機械手設計論文
摘要：機械手在設計過程中,注重其自動化控制,能夠實現一些較為複雜的工業操作。文章對氣動抓取式工業機械手設計的研究,主要是基於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慧性,以期更好地實現工業發展自動化。
關鍵詞：機械論文發表
目前，我國的科技發展迅速，加工製造行業也越來越趨向於自動化，在機械加工、機械製造行業已經普遍運用機械手來幫助完成工作，機械手大部分是用於自動安裝及自動包裝工作，還用來幫忙上下料這種高重複性的工作。PLC控制技術不斷髮展，使用其的益處越發明顯，尤其是在控制系統的結構、是否可靠、是否靈活等方面都有其特有的優勢，所以，現在的PLC控制技術已經普遍運用到自動化生產的控制工作中了，它可以幫助不同的機械完成自動化操控，下面文章中主要闡述了由PLC控制的工業機械手的系統的設計過程。
1機械手系統組成與工作原理
下面文章中主要以三自由度機械手為研究物件具體闡述工業機械手的設計，這種型別的機械手靈活、自由，能夠對機械手的各個部位進行獨立控制。機械手的設計結構大致是：機械手的腰關節主要是為了幫助機身在平面上實現旋轉動作，此部位的驅動電機屬於直流力矩電機，這一型別的電機結構屬於三級齒輪減速傳動結構，由於這種傳動結構的構造簡單，所以它工作起來的效率很高，並且準確度高。肩關節的主要結構是懸臂樑式的結構，工作原理是透過直流力矩電機帶動渦輪副杆完成傳動工作。肘關節的主要結構是擺動螺旋式的結構，這一關節的特點是比較穩定、構造簡單。並且這一關節的電機也是直流力矩電機。
在實現以上三個關節活動的過程中，機械手採用的是電位器反饋的方式來完成對各關節運動位置的判斷，電位器安裝在腰關節驅動系統的末級齒輪中心軸同軸，肩關節蝸桿軸以及肘關節連線銷軸同軸。其順序控制形式是透過PLC電位控制來實現，比如要完成腰關節從靜止位置到旋轉一個設定的角度這個動作，PLC控制系統其透過輸出電路驅動負責腰關節的直流力矩電機旋轉從而帶動該關節機械轉動，到達設定的角度位置時候，電位器檢測到該位置的.反饋訊號，PLC控制系統判斷機械手已經完成了目標指令，其控制輸出迴路斷電，驅動電機旋轉停止，則腰關節正好到達程式命令的轉動位置，則PLC自動進入下一步程式進行動作輸出。
2控制系統硬體結構
根據上文提到的各關節動作控制完成方式可以看出，PLC控制系統的設計應包含輸入電路、輸出電路以及控制系統本身三個部分。
2.1輸出電路
作為輸出電路的執行部件，直流力矩電機線上性度以及反應速度方面具有其它電機無法比擬的優勢，同時該型別電機也可以滿足長期執行在低速甚至堵轉的工作狀態。
為了滿足PLC對各關節動作的順序控制，輸出電路對電機控制通常採用開關控制的形式，只要使用符合控制要求的繼電器輸出型PLC，就能使用該PLC對直流電機進行直接的驅動，從而從電路設計角度就大大簡化了控制系統的複雜程度，這種設計結構非常直接，PLC內部程式得到執行指令後，其設定用於控制動作輸出的繼電器線圈得點，相應串接在電機驅動迴路的繼電器觸點OUT閉合，執行電機得電開始轉動，帶動執行元件按照設計的運動方式進行運動，直到接受到完成系統指令後，繼電器觸點OUT開啟，電機驅動迴路斷開，電機停轉等待下一個指令。如同常用電路一樣，電機控制迴路也可以透過橋式以及分級的接線方式來實現對電機正反轉和順序控制。
2.2輸入電路
PLC控制系統的輸入量IN直接取自安裝在機械手各個關節的電位器，電位器的安裝位置需要根據規定的機械手動作範圍來設定，當機械手的動作範圍到達設定的某個位置時，對應位置的電位器其輸出的模擬電壓訊號直接反饋給PLC控制系統，PLC透過比較給定位置的電位與接受到位置電位的大小來判斷，當達到設定值時，PLC內部程式驅動相應結點的輸出電路動作，來實現該指令執行的完畢，從而轉入下一指令。IN點的內部設有光電耦合電路，來實現內外部強電弱電的隔離。一旦活動關節在執行指令時候電位器返回的訊號與設定的範圍比較失敗，則程式自動判斷執行失敗，該關節返回到初始位置後，該程式重新被執行，這種迴路的設計從硬體層面保護了機械部件，避免電機將執行機構錯誤的拖入不應該的位置而造成裝置損壞。
2.3選擇PLC
在確定了控制系統的外部輸入輸出電路之後，接下來就可以進行輸入輸出方式的設計階段，決定PLC選型的主要引數就是滿足輸入輸出方式所需要的輸入點、輸出點、內部用於延時的時間繼電器數量。在本次的PLC選型的過程中，考慮到這種機械手有12個輸入點，9個輸出點以及7個用於延時的時間繼電器，綜合考慮到造價成本以及後續拓展需要，方案選擇日本歐姆龍公司生產OMRON- C28P型PLC。這種PLC完全能滿足三自由度工業機械手的順序控制要求。
3控制系統軟體設計
控制系統的軟體設計按照以下六步的順序進行：1)確定系統順序控制次序及功能;2)制定輸入輸出分配表;3)建立適合系統的控制關係;4)繪製梯形邏輯分析圖;5)編譯程式碼程式;6)透過終端輸入到P LC主機.
PLC順序控制系統軟體必須滿足以下三個原則：1)系統總開關閉合時，各關節部分分別復位回到各自的初始位置，之後開始執行順序動作命令;2)當各關節運動到上限或下限位置時，在接近設定動作位置時電機要有減速過程，同時在到達位置後執行機構停止1秒後才能進入到下一個動作過程;3)系統總開關斷開，全部動作停止，在原位置待命。
4結語
基於PLC控制的工業機械手不僅能夠實現三自由度機械手各關節獨立以及整體運動，完成生產線上下料的自動迴圈，同時綜合控制系統還能完成多個機械手之間的協同配合，從而完成料物的連續搬運。同時該系統在執行過程中，也可以根據實際需要進行操作指令調整，滿足了系統對實際應用的需要，維護簡單。
【參考文獻】
[1]高鍾毓.機電一體化系統設計[M].北京：機械工業出版社1997.
[2]孫兵，趙斌，施永輝..基於PLC的機械手混合驅動控制[J].液壓與氣動，2005