機(jī)械手臂設(shè)計(jì)精選(九篇)

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第1篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：陸地鉆機(jī) 二層臺(tái)機(jī)械手臂 石油鉆桿排放系統(tǒng) 伺服驅(qū)動(dòng)

1.引言

鉆井作業(yè)過(guò)程中，二層臺(tái)井架工的作業(yè)環(huán)境非常惡劣，高空露天作業(yè)，起下鉆井架工在26米高的猴臺(tái)上一站就是十多個(gè)小時(shí)，風(fēng)吹日曬。為了改善井架工的作業(yè)環(huán)境，勝利油田鉆井三公司機(jī)動(dòng)辦公室開(kāi)始著手設(shè)計(jì)二層臺(tái)機(jī)械手臂井架工伺服操作系統(tǒng)，井架工在鉆臺(tái)偏房?jī)?nèi)或是在司鉆房?jī)?nèi)遙控操作二層臺(tái)機(jī)械手臂，實(shí)現(xiàn)鉆桿、鉆鋌擺正入指梁。該設(shè)計(jì)著重考慮四點(diǎn)：①適用于公司內(nèi)部40、50、70型陸地鉆機(jī)k型自起井架，方便安裝和井隊(duì)設(shè)備搬遷。②無(wú)需對(duì)二層臺(tái)的承重進(jìn)行改裝，機(jī)械手臂小巧輕便，總重量控制在250kg以內(nèi)。③操作簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速靈敏準(zhǔn)確，井架工在鉆臺(tái)面或司鉆房?jī)?nèi)利用監(jiān)控視頻對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行可視化遙控操作，鉆桿擺放速度不低于人工擺放速度。④機(jī)械手臂露天作業(yè)，皮實(shí)耐用，防水防爆。

2.現(xiàn)有二層臺(tái)機(jī)械手臂成型產(chǎn)品的介紹

針對(duì)以上四個(gè)要求，我們考察了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的鉆井二層臺(tái)鉆桿擺放系統(tǒng)，都無(wú)法滿足上訴四個(gè)要求。國(guó)內(nèi)外鉆桿擺放系統(tǒng)成型的設(shè)計(jì)目前可以大致分為兩類，一類是將鉆桿整柱提起，再利用液壓手臂旋轉(zhuǎn)擺正推送入指梁。該設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)省去鉆臺(tái)面上兩個(gè)鉆工和二層臺(tái)上井架工共三個(gè)人的工作量，但這種設(shè)計(jì)對(duì)于二層臺(tái)的承重要求很高，必須對(duì)井架和二層臺(tái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)， 顯然對(duì)現(xiàn)有井架進(jìn)行改造不現(xiàn)實(shí)。例如，NOV（國(guó)民油井）公司和挪威MH公司的海上平臺(tái)鉆柱擺放系統(tǒng)（圖1），國(guó)內(nèi)杰瑞石油工程機(jī)械有限公司的二層臺(tái)智能排管系統(tǒng)（圖2）。第二種設(shè)計(jì)是鉆工先把鉆桿立柱的下端推到鉆桿盒內(nèi)，下放游車，鉆桿立柱下端立在鉆桿盒上，打開(kāi)液壓吊卡，然后用機(jī)械手臂抓住鉆桿立柱擺正推送入指梁。這種設(shè)計(jì)只能節(jié)省井架工的人工勞動(dòng)，鉆臺(tái)面上還需要人工完成，但是這種設(shè)計(jì)的好處是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，二層臺(tái)不承受鉆柱的重量，只需要一個(gè)很小的力就可以將鉆桿擺正就位。在現(xiàn)有鉆機(jī)上增加二層臺(tái)機(jī)械手臂，只能采用這種設(shè)計(jì)。目前采用第二種設(shè)計(jì)思路的成型產(chǎn)品只有NOV（國(guó)民油井）公司開(kāi)發(fā)的，二層臺(tái)液壓機(jī)械手臂（圖3）。我們?cè)贜OV的設(shè)計(jì)上大膽改進(jìn)，采用全新的機(jī)器人設(shè)計(jì)理念，自主研發(fā)出了適用于40、50、70型陸地鉆機(jī)K型自起井架的二層臺(tái)機(jī)械手臂井架工伺服操作系統(tǒng)（圖4）。

3.二層臺(tái)機(jī)械手臂井架工伺服操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和NOV的設(shè)計(jì)大致相同，都包含導(dǎo)軌、滑臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、伸縮手臂、機(jī)械手（圖5）。整個(gè)機(jī)械手臂可以在導(dǎo)軌上前后滑動(dòng)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手臂向前伸出和向后縮回。 但是不同于NOV設(shè)計(jì)之處在于，我們的機(jī)械手臂安裝在舌臺(tái)的上部。這樣有兩個(gè)好處，第一，搬家無(wú)需將機(jī)械手臂拆掉，二層臺(tái)擋風(fēng)墻上有自動(dòng)固定位置，機(jī)械手臂滑到擋風(fēng)墻邊上自動(dòng)固定，二層臺(tái)下部就是裝車面，所以，機(jī)械手臂是一次安裝，無(wú)需拆卸。這對(duì)于陸地鉆機(jī)，平均一兩個(gè)月就搬遷一次的搬家頻率，大大節(jié)省拆卸安裝時(shí)間。第二，機(jī)械手臂安裝在舌臺(tái)上部，安裝電纜、保養(yǎng)、維修都非常方便。維修人員觸手可及。NOV的設(shè)計(jì)一但出現(xiàn)任何問(wèn)題，維修人員下去檢修都非常困難。

（2）近幾年伺服電機(jī)技術(shù)發(fā)展非常迅速，NOV的設(shè)計(jì)采用液壓缸、液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂我們的設(shè)計(jì)在二層臺(tái)機(jī)械手臂上大膽采用機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念，所有的驅(qū)動(dòng)全部采用伺服電機(jī)加減速機(jī)的形式作為動(dòng)力。導(dǎo)軌滑臺(tái)采用滾珠絲杠傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)作迅速、阻力小。旋轉(zhuǎn)臺(tái)和機(jī)械手臂部位全部采用渦輪蝸桿傳動(dòng)。相比NOV的液壓系統(tǒng)，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，省去了液壓站，液壓管線，制造成本大大降低，伺服電機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)和日常消耗成本也比液壓系統(tǒng)小很多。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安裝、維護(hù)、操控相比液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯。

（3）操控方面采用伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手柄模擬信號(hào)直接控制伺服驅(qū)動(dòng)器。井架工一只手握住操控手柄，前后左右推動(dòng)手柄就可以控制機(jī)械手臂的伸縮，滑臺(tái)的左右移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)手柄可以控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，拇指部位的按鈕可以控制機(jī)械手抓的開(kāi)合（圖6）。機(jī)械手臂上安裝有攝像頭，機(jī)械手臂的所有操作全部在顯示屏幕上可以看到，井架工在司鉆房?jī)?nèi)可視化遙控操作，無(wú)需再爬上二層臺(tái)。徹底解放井架工的體力勞動(dòng)，改善工作環(huán)境，。

（4）滑塊采用回型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，絲杠和導(dǎo)軌上面鋪設(shè)承重板材，機(jī)械手臂出現(xiàn)故障，無(wú)法工作，可以用搖把將機(jī)械手臂退回到擋風(fēng)墻一邊，井架工站在承重板材上面進(jìn)行人工排鉆桿作業(yè)（圖7）。同時(shí)承重板材對(duì)絲杠和導(dǎo)軌起到防雨作用。

（5）該設(shè)計(jì)目前唯一的缺點(diǎn)就是，起鉆過(guò)程中，必須有液壓吊卡的配合才能開(kāi)啟吊卡。所以只能安裝在配備有頂驅(qū)和液壓吊卡的井架上。下鉆過(guò)程中，利用機(jī)械手臂推送鉆桿的撞擊力就可以將吊卡口上。下一步的重點(diǎn)是將開(kāi)吊卡的裝置和機(jī)械抓手都安裝到機(jī)械手臂上。實(shí)現(xiàn)無(wú)需液壓吊卡的起下鉆作業(yè)。

4.結(jié)束語(yǔ)

目前，數(shù)字樣機(jī)的研發(fā)過(guò)程已經(jīng)完成，全程通過(guò)delmia仿真軟件進(jìn)行數(shù)字樣機(jī)的開(kāi)發(fā)、有限元分析和仿真演示。模型樣機(jī)零部件的設(shè)計(jì)、相關(guān)產(chǎn)品的選型和采購(gòu)已經(jīng)完成，下一步工作將圍繞地面試驗(yàn)臺(tái)的搭建，系統(tǒng)模型樣機(jī)的組裝和地面試驗(yàn)展開(kāi)，計(jì)劃年底能將模型樣機(jī)安裝到公司新出50DB鉆機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

田成輝，男，（1966.4?―）鉆井三公司機(jī)動(dòng)辦主任

徐元春，男，（1980.6―）鉆井三公司機(jī)動(dòng)辦干事

第2篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

1 汽車玻璃企業(yè)機(jī)械手臂的種類

?榱嗽諫?產(chǎn)過(guò)程中減少消耗、提高勞動(dòng)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，因此汽車玻璃企業(yè)都已經(jīng)廣泛使用了機(jī)械手臂。機(jī)械手臂的使用能夠更好地利用平衡原理，在保證玻璃安全的前提下，更加快捷、高效的在狹小空間內(nèi)完成玻璃的移動(dòng)定位，這一過(guò)程只需要作業(yè)人員的簡(jiǎn)單點(diǎn)動(dòng)?，F(xiàn)階段使用的機(jī)械手臂按照結(jié)構(gòu)形式，我們可以將其分為兩類，分別是硬臂式機(jī)械手臂以及軟索式機(jī)械手臂兩種，企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。下面我們分別對(duì)兩種機(jī)械手臂進(jìn)行分析、描述：

1.1 硬臂式機(jī)械手臂

硬臂式機(jī)械手臂由四部分組成，分別是夾具部分、機(jī)械手主機(jī)、氣路控制系統(tǒng)以及地面行走機(jī)構(gòu)。硬臂式機(jī)械手臂能夠在廠房高度有限、工件重心遠(yuǎn)離懸掛點(diǎn)，并且工件需要傾斜或者反轉(zhuǎn)的情況下使用。與此同時(shí)，硬臂式機(jī)械手臂配備有儲(chǔ)氣罐，能夠保證在斷氣狀態(tài)下繼續(xù)使用一循環(huán)，而且還能夠發(fā)出警報(bào)，在壓力下降到一定程度時(shí)，啟動(dòng)自鎖功能，保證零件的安全。由于硬臂式機(jī)械手臂配備有安全系統(tǒng)，因此操作人員無(wú)法在工件在運(yùn)輸過(guò)程中、未妥善方式的情況下進(jìn)行釋放。通過(guò)非標(biāo)夾具的配合使用，硬臂式機(jī)械手臂的適用范圍大幅擴(kuò)展，幾乎可以起吊任意形狀的工件，因此這種機(jī)械手臂的適用范圍極為廣闊。

1.2 軟索式機(jī)械手臂

軟鎖式機(jī)械手臂的功能與硬臂式機(jī)械手臂基本一樣，而且通過(guò)配備儲(chǔ)氣罐的方式，斷氣狀態(tài)下繼續(xù)使用一循環(huán)，并且能夠向操作者提出警報(bào)。軟鎖式機(jī)械手臂通過(guò)配合使用各種非標(biāo)夾具的方式能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)范圍的擴(kuò)大，這種生產(chǎn)方式具有簡(jiǎn)單實(shí)用、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。

2 機(jī)械手臂的特點(diǎn)

機(jī)械手臂具有通用性高、可編程、體積小、重量輕、擬人化以及機(jī)電一體化等特點(diǎn)。除了部分專門設(shè)計(jì)的非標(biāo)機(jī)械手臂外，絕大多數(shù)的機(jī)械手臂都能夠執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。例如：通過(guò)更換末端操作工具執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)，而且機(jī)械手臂在結(jié)構(gòu)上類似于人體，由電腦控制可以進(jìn)行多種動(dòng)作，完成不同的任務(wù)。由于機(jī)械手臂能夠進(jìn)行再編程，因此我們可以完成小批量、多品種的生產(chǎn)制造。此外，由于機(jī)械手臂涉及到多種專業(yè)技術(shù)，是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及機(jī)械技術(shù)的綜合應(yīng)用。

機(jī)械手臂最顯著的特點(diǎn)就是能夠降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率。機(jī)械手臂的動(dòng)力是電能，設(shè)備本身通過(guò)提前輸入程序，過(guò)程中進(jìn)行有效保養(yǎng)，就可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的快速、敏捷、不停頓、精確地動(dòng)作，因此能夠在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率。最后，機(jī)械手臂的應(yīng)用，避免了企業(yè)作業(yè)人員在危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)的幾率，有效提高了企業(yè)的安全生產(chǎn)水平，為企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供了有力支持。

3 機(jī)械手臂在實(shí)際中的應(yīng)用

汽車玻璃均為安全性玻璃，主要有鋼化玻璃以及夾層玻璃兩種，在前風(fēng)擋上采用的是夾層玻璃，避免由于玻璃碎裂而對(duì)駕駛員造成安全威脅，而汽車的側(cè)后風(fēng)擋大多數(shù)都采用鋼化玻璃，保證在被外力破壞時(shí)，能夠碎裂成碎小鈍角顆粒，避免對(duì)汽車內(nèi)成員的二次傷害。雖然這兩種玻璃在使用過(guò)程中都能夠有效保證駕駛員以及車內(nèi)其他成員的人參安全，但是生產(chǎn)過(guò)程中，由于半成品玻璃未經(jīng)過(guò)熱處理，仍舊會(huì)給作業(yè)人員產(chǎn)生安全隱患，因此絕大多數(shù)的汽車玻璃企業(yè)都通過(guò)加大機(jī)械手臂的應(yīng)用來(lái)緩解這種情況。

汽車玻璃加工過(guò)程中最為危險(xiǎn)的一道工序就是將原片玻璃搬上工作臺(tái)，而且由于原片玻璃的尺寸過(guò)大，極易在運(yùn)輸過(guò)程中造成損傷，導(dǎo)致玻璃碎裂的可能性增加。現(xiàn)階段汽車玻璃企業(yè)中應(yīng)用的六軸機(jī)械手臂就有效解決了上述問(wèn)題。

在機(jī)械手臂前段安裝波紋真空吸盤、頂針、光控以及超聲波傳感器等零件來(lái)協(xié)調(diào)機(jī)械手位置，自動(dòng)進(jìn)行玻璃的吸附，保證能夠平穩(wěn)將其從貨架上運(yùn)至輸送臺(tái)上。絕大多數(shù)的六軸機(jī)械手臂前段至少安裝三個(gè)控制系統(tǒng)，使玻璃面與吸盤整體面平行。六軸機(jī)械手能夠多方位隱形調(diào)節(jié)使其達(dá)到滿意的平面及角度，通過(guò)歸納總結(jié)，這種機(jī)械手具有精度高、靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，但是由于價(jià)格高、維修困難，需要固定底座位置等原因，也在一定程度上限制了技術(shù)的應(yīng)用。

現(xiàn)階段，很多汽車玻璃企業(yè)都與大學(xué)、設(shè)計(jì)院等進(jìn)行有機(jī)聯(lián)合，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)機(jī)械手臂，例如：北京某汽車玻璃企業(yè)同北京某大學(xué)聯(lián)合，設(shè)計(jì)了一套既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，又能夠滿足生產(chǎn)需求的機(jī)械手臂，由于企業(yè)的生產(chǎn)車間內(nèi)空間狹小，將手臂設(shè)計(jì)成吊掛式，這種手臂在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中展現(xiàn)出了效率高、操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及維修方便的優(yōu)勢(shì)，在初加工階段應(yīng)用的效果非常明顯，但是由于對(duì)吸附玻璃時(shí)對(duì)擺放精度要求較高，因此不能在復(fù)雜工序中使用。

最后，我們常用的汽車玻璃有錫面和非錫面兩種，通過(guò)六軸機(jī)械手臂我們能夠?qū)㈠a面相反的玻璃翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，這就通過(guò)搬運(yùn)過(guò)程中檢測(cè)的方式，保證了玻璃的擺放順序，還能夠加快生產(chǎn)流程，避免安裝錯(cuò)誤情況的發(fā)生。

機(jī)械手臂作為汽車玻璃企業(yè)中應(yīng)用頻率最高的設(shè)備之一，很大程度上決定了企業(yè)的未來(lái)發(fā)展情況，因此現(xiàn)階段大量的資金以及人力偏向于機(jī)械手臂的研究與改進(jìn)。相關(guān)資料表明，未來(lái)的機(jī)械手臂必然會(huì)向著精度高、定位準(zhǔn)確、模塊化、機(jī)電一體化、多臂機(jī)械手以及聯(lián)網(wǎng)機(jī)械手等方向發(fā)展。未來(lái)的機(jī)械手臂在完成現(xiàn)有工作的同時(shí)，通過(guò)大量先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更高精度的生產(chǎn)與運(yùn)輸，將隨機(jī)誤差控制在最小范圍內(nèi)；而且機(jī)械手臂還能夠通過(guò)不同模塊組合的方式，完成不同的生產(chǎn)任務(wù)，具有極高的靈活性；機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)，還能夠減少設(shè)備的占地面積，降低維修、檢查難度，提高可靠性；鑒于未來(lái)復(fù)雜的生產(chǎn)條件，以及較高的生產(chǎn)效率要求，多臂機(jī)械手必然會(huì)應(yīng)運(yùn)而生；與此同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也會(huì)使機(jī)械手的生產(chǎn)更加靈活多變。

第3篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

目前，由于機(jī)械手技術(shù)有了快速的發(fā)展，同時(shí)PLC控制技術(shù)以及點(diǎn)控制技術(shù)也在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用，所以，適合在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中使用的通過(guò)機(jī)械手也有了不小的進(jìn)展。因?yàn)闅鈩?dòng)機(jī)械手具有諸多優(yōu)勢(shì)，比如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精確、控制便捷等，因此被自動(dòng)化生產(chǎn)線大量采用。本文將結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)際情況，進(jìn)行基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的氣動(dòng)手搬運(yùn)機(jī)械手控制的探討。

一、起動(dòng)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)及原理

1、氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

該氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中1為推料氣缸，2為工作庫(kù)，3為單桿氣缸，4為雙導(dǎo)桿氣缸，5為氣動(dòng)手抓，6為轉(zhuǎn)軸，7為步進(jìn)電機(jī)，8為傳送帶。在以上組成元件中，燃料氣缸主要負(fù)責(zé)在工件庫(kù)中推送工件；氣動(dòng)手抓則是用來(lái)抓緊工件或放松工件；雙導(dǎo)桿氣缸是用來(lái)控制機(jī)械手臂進(jìn)行縮回或者伸出動(dòng)作；單桿氣缸可以提升或者降低氣動(dòng)手抓；不僅電機(jī)控制著機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)，并且依據(jù)脈沖數(shù)量來(lái)保障定位準(zhǔn)確。

2、氣動(dòng)機(jī)械手的工作原理

本文探討的氣動(dòng)系統(tǒng)包括了推料氣缸、升降氣缸、伸縮氣缸和氣動(dòng)手抓等組成部分。其中，單電控制二位五通閥負(fù)責(zé)控制推料氣缸、升降氣缸以及伸縮氣缸。而氣動(dòng)手抓則是被雙電控制二位五通閥來(lái)進(jìn)行控制。至于氣缸動(dòng)作過(guò)程中的穩(wěn)定性，一般通過(guò)單向節(jié)流閥來(lái)控制其速度，速度得到控制以后，氣缸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性即可大大提高。該氣動(dòng)機(jī)械手在工作中遵循以下流程：工件存料后氣動(dòng)機(jī)械手向前伸出―前臂降低―工件被氣動(dòng)手指夾住―前臂抬升并縮回―手臂向右旋轉(zhuǎn)―手臂前屈―手爪把工件放進(jìn)料口―手臂縮回―機(jī)械手復(fù)位，直到下一個(gè)工件就位，這一過(guò)程循環(huán)進(jìn)行達(dá)到工作的目的。在本系統(tǒng)中，為了保障機(jī)械手的定位準(zhǔn)確，把電感傳感器裝置在機(jī)械手底座處，當(dāng)作其基準(zhǔn)傳感器。并且在機(jī)械手向左、向右旋轉(zhuǎn)到最大位置處加裝限制裝置。

二、氣動(dòng)機(jī)械手控制標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手控制標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在搬運(yùn)工件的工作中，不僅要準(zhǔn)確控制其操作，還要同步呈現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)。在遇到緊急事件時(shí)，可以進(jìn)行相應(yīng)的處理。具體要求分三個(gè)方面：（1）機(jī)械手在工件到位后向前伸出手臂，當(dāng)傳感器檢測(cè)后，手爪氣缸延遲0.5秒后下降，在限位傳感器感應(yīng)后，同樣延遲0.5秒再抓取工件，手抓接受到加緊信號(hào)之后，延遲0.5秒上升氣缸，到位后手臂氣缸回縮，縮回限位到位之后右旋轉(zhuǎn)，到達(dá)一定角度之后手臂向前伸出，伸出限位后手爪氣缸降低，下降限位后，手動(dòng)手爪延遲0.5秒松開(kāi)工件，手爪提高限位后，手臂氣缸向后縮，縮回限位后手臂進(jìn)行左旋轉(zhuǎn)，直到下一個(gè)工件就位，再重復(fù)以上要求。（2）啟動(dòng)、停止、復(fù)位、警告。在該系統(tǒng)通電，“復(fù)位”被點(diǎn)動(dòng)后系統(tǒng)復(fù)位，并且清除干凈存料臺(tái)。點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕之后，表示缺料情況的黃燈會(huì)閃爍，設(shè)備在放進(jìn)工件后再運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)點(diǎn)動(dòng)“停止“按鈕后，全部元件都會(huì)暫停工作，警告燈也會(huì)點(diǎn)亮，同時(shí)缺料黃燈也會(huì)繼續(xù)閃爍。（3）系統(tǒng)意外斷電的處理。設(shè)備會(huì)在系統(tǒng)意外斷電后暫停工作。直到電源供應(yīng)恢復(fù)之后，點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，并且再次點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕，這個(gè)時(shí)候機(jī)械手會(huì)執(zhí)行控制要求（1）中的有關(guān)內(nèi)容。

三、氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在動(dòng)作流程上主要根據(jù)氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理，并且結(jié)合電磁鐵的狀態(tài)和步進(jìn)電機(jī)的方向信號(hào)DIR和脈沖信號(hào)的狀態(tài)來(lái)安排氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作順序。在PLC I/O口分配方面，主要依據(jù)該系統(tǒng)輸出與輸入的數(shù)量特征。決定將控制器選擇為西門子S7-200系列PLC。該氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的I/O口分配情況如表1所示。

2、氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在本文中的機(jī)械手軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)的控制是比較復(fù)雜的難點(diǎn)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，其驅(qū)動(dòng)器的方向信號(hào)DIR和脈沖信號(hào)PLU是由Q0.1和Q0.0分別提供的。利用程序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和脈沖數(shù)目進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置后，基本上可以保障機(jī)械手向左、向右旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確度。結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作特征，應(yīng)用S7-200PLC的脈沖指令PLS來(lái)保證步進(jìn)電機(jī)的定位。其中，高速脈沖指令包括寬度可變脈沖PWM和高速脈沖PTO這兩種類型。由于PTO方式能夠有效控制脈沖數(shù)量和周期，所以被該系統(tǒng)采納。步進(jìn)電機(jī)一旦在啟動(dòng)瞬間發(fā)生高頻脈沖增加的情況，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)失步等故障。為此，步進(jìn)電機(jī)在進(jìn)行啟動(dòng)、運(yùn)行、停止、高速運(yùn)行、減速等階段時(shí)，可以在PTO指令過(guò)程中運(yùn)用多管線控制手段。

結(jié)論

本文進(jìn)行基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的氣動(dòng)手搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，證明了該機(jī)械手控制方便、定位精確，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可以結(jié)合需要來(lái)調(diào)整機(jī)械手動(dòng)作流程，提高其適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)

第4篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

Abstract： In today's society， science and technology has rapid development， and also the graphic monitoring has great improvement in the field of industrial automation. This design from the teaching point of view， introduces the overall structure of graphic monitoring robot teaching platform， using graphic monitoring to complete the simulated operation can not only monitor the manipulator， but also can simulate control. Through powerful animation function of configuration software can display the action process of manipulator in real time， through the simulation manipulator drawing， doing variables， programming to realize the simulation of the manipulator operation， the application of animation to simulate the effect of the manipulator operation reduces the difficulty of learning， but also can absorb the experience in a large extent and master knowledge.

關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；PLC；圖形監(jiān)控；組態(tài)技術(shù)

Key words： manipulator；PLC；graphic monitoring；configuration technology

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）36-0227-03

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)日新月異，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及，在專業(yè)教學(xué)中，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真教學(xué)已經(jīng)引起人們充分關(guān)注。從組態(tài)軟件的內(nèi)涵上說(shuō)，組態(tài)軟件是指在軟件領(lǐng)域內(nèi)，操作人員根據(jù)應(yīng)用對(duì)象及控制任務(wù)的要求，配置（包括對(duì)象的定義、制作和編輯，對(duì)象狀態(tài)特征屬性參數(shù)的設(shè)定等）用戶應(yīng)用程序的過(guò)程，也就是把組態(tài)軟件視為“應(yīng)用程序生成器”。從應(yīng)用角度講，組態(tài)軟件是完成系統(tǒng)硬件與軟件溝通、建立現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控層溝通的人機(jī)界面的軟件平臺(tái)，它的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅局限于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，還可應(yīng)用于仿真教學(xué)和技能鑒定考核等領(lǐng)域。

圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)是一種適合大中專學(xué)生的具有開(kāi)放式特征的教學(xué)平臺(tái)。是多種高科技的融合，可以完成電工、電子、PLC、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、機(jī)電控制、觸摸屏技術(shù)、組態(tài)技術(shù)等許多課程的幾百個(gè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)。圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)的作用主要以展示機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特征和功能關(guān)系為主。相對(duì)于工業(yè)機(jī)器人具有它的特殊性：首先，一臺(tái)圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)相當(dāng)于一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，要能顯示多種運(yùn)動(dòng)性能。因此，利用組態(tài)軟件可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、可視畫(huà)面同步和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從而構(gòu)成一個(gè)集動(dòng)作控制、過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化、組態(tài)化的自動(dòng)控制，在我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中將起到巨大的推動(dòng)作用。本文采用三自由度圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)，圖形監(jiān)控示教器采用組態(tài)軟件和觸摸屏，控制系統(tǒng)采用可編程序控制器，設(shè)計(jì)了圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)，具有造價(jià)低、調(diào)控容易、重復(fù)性好的特點(diǎn)。

1 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)描述

如圖1所示，圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)主要由圖形監(jiān)控示教器、機(jī)械手（手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)）和控制系統(tǒng)四大部分構(gòu)成。

1.1 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)功能及模塊

①圖形監(jiān)控示教器：是人機(jī)交互（即運(yùn)動(dòng)軌跡的錄入、編輯、儲(chǔ)存，支持的圖案元素，輸入方法為引導(dǎo)示教式），主要由PC、組態(tài)軟件和觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)。

②機(jī)械手：主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。

1）手部是用來(lái)抓取工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種形式，如夾持型、托持型和吸附型等，主要由氣缸、氣控機(jī)械抓手來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2）運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式；主要由電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

③控制系統(tǒng)：完成插補(bǔ)計(jì)算，脈沖輸出及與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的連接，位置測(cè)量，邏輯處理（限位信號(hào)，操作信號(hào)等），具有在線控制和離線控制功能（在線控制通過(guò)上位機(jī)控制軟件實(shí)現(xiàn)控制，離線控制采用面板控制），主要由步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥、旋轉(zhuǎn)碼盤、單片機(jī)及PLC控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.2 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)控制方式 圖形監(jiān)控機(jī)械手的控制方式為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。工作過(guò)程為：

①進(jìn)行手動(dòng)控制時(shí)，手臂的升降、伸縮和腰部的回轉(zhuǎn)、夾鉗等張合的各流程需要進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制。

②自動(dòng)控制時(shí)，機(jī)械手首先回到初始位置，接著水平手臂伸出，碰到限位開(kāi)關(guān)后停止，然后垂直手臂下降，碰到下限位開(kāi)關(guān)停止運(yùn)動(dòng)，手爪電，夾緊工件，然后垂直手臂上升，碰到上限位開(kāi)關(guān)停止，腰部順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到碰到限位開(kāi)關(guān)停止，手臂下降到下限位開(kāi)關(guān)后，手爪電機(jī)反轉(zhuǎn)，松開(kāi)工件，最后垂直手臂再上升，水平手臂縮回，腰部逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，回到初始狀態(tài)。整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了將工件從A位置搬運(yùn)到B位置。

2 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)控制要求

①圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)具有啟動(dòng)、停止、水平移動(dòng)（左移、右移）、垂直移動(dòng)（上升、下降）、夾緊、放松等動(dòng)作功能。

②可以通過(guò)啟動(dòng)、停止按鈕控制機(jī)械手的啟動(dòng)、停止。

③機(jī)械手在原點(diǎn)位置，按下啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手下降至工件處夾緊工件攜工件上升至上限位右移至右限位（下一個(gè)工位上方）下降至指定位置放下工件后上升至上限位左移至左限位，回到原始位置。此過(guò)程反復(fù)循環(huán)執(zhí)行。

④機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果按下停止按鈕，機(jī)械手并不馬上停止，而是繼續(xù)工作，直到完成本周期操作，回到原始位置，之后停止，不再循環(huán)。如果按下急停按鈕，機(jī)械手停在當(dāng)前位置，解除急停后，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手復(fù)位，停在初始位置等待重新開(kāi)始操作。

⑤機(jī)械手的水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、夾緊、放松通過(guò)PLC控制的電磁閥實(shí)現(xiàn)。

2.2 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì) 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)的控制系統(tǒng)一般包括兩個(gè)進(jìn)步電機(jī)、一個(gè)直流電機(jī)、一個(gè)電磁閥，該系統(tǒng)可以讓單臺(tái)PLC進(jìn)行多個(gè)對(duì)象控制，只有適當(dāng)?shù)倪x用高性能的PLC，才能實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)完全的控制功能。為了師生直觀方便的使用，給予上位機(jī)/觸摸屏（圖形監(jiān)控示教器）進(jìn)行監(jiān)控，如圖2所示的控制結(jié)構(gòu)。用于發(fā)訊息的開(kāi)關(guān)如按鈕、光電開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)作為PLC的輸入信號(hào)，PLC的輸出控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、繼電器和電磁閥，用于完成手臂的升降/伸縮（左右）步進(jìn)電機(jī)、手爪旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)和手爪夾緊/放松等控制。

①圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)控制系統(tǒng)的核心是三菱FX1N-24MT型PLC。該P(yáng)LC有14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出，輸出接口為晶體管型。步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)與PLC一般是不直接相連的，PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、接觸器或者繼電器的線圈相連。為了實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及安全互鎖等問(wèn)題，PLC輸出端子接中間繼電器，該繼電器為直流繼電器，具有4對(duì)常開(kāi)常閉觸點(diǎn)，額定電壓為12V，能夠滿足直流電機(jī)互鎖要求。

②圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)的控制系統(tǒng)中有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)直流電機(jī)和一個(gè)電磁閥分別控制垂直手臂升降、水平手臂伸縮（左右）、腰部旋轉(zhuǎn)和手爪夾緊/放松。垂直手臂步進(jìn)電機(jī)由升/降步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制上升和下降；水平手臂步進(jìn)電機(jī)由左/右步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制手臂伸出和縮回；腰部旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)由繼電器分別控制順時(shí)針轉(zhuǎn)和逆時(shí)針轉(zhuǎn)；手爪夾緊/放松由電磁閥分別控制夾緊和松開(kāi)。同時(shí)為腰部旋轉(zhuǎn)和手爪夾緊/放松輸出端設(shè)置了互鎖，這就實(shí)現(xiàn)了腰部旋轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)、手爪夾緊和放松之間的互鎖，防止輸出相反的兩個(gè)繼電器和電磁閥同時(shí)為“ON”。

③圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)的控制系統(tǒng)還設(shè)置6個(gè)限位開(kāi)關(guān)，分別安裝在機(jī)械手的垂直手臂的最高位和最低位、水平手臂的最長(zhǎng)位和最短位、腰部?jī)蓚?cè)，用于檢測(cè)機(jī)械手的位置，機(jī)械手手爪的夾緊/放松由PLC內(nèi)部的時(shí)間繼電器控制。

④為了便于生產(chǎn)加工和維修、調(diào)整，設(shè)置了工作方式選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位時(shí)，機(jī)械手將工件從一個(gè)位置搬運(yùn)到指定位置卸下，并返回原位等待下一個(gè)工件到來(lái)，全部自動(dòng)進(jìn)行；置于“手動(dòng)”位時(shí)，通過(guò)按鈕機(jī)械手垂直手臂的升降、水平手臂的伸縮、腰部的旋轉(zhuǎn)、手爪的放松、夾緊等各動(dòng)作流程進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制。同時(shí)，為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時(shí)）能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器，在PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使交流接觸器線圈得電并自鎖，交流接觸器的主觸點(diǎn)接通，出現(xiàn)緊急情況時(shí)用“緊急停車”按鈕斷開(kāi)負(fù)載電源。

2.3 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì) 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行方式有兩種，首先在控制面板上或圖形監(jiān)控示教器選擇運(yùn)行方式，如果選擇了“手動(dòng)”方式，程序按照手動(dòng)程序運(yùn)行，如果選擇“自動(dòng)”方式，程序首先檢查機(jī)械手是否位于原點(diǎn)位置，也就是滿足初始狀態(tài)，滿足的話則進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行程序，不滿足的話先完成回原點(diǎn)程序再進(jìn)行自動(dòng)程序的運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)的流程圖如圖3所示。

2.4 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（圖形監(jiān)控示教器）

2.4.1 實(shí)現(xiàn)機(jī)圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)演示

組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)，人機(jī)界面技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，使控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不必依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，只需通過(guò)可視化的組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，降低了監(jiān)控畫(huà)面開(kāi)發(fā)難度。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖庫(kù)和操作向?qū)?，使開(kāi)發(fā)人員避免了軟件設(shè)計(jì)中許多重復(fù)性的開(kāi)發(fā)工作，可提高開(kāi)發(fā)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期，已成為監(jiān)控系統(tǒng)主要的軟件開(kāi)發(fā)工具之一。

組態(tài)軟件提供了多種控制器件庫(kù)、圖形控制和功能組件，可組態(tài)各種顯示與控制功能，創(chuàng)建畫(huà)面和信息并將其與PLC程序鏈接，以圖形形式顯示系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過(guò)程值及故障信息，提供友好的人機(jī)界面來(lái)操作被監(jiān)控的設(shè)備或系統(tǒng)，對(duì)PLC系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄、存儲(chǔ)、處理，滿足各種監(jiān)控要求。

利用組態(tài)軟件創(chuàng)建一個(gè)工程項(xiàng)目，在工程項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)“初級(jí)演示”畫(huà)面，在“初級(jí)演示”畫(huà)面上可以設(shè)計(jì)如圖4所示的圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺(tái)監(jiān)控示意圖，再設(shè)置垂直手臂升降、水平手臂伸縮（左右）、手爪夾緊/放松、工件、運(yùn)行標(biāo)志a、次數(shù)a等內(nèi)存變量，設(shè)置矩形A、B、C等圖形部件相關(guān)的動(dòng)畫(huà)組態(tài)，并設(shè)計(jì)初級(jí)演示畫(huà)面的命令語(yǔ)言程序，反復(fù)調(diào)試，完成該工程項(xiàng)目的組態(tài)。

2.4.2 圖形監(jiān)控示教器控制PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)械手動(dòng)作 利用組態(tài)軟件在工程瀏覽器中創(chuàng)建一個(gè)“簡(jiǎn)易控制”畫(huà)面，在“簡(jiǎn)易控制”畫(huà)面可以設(shè)計(jì)如圖5所示的圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)控制圖。

將三菱FX系列PLC與計(jì)算機(jī)或觸摸屏的COM口連接，在工程瀏覽器中配置設(shè)備三菱PLC，再設(shè)置放松、夾緊、下移、上移、右移、左移等變量，這些變量分別與三菱PLC的輸出端相關(guān)聯(lián)，設(shè)置運(yùn)行標(biāo)志b、次數(shù)b等內(nèi)存變量。設(shè)置圖形部件、指示燈等圖素相關(guān)的動(dòng)畫(huà)組態(tài)，并設(shè)計(jì)控制畫(huà)面的命令語(yǔ)言程序，反復(fù)調(diào)試，完成“控制”畫(huà)面的組態(tài)。

運(yùn)行該工程項(xiàng)目，打開(kāi)“簡(jiǎn)易控制”畫(huà)面，可實(shí)現(xiàn)圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺(tái)控制運(yùn)行的仿真動(dòng)態(tài)演示。運(yùn)行過(guò)程中，伴隨機(jī)械手的動(dòng)作，相關(guān)的指示燈點(diǎn)亮或熄滅。

2.4.3 實(shí)現(xiàn)圖形監(jiān)控示教器與PLC聯(lián)動(dòng)的仿真教學(xué) 利用組態(tài)軟件在工程瀏覽器中創(chuàng)建一個(gè)“仿真控制”畫(huà)面，在“仿真控制”畫(huà)面可以設(shè)計(jì)如圖6所示的圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)仿真控制圖。

設(shè)置運(yùn)行標(biāo)志c、次數(shù)c等內(nèi)存變量。打開(kāi)圖庫(kù)，選擇開(kāi)關(guān)圖形，在六個(gè)指示燈旁放置六個(gè)開(kāi)關(guān)。根據(jù)簡(jiǎn)易機(jī)械手的控制要求，在PLC內(nèi)編制圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺(tái)控制程序。設(shè)置圖形部件、指示燈、開(kāi)關(guān)等圖素相關(guān)的動(dòng)畫(huà)組態(tài)，并設(shè)計(jì)仿真控制畫(huà)面的命令語(yǔ)言程序，反復(fù)調(diào)試，完成“仿真控制”畫(huà)面的組態(tài)。

運(yùn)行PLC程序，運(yùn)行圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺(tái)控制組態(tài)工程，用組態(tài)軟件實(shí)時(shí)顯示圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺(tái)的動(dòng)作過(guò)程，用PLC控制圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺(tái)步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和電磁閥，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件與PLC聯(lián)動(dòng)的仿真教學(xué)。

2.5 圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行調(diào)試 為了保存所有的組態(tài)設(shè)置，就需要關(guān)不所有組態(tài)監(jiān)控程序。這時(shí)候?qū)LC程序下傳到PLC裝置中讓其運(yùn)行，為了進(jìn)入組態(tài)工程運(yùn)行界面，就需要切換到離線狀態(tài)，然后在啟動(dòng)組態(tài)軟件。在運(yùn)行過(guò)程中，我們可以通過(guò)按鈕的操作檢測(cè)出所編的程序是否正確。經(jīng)過(guò)運(yùn)行測(cè)試后，該教機(jī)械手教學(xué)平臺(tái)控制系統(tǒng)的動(dòng)作才能進(jìn)行有效監(jiān)控，PLC程序才能達(dá)到控制要求。

3 結(jié)論

圖形監(jiān)控對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的時(shí)候，要以最少的人員配置來(lái)加強(qiáng)對(duì)機(jī)械手的管理，這樣能夠提供較為清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，以此來(lái)為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。本文通過(guò)介紹圖形監(jiān)控機(jī)械手對(duì)教學(xué)有很好的輔助作用，機(jī)械手控技術(shù)既是一項(xiàng)復(fù)雜的隨機(jī)系統(tǒng)又是一項(xiàng)綜合型的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.MCGS用戶指令.

[2]朱慧玲.教學(xué)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2007，20（2）：17.

第5篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；可編程控制器；控制系統(tǒng)

引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，氣動(dòng)機(jī)械手由于有氣源使用方便，沒(méi)有環(huán)境污染，工作安全可靠，易于維修，廣泛應(yīng)用于流水線生產(chǎn)，機(jī)械加工，注塑，儀表等工業(yè)中，提高生產(chǎn)效率。本文以三自由度機(jī)械手為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)，并在西門子S7-200的PLC上得到實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能介紹

氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

機(jī)械手氣動(dòng)控制回路原理見(jiàn)圖2，主要由升降氣缸、導(dǎo)桿氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸組成。其中升降氣缸、導(dǎo)桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸使用單電控?fù)Q向閥，通電時(shí)氣缸伸出，斷電后氣缸自動(dòng)縮回。手指夾緊氣缸使用雙電控?fù)Q向閥。由于雙電控?fù)Q向閥具有記憶作用，如果在氣缸伸出的途中突然失電，手指夾緊氣缸仍將保持原來(lái)的狀態(tài)，可保證夾持工件不會(huì)掉下。

機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如下：

（1）檢查機(jī)械手是否處于初始位置。初始位置：升降氣缸處于上升位置，旋轉(zhuǎn)氣缸位于左邊位置，導(dǎo)桿氣缸位于縮回位置，夾緊氣缸位于放松位置。若不在初始位置，按下復(fù)位按鈕，讓其恢偷匠跏嘉恢謾

（2）按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手在工位1進(jìn)行抓取工件過(guò)程：手臂伸出手爪夾緊抓取工件提升臺(tái)上升手臂縮回。

（3）機(jī)械手到達(dá)工位2位置進(jìn)行釋放工件過(guò)程：手臂伸出提升臺(tái)下降手爪松開(kāi)放下工件手臂縮回。

（4）放下工件之后，機(jī)械手要回到初始位置，自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)工作周期。

（5）在工作過(guò)程中若按下停止按鈕，機(jī)械手完成一個(gè)工作周期，回到初始位置。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)械手控制要求，有11個(gè)輸入信號(hào)，6個(gè)輸出信號(hào)，選用S7-200系列的CPU226 DC/DC/DC型號(hào)的PLC，I/O分配表見(jiàn)表1：

根據(jù)其控制要求，可以得到其控制流程圖，見(jiàn)圖3。

其編程實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)三種方法實(shí)現(xiàn)：

（1）利用起保停程序?qū)崿F(xiàn)。

（2）步進(jìn)指令。

（3）左移位指令。

3 結(jié)束語(yǔ)

氣動(dòng)機(jī)械手價(jià)格低，動(dòng)作準(zhǔn)確，便于維護(hù)，易于控制，可靠性高，能在惡劣的環(huán)境下工作，減輕了人工成本，改善了工作環(huán)境，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]姜繼海，宋錦春，高常識(shí)[M].高等教育出版社，2002.

第6篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 07-0000-01

PLC Automatic Control of Unloading Manipulator

Liu Xuesheng

(Weifang Branch of Shandong Special Equipment Inspection Institute,Weifang261061,China)

Abstract:Industrial robots have been developed in foreign countries more and more applications,but also present in relatively small domestic applications,the paper discharge PLC automatic control of the robot has been studied in the hope that the relevant departments Reference.

Keywords:Manipulator;PLC;Automatic control

一、前言

PLC是一種工業(yè)控制用的計(jì)算機(jī)，在設(shè)計(jì)理念上，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電-接觸器控制電路相結(jié)合的產(chǎn)物，它將繼電器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣、計(jì)算功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，避免了電氣控制固定接線的缺點(diǎn)，有逐步取代繼電接觸器邏輯控制的趨勢(shì)，在電氣控制領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。PLC具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻和微機(jī)有很大的不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放。CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回到第一條，如此不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。

二、卸料機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）卸料機(jī)械手的控制要求。機(jī)械手的所有定位可根據(jù)第四章所求的運(yùn)動(dòng)結(jié)果來(lái)安裝限位開(kāi)關(guān)，由限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制，把機(jī)械手抓取在第一段生產(chǎn)線上的電機(jī)座的位姿和第二段線上電機(jī)座的位姿代入相應(yīng)公式可求出對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)變量，通過(guò)這些關(guān)節(jié)變量來(lái)確定機(jī)械手的限位開(kāi)關(guān)的位置。機(jī)械手的全部動(dòng)作由油缸和液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而油缸和液壓馬達(dá)的控制又由相應(yīng)的電磁換向閥控制。如前伸電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才前伸，當(dāng)前伸電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手的前伸動(dòng)作才停止；機(jī)械手的縮回電磁閥通電時(shí)，手臂才執(zhí)行縮回動(dòng)作，當(dāng)機(jī)械手的縮回電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手的縮回動(dòng)作才停止。

當(dāng)機(jī)械手位于原點(diǎn)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，如果光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有工件，則前伸電磁閥通電，機(jī)械手開(kāi)始執(zhí)行前伸動(dòng)作，當(dāng)前進(jìn)到一定距離后前限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，前進(jìn)停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊工件后上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到頂時(shí)碰到上限位開(kāi)關(guān)上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通臂部右轉(zhuǎn)電磁閥，機(jī)械手臂開(kāi)始右轉(zhuǎn)，碰到手臂右轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)時(shí)右轉(zhuǎn)即停止；同時(shí)接通手腕順時(shí)針回轉(zhuǎn)電磁閥，手腕開(kāi)始順時(shí)針回轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到限位開(kāi)關(guān)后，手腕回轉(zhuǎn)動(dòng)作停止；同時(shí)接通下降電磁閥，手臂開(kāi)始下降，當(dāng)碰到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，下降動(dòng)作停止；同時(shí)接通松開(kāi)電磁閥，機(jī)械手松開(kāi)工件；松開(kāi)工件后接通縮回電磁閥，手臂縮回，當(dāng)碰到后限位開(kāi)關(guān)后縮回動(dòng)作停止；同時(shí)接通臂部左轉(zhuǎn)電磁閥，機(jī)械手臂圍繞軸線左轉(zhuǎn)，碰到左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)后左轉(zhuǎn)停止；接通手腕逆時(shí)針回轉(zhuǎn)電磁閥，手腕產(chǎn)生回轉(zhuǎn)動(dòng)作，回轉(zhuǎn)180度后逆時(shí)針回轉(zhuǎn)電磁閥斷電，機(jī)械手回到初始位置。機(jī)械手經(jīng)過(guò)十步動(dòng)作完成一個(gè)工作周期。

機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。

為了滿足整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試與維修和應(yīng)付某些緊急情況，本機(jī)械手采用手動(dòng)和自動(dòng)操作相結(jié)合的操作方式。

手動(dòng)操作：就是用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制。如：當(dāng)選擇前伸/縮回運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)機(jī)械手就前伸，按下停止按鈕，機(jī)械手就下降；當(dāng)選擇上升/下降運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手上升，按下停止按鈕，機(jī)械手下降；當(dāng)選擇右轉(zhuǎn)/左轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右轉(zhuǎn)，按下停止按鈕，機(jī)械手左轉(zhuǎn)；當(dāng)選擇手腕順/逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，手腕順轉(zhuǎn)，按下停止按鈕時(shí)手腕左轉(zhuǎn)。

單步操作：就是每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。

單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后自動(dòng)停止。在工作中如果按下停止按鈕則機(jī)械手動(dòng)作停止，重新啟動(dòng)時(shí)需要用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手又重新開(kāi)始單周期操作。

循環(huán)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按下啟動(dòng)按鈕機(jī)械手將自動(dòng)的、連續(xù)不斷的循環(huán)工作。在運(yùn)行中如果按下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止，重新啟動(dòng)時(shí)需要用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手又重新開(kāi)始連續(xù)操作。工作中如果按下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。

（二）輸入/輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù)。1．輸入設(shè)備：用來(lái)產(chǎn)生輸入控制信號(hào)。操作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：該開(kāi)關(guān)有手動(dòng)、單步、單周期、循環(huán)等四個(gè)位置可供選擇。手動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)：該開(kāi)關(guān)有前伸/縮回、夾緊/放松、右轉(zhuǎn)/左轉(zhuǎn)、上升/下降、腕順轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)等五個(gè)位置可供選擇。啟動(dòng)、停止和復(fù)位按鈕。位置檢測(cè)元件：主要是前限、后限；上限、下限；左轉(zhuǎn)限位、右轉(zhuǎn)限位；腕順轉(zhuǎn)限位、逆轉(zhuǎn)限位都是用限位開(kāi)關(guān)來(lái)來(lái)檢測(cè)的。工件到位檢測(cè)：使用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)工件是否運(yùn)送到位。2．輸出設(shè)備：由PLC的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件。該系統(tǒng)中包括前伸電磁閥、縮回電磁閥、夾緊電磁閥、放松電磁閥、上升電磁閥、下降電磁閥、臂部右轉(zhuǎn)電磁閥、臂部左轉(zhuǎn)電磁閥、腕部順轉(zhuǎn)電磁閥、腕部逆轉(zhuǎn)電磁閥。原點(diǎn)指示燈用以使機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)進(jìn)行指示。

三、PLC程序設(shè)計(jì)

當(dāng)操作方式選擇開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)，執(zhí)行手動(dòng)操作。當(dāng)操作選擇開(kāi)關(guān)置于“單步”、“單周期”、“循環(huán)”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)接通，執(zhí)行自動(dòng)操作。執(zhí)行自動(dòng)操作時(shí)，當(dāng)操作開(kāi)關(guān)位于“連續(xù)”時(shí)，啟動(dòng)后，輔助繼電器M200接通，程序自動(dòng)循環(huán)；當(dāng)操作開(kāi)關(guān)位于單步時(shí)，M200同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次啟動(dòng)按鈕執(zhí)行一步；如果操作開(kāi)關(guān)位于“單周期”或運(yùn)行過(guò)程中按下復(fù)位按鈕，則M200復(fù)位，程序執(zhí)行完一個(gè)周期后自動(dòng)停止。由于手動(dòng)程序采用跳轉(zhuǎn)指令，所以這兩個(gè)程序段可以采用同一套輸出繼電器。

參考文獻(xiàn)：

第7篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：PLC，模擬機(jī)械手，電磁閥，工作周期，輸入輸出地址，梯形圖

今天微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的交叉飛速發(fā)展，推動(dòng)了電工新技術(shù)應(yīng)用迅速推廣。THJDQG-1型生產(chǎn)線是天煌教儀為職業(yè)教育培訓(xùn)研制的通用性模擬生產(chǎn)線設(shè)備，可以滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)或技能競(jìng)賽需求，由上料皮帶輸送線、搬運(yùn)機(jī)械手、分類倉(cāng)儲(chǔ)和PLC等組成，它在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)上又針對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了機(jī)電一體化的安裝與調(diào)試能力，適合機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)、培訓(xùn)和競(jìng)賽，并且是多省維修電工職工技術(shù)運(yùn)動(dòng)會(huì)考核設(shè)備。我院2010年采購(gòu)2臺(tái)此設(shè)備，有幸參與河南省第三屆職工競(jìng)賽，經(jīng)過(guò)與同事反復(fù)交流探討以及近幾年電工類學(xué)生PLC實(shí)訓(xùn)發(fā)現(xiàn)，搬運(yùn)機(jī)械手模塊在PLC梯形圖設(shè)計(jì)中較為典型，企業(yè)用到的機(jī)械手看起來(lái)較復(fù)雜，其實(shí)質(zhì)原理相同，僅僅多增加一些動(dòng)作環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手模塊PLC梯形圖的反復(fù)練習(xí)，可以迅速掌握PLC設(shè)計(jì)方法，快速培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的機(jī)電一體化高技能人才。

圖1是搬運(yùn)機(jī)械手模塊，能將工件由上料皮帶輸送線搬運(yùn)到分類倉(cāng)儲(chǔ)處，由氣動(dòng)手爪、導(dǎo)桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、單線圈二位電磁閥等組成。

圖1 搬運(yùn)機(jī)械手模塊

下降/上升、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)/順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和夾緊/放松分別由三個(gè)單線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成，線圈通電分別執(zhí)行下降、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)和夾緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)分別執(zhí)行上升、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和放松動(dòng)作，設(shè)備裝有上/下限位和左/右限位和夾緊限位磁性開(kāi)關(guān)。主要完成下列動(dòng)作：氣動(dòng)機(jī)械手手臂下降，氣動(dòng)手爪夾緊物料，機(jī)械手手臂上升，手臂旋轉(zhuǎn)到位，手臂下降，手爪松開(kāi)將物料放入運(yùn)料小車，機(jī)械手手臂上升，機(jī)械手返回原位，等待下一個(gè)物料到位，重復(fù)上面的動(dòng)作。工作過(guò)程如圖2所示，有八個(gè)動(dòng)作，即為：

圖2 工作過(guò)程示意圖

中間沒(méi)有按下停止按鈕，那么，接著上述過(guò)程重復(fù)執(zhí)行；中間按下停止按鈕，僅執(zhí)行一個(gè)周期，需重新按下啟動(dòng)按鈕，才能從新執(zhí)行上述動(dòng)作。

首先 完成輸入輸出地址的分配

采用三菱FX2N系列PLC，地址分配如表1所示。

其次 完成PLC外部接線圖設(shè)計(jì)

如圖3所示：

圖3 PLC外部接線圖

最后 根據(jù)動(dòng)作過(guò)程編寫梯形圖

鑒于目前PLC應(yīng)用廣泛，但在梯形圖編寫過(guò)程中時(shí)常感到無(wú)法下手的困惑，我們將采取三個(gè)不同方法編寫機(jī)械手程序，以更好的進(jìn)行PLC梯形圖快速設(shè)計(jì)。

1.使用基本指令編寫

分清動(dòng)作過(guò)程，完善定位條件，從復(fù)的動(dòng)作過(guò)程分開(kāi)編寫、統(tǒng)一輸出，按動(dòng)作順序依次編寫。基本指令看似比較簡(jiǎn)單，但邏輯性特別強(qiáng)，邏輯關(guān)系只要錯(cuò)一步，動(dòng)作就很難保證實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闄C(jī)械手有很多重復(fù)環(huán)節(jié)，例如經(jīng)過(guò)兩次下降和上升，其限位條件是共用的，不能簡(jiǎn)單直接就進(jìn)行輸出繼電器線圈輸出，這樣容易忽略條件或?qū)е码p線圈現(xiàn)象。

下降到下限位1B2后進(jìn)行夾緊和放松，只考慮1B2（X13）一個(gè)條件，不能正確識(shí)別出是夾緊還是放松，需要判斷出是在上料皮帶輸送線上方還是在分類倉(cāng)儲(chǔ)上方，可以通過(guò)順時(shí)針限位2B1（X14）和逆時(shí)針限位2B2（X15）來(lái)完成。因輸出為單線圈電磁閥，可以直接通過(guò)置位SET和復(fù)位RST實(shí)現(xiàn)。

上升到上限位1B1后進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同樣，只考慮1B1一個(gè)條件，也不能正確識(shí)別出是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也需要判斷出是在上料皮帶輸送線上方還是在分類倉(cāng)儲(chǔ)上方，通過(guò)順時(shí)針限位2B1（X14）和逆時(shí)針限位2B2（X15）來(lái)完成，還可以通過(guò)是否取到工件來(lái)判斷完成。

按下啟動(dòng)按鈕SB1（X2）和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到2B2（X15）后需進(jìn)行下降，夾緊和放松后需進(jìn)行上升，因兩次下降和上升，如果直接編寫，很容易產(chǎn)生雙線圈和邏輯混亂現(xiàn)象，可使用輔助繼電器分開(kāi)獨(dú)立編寫動(dòng)作，最后合并輸出統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，或合并條件直接輸出。

2.使用步進(jìn)指令編寫

格式性較強(qiáng)，邏輯性一般，因?yàn)橹粓?zhí)行當(dāng)前程序步，轉(zhuǎn)移切換也在當(dāng)前步進(jìn)行，只要滿足一般的限位切換條件即可實(shí)現(xiàn)。

3.使用移位指令編寫

與步進(jìn)指令類似，格式性較強(qiáng)，邏輯性一般，因?yàn)楫?dāng)前位與限位條件共同構(gòu)成切換條件，盡管限位條件反復(fù)滿足，輔助繼電器只有當(dāng)前位接通，輸出繼電器通過(guò)直接由當(dāng)前輔助繼電器分別輸出。

按照接線圖完成PLC與模塊之間的接線，認(rèn)真檢查，確保正確無(wú)誤。通過(guò)計(jì)算機(jī)編輯梯形圖，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過(guò) SC-09通訊編程電纜將下載程序至PLC中，進(jìn)行機(jī)械手程序調(diào)試，通過(guò)監(jiān)控觀察觸點(diǎn)、線圈動(dòng)作情況。經(jīng)過(guò)模擬調(diào)試、反復(fù)編寫，可以快速提高PLC梯形圖設(shè)計(jì)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

第8篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：PLC和觸摸屏；氣動(dòng)機(jī)械手；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)程度的提升，機(jī)械設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中已經(jīng)占據(jù)大部分的生產(chǎn)工作內(nèi)容，在減少了人員開(kāi)支的同時(shí)也極大的提升了生產(chǎn)工作的效率，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。隨著近年來(lái)的科技水平的提升，氣動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展得到了迅速的發(fā)展，使得工業(yè)系統(tǒng)自動(dòng)化的水平進(jìn)一步提升。下面我們對(duì)PLC和觸摸屏下的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 機(jī)械手控制功能需求分析

機(jī)械手在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用，有效的提升了工作的效率。同時(shí)機(jī)械手在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用主要功能是將生產(chǎn)線上的零部件進(jìn)行組裝，并能夠根據(jù)零件是否合格進(jìn)行辨別，完成一個(gè)流水線上的工作。在完成一個(gè)作業(yè)任務(wù)的過(guò)程中，機(jī)械手的操作流程是：伸出機(jī)械手臂―夾緊零部件―上升―順時(shí)針合格/逆時(shí)針不合格―下降―放松―縮回手臂。這是機(jī)械手在完成一整套工作任務(wù)的流程[1]。

機(jī)械手能夠完成上述的任務(wù)，必須要有相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行控制。其中組成部分包括兩只氣缸和一只三位擺臺(tái)，其中還需要一只電動(dòng)手抓。其中兩個(gè)氣缸控制上升與下降還有伸出和縮回。三位擺臺(tái)是控制機(jī)械手臂的左右擺動(dòng)要求，其中的氣動(dòng)手爪是抓取零件的重要部分[2]。

機(jī)械手是現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中重要的組成部分，其中的安全性和性能性是保障機(jī)械手能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵，同時(shí)離不開(kāi)控制系統(tǒng)地控制，在實(shí)際的控制當(dāng)中應(yīng)該具備以下控制功能。第一，單一步驟運(yùn)行，在操作中完成一步動(dòng)作。第二，連續(xù)步驟動(dòng)作，在機(jī)械手運(yùn)行中完成連續(xù)的步驟，完成一步搬運(yùn)工作。第三，設(shè)置權(quán)限，對(duì)于操作人員進(jìn)行限制，減少使用過(guò)程中出現(xiàn)失誤。第四，自動(dòng)預(yù)警，在發(fā)生故障的過(guò)程中自動(dòng)預(yù)警，使得能夠及時(shí)進(jìn)行處理，避免影響正常的生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制方案設(shè)計(jì)

在整個(gè)方案的集體實(shí)施當(dāng)中，應(yīng)該具有一定的控制方案進(jìn)行控制。在整個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)該采取主站加從站相互配合的方式進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)控制，主站進(jìn)行統(tǒng)一的控制，從站進(jìn)行各個(gè)單元的控制工作。并且每一個(gè)從站在控制的過(guò)程中都配備觸摸屏。

機(jī)械手單元的控制系統(tǒng)應(yīng)該采用PLC加觸摸屏的模式進(jìn)行控制，觸摸屏主要是對(duì)于機(jī)械手進(jìn)行操作，形成人機(jī)交互的形勢(shì)，整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的壓力變速器和按鈕，以及報(bào)警器和電磁開(kāi)關(guān)等零部件組成，只有基于PLC和觸摸屏進(jìn)行控制才能夠使得整個(gè)氣動(dòng)機(jī)械手正常的完成工業(yè)生產(chǎn)，提升整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能[3]。

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

在程序的設(shè)定過(guò)程中應(yīng)該注意機(jī)械手對(duì)每一個(gè)零部件的確認(rèn)，并將信號(hào)進(jìn)行傳輸，將零件辨別后進(jìn)行傳送，確定零件的傳送方向。在實(shí)際的從站操作當(dāng)中，之間不能夠進(jìn)行通訊工作。因此，這樣在實(shí)際的信號(hào)傳遞過(guò)程中，主站與檢測(cè)單元進(jìn)行通訊傳輸，獲得檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。

程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程具有一定的步驟，在實(shí)際開(kāi)發(fā)程序過(guò)程中應(yīng)該首先確定I/O地址的分配工作，在地址分配的過(guò)程中包括開(kāi)關(guān)量的地址分配和模擬量地址的分配。并且在觸摸屏當(dāng)中的軟件元素也要設(shè)置。其中進(jìn)行程序的設(shè)定也是其中至關(guān)重要的一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)。在機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中具有一定的邏輯順序，對(duì)于各個(gè)控制環(huán)節(jié)都有一定的單元進(jìn)行完成控制工作。在程序的編程過(guò)程中應(yīng)該重視信號(hào)的干擾，避免產(chǎn)生一定的誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)偏差。在進(jìn)行程序的控制時(shí)要在系統(tǒng)的內(nèi)部進(jìn)行程序塊的編輯工作，運(yùn)用函數(shù)程序進(jìn)行控制機(jī)械手臂的運(yùn)行[4]。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)備的運(yùn)行中，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效的減少系統(tǒng)故障的發(fā)生。在進(jìn)行設(shè)置過(guò)程中應(yīng)該在機(jī)械手的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行傳感器的設(shè)置，確保在運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)故障得到及時(shí)的預(yù)警。在進(jìn)行機(jī)械手的操作過(guò)程中，人為控制在其中也有重要的作用。因此，在進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的過(guò)程中應(yīng)該重視設(shè)備運(yùn)行的安全性。只有這樣，才能夠控制機(jī)械水平的正常運(yùn)行，保證操作安全性[5]。

綜上所述，在現(xiàn)代的工業(yè)水平當(dāng)中，我國(guó)的氣動(dòng)機(jī)械手在工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸的成熟。在PLC和觸摸屏基礎(chǔ)之下要完善和發(fā)展氣動(dòng)機(jī)械手，使其在工業(yè)生產(chǎn)中能夠具備一定的效率，使其操作更加簡(jiǎn)單便捷，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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第9篇：機(jī)械手臂設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞 六工位；控制；機(jī)械手

中圖分類號(hào)TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）43-0177-02

隨著市場(chǎng)向著多維度的發(fā)展，在機(jī)械制造行業(yè)出現(xiàn)了很多集靈活性、微小型于一身的零部件產(chǎn)品，為了滿足市場(chǎng)的這種多元化的需求，很多加工企業(yè)都在不斷地更新加工技術(shù)和加工機(jī)械，在技術(shù)上追求生產(chǎn)結(jié)構(gòu)柔性化、通用化、智能化。所以，一些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與加工方法都已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)，一個(gè)企業(yè)要發(fā)展，就必須要經(jīng)過(guò)不斷的更新產(chǎn)品和加工方式，才能滿足市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)要求。六工位機(jī)械手就是在這個(gè)環(huán)境中產(chǎn)生的，它具有通用型、智能型、靈活型，還能夠模擬人的手臂等高難度動(dòng)作進(jìn)行加工和生產(chǎn)，在機(jī)械的裝配過(guò)程中大大地提高了工人裝配的工作效率和加工產(chǎn)品的性能，同時(shí)還為節(jié)約成本保證質(zhì)量提供了保障，還在不同程度上滿足所有用戶間的使用特性以及企業(yè)成批生產(chǎn)的要求，由于他的交貨時(shí)間比較短，完全適用當(dāng)前市場(chǎng)這種多變性的要求，從而大大提高了在市場(chǎng)中的占有率。

1 六工位機(jī)械手的功能與結(jié)構(gòu)

1.1 機(jī)器手的概念及功能

機(jī)械手就是一種能夠模擬人的手和臂動(dòng)作的工業(yè)機(jī)器人，它能夠依據(jù)設(shè)計(jì)者所預(yù)定的軌跡、程序和要求，進(jìn)行準(zhǔn)確靈敏地抓取、搬運(yùn)和操縱各種工具，屬于一種智能化的自動(dòng)裝置系統(tǒng)，機(jī)器手它有著很大的發(fā)展前景和適用范圍，它屬于機(jī)電一體化高科技典型產(chǎn)品，在工業(yè)加工行業(yè)他將逐漸替代人類，走進(jìn)一些柔性自動(dòng)化生產(chǎn)場(chǎng)所，完成所有惡劣環(huán)境條件人工無(wú)法完成的所有工作。

因?yàn)榱の粰C(jī)械手有6條“手臂”，他們依次是閥體工位、安全閥檢測(cè)工位、安全閥組裝工位、墊片工位、彈簧工位、閥心工位，根據(jù)這些工位可完成6個(gè)工位的裝配、轉(zhuǎn)運(yùn)和機(jī)械手的工作流程，主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，在實(shí)際設(shè)計(jì)中要結(jié)合機(jī)械手的加工的具體功能和特點(diǎn)進(jìn)行組裝，總體結(jié)構(gòu)通常都是大臂、機(jī)身、小臂、手爪等幾個(gè)部分所組成。

1.2 機(jī)械手單元的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)型機(jī)械手，手爪屬于懸掛式的手爪，利用氣動(dòng)和電動(dòng)聯(lián)合控制進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，大臂、機(jī)身、小臂都是選用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，手爪的抓取和升降選用了氣動(dòng)的控制裝置。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要原因就是為了更方便地將機(jī)械手和計(jì)算機(jī)相連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的特點(diǎn)是如果輸入1個(gè)電脈沖，就會(huì)相對(duì)應(yīng)只能轉(zhuǎn)動(dòng)1步，也就是說(shuō)當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受到了幾個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就會(huì)對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)過(guò)幾個(gè)步距角，他的優(yōu)點(diǎn)就是容易實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制。

2 六工位機(jī)械手的控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

依據(jù)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手的大臂、機(jī)身、小臂都是選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的；手爪部分的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理是機(jī)械手的手爪部分的氣動(dòng)系統(tǒng)。

2.2 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使用的是PLC控制系統(tǒng)，選擇PLC是因?yàn)榭紤]到PLC的靈活性，如果裝配零件的數(shù)量和尺寸發(fā)生改變的時(shí)候，I/O繼電器的分配和I/O點(diǎn)的接線都會(huì)出現(xiàn)不同的變化?？刂频木唧w要求是機(jī)械手一定要按設(shè)計(jì)的動(dòng)作順序逐步完成相應(yīng)6個(gè)工位上的工件接收和傳送，具體流程圖如圖1所示；PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要是依據(jù)機(jī)械手手臂和機(jī)身的驅(qū)動(dòng)元件（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，所以，第一步就是了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制，當(dāng)PLC的移位寄存器指令SHRB之后，就能得到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需的脈沖序列。DATA數(shù)值輸入，指令執(zhí)行的時(shí)候會(huì)將該位的值移入移位寄存器；N為移位寄存器的長(zhǎng)度（1~64）；S_BIT為寄存器的最低位；N為負(fù)值時(shí)右移位（由高位到低位），N 為正值時(shí)左移位（由低位到高位）。如果10.0“ON”時(shí)，使能端EN有效，整個(gè)移位寄存器開(kāi)始移位，從M1.0到M1.5，左移6位，如果10.0為“OFF”則移位結(jié)束。

3 結(jié)論

機(jī)械手即工業(yè)機(jī)器人是一種能模擬人的手、臂等部分動(dòng)作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其他要求實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置，是具有發(fā)展前途的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品，將在實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)、代替人在惡劣環(huán)境條件下工作發(fā)揮重要作用。機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都是采用PLC控制。PLC控制器本身具有通用性、靈活性、可靠性強(qiáng)、易維修、易改裝等特點(diǎn)，從而大大提高了機(jī)械手的通用性和靈活性，擴(kuò)大了機(jī)械手的使用范圍，降低了成本。

參考文獻(xiàn)

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[2]陸一心.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.