞 機械手；設計；PLC

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）13-0076-02

機械手被廣泛應用于現代工業自動控制領域中，其可以有效完成物件搬運、零件裝配、部件切割以及機械噴染等工作。同時，因為PLC順序控制具有簡單、可靠、靈活等優點，對其進行研究已經成為影響現代工業進步的關鍵因素之一。

1 工業機械手在現代生產中的應用

目前，我國機械手通常被用于完成注塑工業中從模具中快速抓取制品并將制品傳送至下一個生產的工序以及加工行業中取料和送料操作。另外，在澆鑄行業中提取高溫熔液等也常用到機械手。

2 整體設計方案擬定

2.1 結構設計

以圖1展示設計的機械手為例，此機械手有3個方向的自由度，主要由腰關節、肩關節以及肘關節3個關鍵結構進行獨立控制與聯動，在此簡單介紹其結構特性。

1）機械把柄的腰部組織構件。這個部分主要的功能是協調機械在水平地面內運轉。機械手柄的腰部組織部件同樣是通過直流電帶動這個部分運作的。這個部分的齒輪是其特點之一，制作過程簡單，運作范圍不大，但是，需要帶動整個機械的運作，運作準確度高，且運作效率高。

2）機械部件的肩關節。機械手柄的肩關節懸臂結構，同樣采用直流電進行操控和運作，同時借渦輪技術加以輔助運作。

3）機械部件的肘關節。機械部件的肘關節的運作采用的是鐘表擺動類似的結構，時鐘狀擺動結構不易磨損、結構緊密、使用時間長，不易損壞，機械壽命比同類型其他機械部件壽命更長。機械手柄的肘關節運作部件同樣采用的是直流電電動機進行運作。

2.2 控制設計

機械把手的PLC掌控操作順序會根據系統設計劃分為以下3個步驟運作。1）注重輸出電路的線路選擇，選擇合適的運輸器的輸出型號的PLC，這個類型的PLC運輸直流電流，啟動電動機在一定程度上降低了機械運作是的復雜程度。2）在輸送電流時，觀察電流在機械運作時的運送情況，在機械運作時，電流能否恰當及時充分的傳遞到機械的各個部件，通過PLC判斷機械運作是否到位。3）根據信號的輸入路徑和輸出方向來選擇PLC的適用類型，使整個機械運作零件完整。

下面以腰關節為例說明機械手的控制原理。為了實現腰關節從靜止狀態到啟動的控制，該機械手的點位控制由PLC順序控制實現，如圖2展示了PLC順序控制的原理。

首先，電動機的旋轉需要利用輸出電路來帶動，而電動機則會在齒輪的傳動作用下帶動腰關節的轉動運動。

腰關節的實際轉角位置信號需要利用位置檢測電位器將其傳送至運作部件的電路里。將正常情況下部件運轉的范圍和幅度與在部件角落的機器御座的幅度相比較，如果特殊角落部件運轉的幅度與正常情況下部件預裝幅度相同，則證明特殊角落也能接收到正常電流，機械整體各個部件都能撐場運作，就把輸入電路的信號送達到PLC。

在以上基礎上，PLC便會通過輸出電路讓電動機發生制動，這樣就可以保證腰關節運動的完成。

圖3和4分別展示了輸入電路與輸出接口的原理。

對于機械手的其他關節，其順序控制方法大致與腰關節一致，在此不在具體細說。

2.3 PLC選型

在確定了順序控制系統的輸入電路和輸出電路的基礎上，需要按照其輸入方式和輸出方式以及實際需要的接觸點個數對PLC進行選擇。

在本文所涉及的機械手中，其基本需要包括：5個定時器、11個直流電流的控制開關、12個輸出電流線路快關設置。

基于以上分析，最終選則了日本立石公司C28P型PLC，該型號的PLC可以較好的滿足機械手順序控制的要求，圖5給出了其主機箱的結構。

3 機械手技術參數

PLC順序控制系統軟件可以滿足以下條件：1）機械工作完畢結束時，腰、肩部、肘部等運動范圍較大的部分先復位，重復運動到部件能運動所及的最大范圍；2）在機械各個部件運動到運動范圍的極限時，機械會出現短暫的暫停，再重新開始運作。運作過程部件的運動速度由快到慢再到快；3）總開關能控制整個機械的全部部件。抓重：300N；坐標型式：圓柱坐標；最大工作半徑：800mm；手臂最大中心高：1 115mm；驅動方式：液壓驅動。

4 結論

通過PLC控制的機械把手符合腰關節、肩部肌肉、肘部組織既能單獨運作又能共通協作運作的要求，實踐操作性和運用性較強。

參考文獻

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