發布時間：2022-05-10 10:18:55
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇機械手設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘 要：本文結合機械手的工作過程原理和控制要求，設計了基于PLC控制的機械手，重點介紹了控制系統的設計思路、PLC的選擇以及PLC程序設計。
關鍵詞：可編程控制器（PLC） 機械手 控制
一、機械手的工作過程及控制要求
1.機械手的基本結構
機械手是一個水平、垂直運動的機械設備，有上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位置控制。本設計中的機械手采用上下升降加平面轉動式結構，機械手的動作由氣動缸驅動，氣動缸由相應的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制驅動執行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業生產線中。圖1-1為機械手簡圖，其中 1-執行氣爪，2-水平伸縮氣缸，3-旋轉軸，4-豎直氣缸，5-底座，6-工件。
機械手的基本結構由感知部分、控制部分、主機部分和執行部分四個方面組成。采集感知信號及控制信號均由氣動缸驅動。主機部分采用了標準型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動機械手能拓展成系列化、標準化的產品。由于采用了模塊化拼裝結構，可組成立柱型氣動機械手、門架型氣動機械手及滑塊型氣動機械手，及其它各種類型的機械手。氣動機械手具有三個自由度，即水平（Z）方向自由度、垂直（Y）方向自由度和旋轉自由度，并可以采用多種靈活的控制方案。
2.機械手的控制要求
根據要求：機械手初始位置在原點位置，每次循環動作都從原點位置開始，完成上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位置控制，并能實現手動操作和自動操作方式。當機械手在原點位置下啟動按鈕，系統啟動，左傳送帶運轉。當光電開關檢測到物品后，左傳送帶停止運行。根據分析可得出機械手的工作流程圖，如圖2-1所示。
機械手的操作方式分為手動操作和自動操作，自動操作又分為單周期操作和連續操作方式。
2.1 機械手的自動運行：
① 下降：② 加緊工件：③ 上升： ④ 右移： ⑤ 下降：⑥ 放松工件：⑦ 上升： ⑧ 左移：⑨ 回到原位又開始新的工作循環周期。
2.2 機械手的手動運行
手動運行是指機械手的上升、下降、左移、右移及夾緊操作通過對應的手動操作按鈕控制，與操作順序無關。
二、機械手PLC控制的設計
1.設計思路
考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器（PLC）對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現，非常方便快捷。
送料機械手的動作示意圖如圖3-1 所示。啟動控制有2種，1個由啟動開關安裝在現場，1個由通過組態王軟件控制。在控制面板上，安裝一個檔位開關，分手動和自動兩大檔位，手動擋包括調試和回原位兩檔，自動擋分單步、半自動和全自動三檔，要求自動擋的操作必須在回原位的基礎上才能進行。
2.PLC的選擇
該機械手的控制為純開關量控制，且所要的I/O點數不多，因此選擇一般小型抵擋機即可。由于所要的I/O點數為15/6點，考慮到機械手操作的工藝固定，PLC的I/O點基本上可不留裕量。
由于不同記性的PLC，其I/O點的編號不同，因此應根據所選擇的機型，對PLC的I/O點分配編號。如圖所示的編號。
3.PLC程序設計
為了便于編程，先繪制出整個控制程序的結構框圖，如圖3-1所示。
在該結構框圖中，當操作方式選擇開關置于“手動”時，輸入點X407接通，其輸入繼電器常閉接點斷開，執行手動操作程序。
由于手動程序和自動程序采用了跳轉指令，因此在著兩個程序段可以采用同樣的一套輸出繼電器。
用移位器編程：由于自動操作的控制比較，不容易直接設計出梯形圖，因此可以先畫出自動的操作流程圖，用以表明動作的順序和條件，如圖3-2。
圖3-2中，矩形方框代表完成某一動作的控制程序，方框之間的箭頭線用以表示程序的轉換，箭頭線上的小橫線用以表示轉換的條件。
當機械手處于原點時，壓下上限位開關和左限開關，輸入點X402和X404接通，產生原點指示輸出。
根據自動操作的流程圖，就可以設計自動操作的梯形圖如圖3-3所示。
梯形圖的控制原理：
3.1連續及單周期操作
在連續及單周期操作方式下，單步輸入點X410斷開，輸入繼電器X410常閉接點閉合，將位移寄存器的位移輸入直接接入輸入端。
當機械手處于原點時，壓下上限位開關和左限位開關，輸入點X402和X404接通，Y435接通，原點指示燈亮。
① 按下起動按鈕，M120接通并自保，移位器數據輸入端接通，M100置“1”，Y430接通，下降電磁閥得電，機械手下降。
② 下降到底碰到下限位開關時，輸入繼電器X401接通，Y430斷開，下降停止，同時產生移位信號，將M100的“1”態移到M101。M101的常開接點將Y431接通，夾緊電磁閥的電，機械手夾緊工件，T450開始計時。同時，M101的常閉接點將移位寄存器數據輸入端斷開，使M100置“0”。
③T450延3s后，其常開接點閉合，產生移位信號，將M102置“1”，M101置“0”。M102的常開接點將Y432接通，上升電磁閥得電，機械手上升。同時，M102的常閉接點將移位寄存器數據輸入端斷開。
④上升到頂碰到上限位開關時，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，上升停止，同時產生移位信號，將M103置“1”，M102置“0”，M103的常開接點將Y433接通，右移電磁閥得電，機械手右移。同時，M103的常閉接點將移位寄存器數據輸入端斷開。
⑤ 右移到位碰到右限位開關時，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，右移停止，同時產生移位信號，將M104置“1”，M103置“0”。M104的常開接點閉合，若此時右工作臺無工件，則光電開關因露光而導通，其常開接點使輸入繼電器X405接通，Y430再次接通，機械手下降。同時，M104的常閉接點將移位寄存器數據輸入端斷開。若右工作臺有工件，則光電開關因遮光面斷開，X405斷開，Y430不能接通，機械手暫停等待。
3.2設計小結
機械手采用PLC控制技術后，操控簡便，系統線路簡單，系統運行穩定，大大提高了系統的自動化程度，提高了控制系統的可靠性，同時還能根據不同用戶的需求對其功能進行擴展，提高了工作效率及檢測準確性。
摘 要：由于氣動機械手具有結構簡單、成本低，控制方便等優點，并可以根據各種自動化設備的工作需要，按照設定的程序工作，因此它在自動生產設備和生產線上被廣泛應用。由于企業需要對變送器進行高低溫補償，針對公司現有的提供補償所用的高低溫箱，設計了一套小型的用來放置變送器的立體框架，它采用了三菱PLC控制的氣動機械手將準備進行高低溫補償的變送器，放置到框架上下兩層的各工位上。在詳細研究了氣動機械手的結構、動作循環及工作原理之后，根據該氣動機械手的工作流程，設計了氣壓傳動系統和三菱PLC控制系統。包括氣動原理的制定、氣動元件的選擇以及三菱PLC選型和順序功能圖的編寫。氣動機械手采用多位置氣缸，以實現機械手在框架每層各工位之間的操作；并使機械手操作氣缸沿立柱上下運動，以實現機械手在上下兩層之間的操作。
關鍵詞：機械手；PLC；控制系統
一、機械手的單個工作流程
機械手移動到傳送帶B工件處夾緊工件――將工件移動到指定位置傳送帶A―放下工件―機械手回到初始位置五個過程完成，機械手通過三菱PLC來控制，可實現這五個過程全自動依次運行：A）械手移動到工件B處：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到工件（傳送帶B）處，移動的最大位置通過相應的限位開關來控制；B）工件移動到指定位置：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到工件（傳送帶A）處，移動的最大位置通過相應的限位開關來控制；）C夾放工件：通過夾緊/放下直流電機的正轉來控制，夾緊工件通過定時器來控制，即憑經驗設定一個時間（本系統設為55），在這個時間內機械手能完全夾緊工件；D）放下工件：通過夾緊/放下直流電機的反轉來控制，通過松限開關來控制；E）機械手回到初始位置：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到初始位置處，移動的最大位置通過相應的限位開關來控制。
二、機械手的操作方式
機械手的操作方式可分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續操作方式。（1）手動：用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制，如：當選擇上/下運動時，按下起動按鈕，機械手上升，按下停止按鈕，機械手下降；當選擇左/右運動時，按下起動按鈕，機械手左移，按下停止按鈕，機械手右移；當選擇夾緊/放松按鈕時，按下起動按鈕，機械手夾緊，按下停止按鈕，機械手放松，該方式用于機械手系統的“回原位”操作本系統中，可用手動方式用于機械手的初始狀態定位，用操作面板上的按鈕來點動執行相應的各動作；（2洋步：每按一次起動按鈕，機械手完成一步動作后，自動停止；（3洋周期操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后，返回原位（如果在動作過程中，按下停止按鈕，機械手停在該工序上，再按下起動按鈕，則又從該工序繼續工作，最后停在原位），本系統采用單周期方式進行機械手的工藝過翟機械手移動到傳送帶B工件處―夾緊工件―將工件移動到指定位置傳送帶A―放下工件―機械手回到初始位置）；（4漣續操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕SB3，機械手的動作將自動地、連續不斷地周期性循環，在工作中，若按一下停止按鈕SB4，則機械手將繼續完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。
三、C械手氣動系統設計
氣動機械手硬件系統由四個氣缸、三個真空吸盤、限位磁性接近開關、5個兩位五通電磁氣閥和1個兩位兩通電磁氣閥組成的閥島、控制面板、接線端子、三菱PLC、按鈕開關及指示燈等相關電氣元件組成。當按鈕開關或磁性接近開關發出信號傳遞到三菱PLC輸入端子，經過三菱PLC程序處理，三菱PLC發出動作控制信號驅動相應主控閥電磁線圈的通斷，控制壓縮空氣的運動方向，使氣缸產生對應的動作。要實現前述控制任務要求，其控制部分包括氣動回路與三菱PLC控制部分。氣動機械手的氣壓控制回路如圖3所示。氣源產生壓縮空氣，經三聯件處理后，經兩位五通閥和單向節流閥分別進入滑臺氣缸、回轉氣缸、懸臂氣缸、升降氣缸。兩位五通閥電磁線圈的通斷決定了氣缸的動作，比如控制滑臺氣缸的二位五通閥通電時，滑臺氣缸本體（缸體）左移；斷電時滑臺氣缸本體（缸體）右移。本機械手選擇兩位閥，而沒有選擇具有中位機能的三位閥，主要是為了減少控制信號，減少三菱PLC的輸出點數。單向節流閥的作用是調節氣缸的運動速度，產生一定的背壓緩沖。對真空吸盤吸光盤的過程，當真空發生器通過高壓氣體時，產生一定的真空度，實現吸光盤，此時，兩位五通閥處于通電狀態，兩位兩通閥處于斷電狀態。對放光盤的過程，要求高壓氣體先經兩位兩通閥，通過真空吸盤將吸附的光盤吹落，延遲一段時間后斷開真空吸盤的氣路，以節約用氣量，故要求在兩位五通閥通電、兩位兩通閥斷電狀態下，兩位兩通閥先通電，延遲一段時間后，兩位五通閥再斷電，然后兩位兩通閥再斷電。
四、機械手電氣系統設計
應用三菱PLC作為電氣控制，可以減化控制線路，降低故障率，實現機械手多種動作線路，具有一定的柔性，也適于教學演示。一般機械手有手動、自動控制之分，手動控制主要用來硬件調試。自動控制中也分單步、單周期、周期循環等工作狀態。其控制要求為：按下啟動按鈕，檢測氣動機械手是否處于原位，如果不是，按下復位按紐回到原位，如果是，則檢測氣動機械手處于何種工作狀態下，單步意味著每按下一次啟動按鈕，機械手執行一步動作；單周期指執行一次動作循環，最后回到初始位置；周循環則是機械手重復不斷的執行動作，直到按下復位或停止按鈕為止。根據機械手的硬件結構，三菱PLC輸入信號有：工作狀態選擇開關輸入、啟動停止按鈕輸入、磁性接近開關信號輸入、手動開關輸入及程序選擇開關輸入共22個輸入點；機械手的輸出信號有：驅動4個氣缸的電磁閥線圈4個，控制真空吸盤的電磁閥線圈2個，原點指示燈1個，共7個輸出點。選擇輸入點大于22點，輸出點大于7點的三菱PLC，可選擇三菱的FX2n-48MR。
五、機械手三菱PLC程序設計
氣機械手的控制及動作路線由三菱PLC的程序來實現，根據前述要求，該程序框架采用調用子程序方法，在主程序中實現機械手工作狀態的選擇，子程序實現機械手的復位和動作路線的實現，這種程序框架邏輯清晰，便于閱讀與修改擴展，其程序框架如圖所示。
在搬運光盤的過程中，光盤會越搬越少，故選擇循環動作工作狀態時，每次機械手下降的行程會逐漸增長，故程序中沒有使用升降氣缸的伸出限位開關來反饋位置信號，而是以三菱PLC的軟時間繼電器設置合適的延遲時間來代替，當光盤被搬空時，升降氣缸伸出限位開關被觸動時，機械手就自動復位，回初始位置。
結論
氣動機械手具有結構簡單、易于控制、成本低等特點。針對公司現有的高低溫箱，設計了一套小型的用來放置變送器的立體框架，它采用了三菱PLC控制的氣動機械手，將準備進行高低溫補償的變送器，放置到框架上下兩層的各工位上，實現了變送器的高低溫補償系統。并設計了氣壓傳動系統和三菱PLC控制系統。包括氣動原理的制定、氣動元件的選擇以及三菱PLC選型和順序功能圖的編寫。氣動機械手采用了多位置氣缸，以實現機械手在框架每層各工位之間的操作；并使機械手使用氣缸沿立柱上下運動，以實現機械手在上下兩層之間的操作。本設計提高了生產的速度，減輕了工人的勞動強度，節約了人力資源，具有很強的實用性。
摘要：本文重點就PLC控制的智能機械手進行了設計，所設計的取料機械手通過機械、氣動、電氣和PLC控制系統的綜合設計，可以廣泛應用于各大行業的取料領域，實踐表明，該系統可以快速、準確的對控制要求做出反應，具有可靠性高、靈活性強、穩定性好，可大大提高生產效率。
關鍵詞：PLC控制；智能機械手；設計
智能仿生機械手用智能手機的iOS應用程序進行控制的一款靈敏系數很高的一種仿生手。2013年帕特里克?凱恩成為英國首位裝配智能仿生手的人。這款機械手名為i-limb，可以用智能手機的iOS應用程序進行控制。帕特里克還能控制5個獨立供能的手指，其中大拇指還能旋轉。該款機械手是蘇格蘭觸摸仿生（Touch Bionics）公司的最新產品。目前，在國內大部分中小型軸承加工企業中，軸承毛坯的沖壓、沖孔加工仍靠人工完成，不僅勞動強度大、生產成本高、效率低，而且還存在著安全隱患和產品質量問題；再加上大部分企業車間布局不統一，難以同時滿足所有企業的自動化需求。因此，基于上述問題，設計一種用于軸承加工的智能機械手勢在必行。
一、智能機械手的結構
智能機械手的總體裝置分為兩道工序，一道工序專門用于上料，主要包括氣動手指、上料垂直氣缸、上料伸縮氣缸；一道工序專門用于下料，主要包括翻轉機構、旋轉平臺、下料伸縮氣缸。兩道工序互不干涉，相對于上下料由一道工序完成的機械手，大大節省了時間，提高了效率。在機械手上裝有兩個紅外光電開關，一個開關用來檢測是否有料，若有料，機械手就按照指令一步一步動作，完成軸承毛坯的加工，若沒料，機械手會等待毛坯到位之后再動作；另一個開關是用來檢測沖桿是否將工件帶起，若沒帶起會發出警報，等待工作人員處理。主要元件功能如下：氣動手指實現工件的夾緊和松開，裝有夾位、松位限位開關；上料垂直氣缸實現上升和下降動作，裝有上位、下位限位開關；上料伸縮氣缸控制機械手的伸出和收縮，實現工件的上料動作，裝有前位、后位限位開關；翻轉機構用于工件的接取，翻轉氣缸動作將工件翻轉掉到指定位置；旋轉平臺通過步進電機實現順時針、逆時針的旋轉，裝有左側、右側限位開關。
二、智能機械手工作過程
氣動手指和氣缸均由220 V單電控二位五通電磁閥控制，電磁閥通電，氣缸伸出、手指夾緊；電磁閥斷電，氣缸收縮、手指松開。將流量閥分別裝在氣缸和手指的進氣口和出氣口，通過流量閥控制氣體的流量和速度，來調節舛手指和氣缸的動作速度。初始狀態：氣動手指松開，上料垂直氣缸、上料伸縮氣缸、下料伸縮氣缸、翻轉氣缸都處于收縮狀態。工作過程為：（上電）回原點（啟動） 工件到位上料垂直氣缸下降氣動手指夾緊工件上料垂直氣缸收縮伸縮氣缸伸出斗氣動手指松開伸縮氣缸收縮壓力機沖壓工件，同時下料伸縮氣缸伸出下料伸縮氣缸收縮旋轉平臺逆時針旋轉900翻轉氣缸伸出旋轉平臺順時針旋轉900，同時翻轉氣缸收縮，如此循環。
三、 PLC控制系統的設計
（一）PLC控制系統
分析生產過程的工藝要求，確定控制系統要實現哪些功能要求；進行控制器、L / O模塊、電源模塊、控制模式、數據通信模塊、通信模式的選擇；確定數字量、模擬量輸人、輸出點的個數，列出PLC輸入輸出分配表；畫出控制柜接線圖，根據接線圖進行現場接線；根據順序功能圖編寫程序進行調試，若是程序問題修改程序，若是硬件問題解決硬件問題，直到調試成功。
（二） PLC軟件設計
系統設有手動、連續、單周期、單步和回原點三種工作方式。機械手為初始狀態時稱為系統處于原點狀態，在進入手動、連續、單周期和單步工作方式之前，系統應處于原點狀態。機械手從初始狀態開始，到夾緊工件、接到工件并將其放到指定位置的過程稱為一個工作周期，在自動工作方式下，按下啟動按鈕，機械手反復地工作，但按下停止按鈕機械手并不會立即停止工作，而是完成一個周期的工作后返回并停留在初始步。單步操作常用于系統的調試，在單步工作方式下，按下啟動按鈕系統只完成一步的動作，再次按下啟動按鈕，系統接著完成下一步動作。對于本系統而言，當接通I0.3時，系統進入單步工作方式，按一下啟動按鈕，上料垂直氣缸下降，再按一下啟動按鈕，手指夾緊工件，如此一步一步的動作。連續工作方式的順序功能圖如圖1所示，將選擇開關打到連續工作方式位置，I0.1為1狀態，系統進入連續工作方式。MO.5為原點條件，在初始步為活動步的情況下按下啟動按鈕I0.5，紅外光電開關檢測是否有料，若有，則I2.3為1狀態，M2.O變為1狀態，上料垂直氣缸下降。同時，控制連續工作方式的線圈M0.7“通電”并自保持。
（三） PLC控制步進電機
步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
四、結束語
本文介紹了一種基于PLC控制的工業取料機械手，設計了取料機械手的機械結構和氣動系統，并給出了PLC控制系統的軟硬件設計和步進電機運行速度控制設計，該系統應用于各大行業，具有穩定可靠的性能，提高了生產效率。
摘要：基于PLC控制的機械手具有顯著的優點，已經成為工業自動化生產的不可缺少的關鍵技術。本文通過借鑒傳統機械手的設計方案，對適用于工廠鍛件搬運的機械手PLC控制系統進行了相關模擬仿真和設計。在對機械手液壓機構進行了深入的分析的基礎上，認為機械手的設計需要考慮回轉原點、點動控制和自動化控制三個因素；然后對適合機械手的PLC控制器、壓力和位移傳感器進行了相關技術參數選擇，同時還對整體程序的設計進行了相關闡述，希望能夠給以后的機械手PLC控制系統設計提供借鑒意義。
關鍵詞：PLC；機械手；控制
隨著工業機械手的廣泛應用，其已經成為自動化控制領域的重要技術。在制造業不斷發展的今天，機械手一方面可以代替人工進行生產線的作業，另外一方面機械手可以按照實際生產工藝的要求，按照一定的時間和程序設置來完成工作的卸載和傳送。機械手的廣泛應用可以大大的提高勞動生產率，加快我國制造業的轉型與升級。如果機械手采用傳統的繼電器進行控制，則會直接造成系統原件比較繁雜、穩定性差以及出現故障概率高的特點。隨著PLC技術的廣泛應用，通過使用PLC來設計機械手的控制系統，可以保證較高的可靠性和較低的故障率，使用起來也相對簡單。本文通過采用可編程控制器PLC來實現機械手的控制系統設計，使得控制過程精確可靠，使得在實際生產過程中變得明確和清晰。
1 機械手機構的液壓系統分析
本文的機械手設計案例以鍛造車間的機械手為例，該機械手處在高溫的操作環境之中，機械手所要實現的功能就是將高溫的鍛件棒材加持到鍛造工位的傳送帶上。實現對棒料準確的搬運，替代人工操作，改善工作環境。機械手的液壓系統主要包括了液壓驅動、手臂的升降和收縮等系統，再加上液壓馬達。液壓換向回路使用三位四通閥進行控制。在機械手設計的過程中應該考慮以下幾個方面的問題：（1）鍛件的重量較大，機械手應該具備較大的夾緊力。同時工件在移動的過程中還會出現較大的慣性，保證工件不會脫落。（2）機械手的手指應該具備一定的夾角，手指的開閉角直接影響著工件能否順利的加持到鍛造工位上，對于手指的開閉幅度具有嚴格的要求；（3）機械手應該保證工件在搬運過程中的準確定位，必須要根據鍛造工件的形狀來選擇機械手手指的形狀；（4）由于鍛件處在高溫狀態，在加持過程中應該保證機械手具有較高的強度，另外機械手的結構應該盡量緊湊，使得機械手的重心能夠維持在手臂的回轉軸線上。（5）在機械手設計的過程中，應該考慮到被抓工件的要求。如果是圓柱形鍛件，則應該考慮使用V型手指，圓球形的工件考慮采用三指狀的手指，方便加持工件。對于那些表面質量要求比較高的工件，應該在機械手的手指上加上泡沫墊片，防止加持部位的損壞。
2 機械手PLC控制系統的設計
2.1 PLC可編程控制器介紹
機械手所使用的PLC控制器主要包括了CPU、信號輸入模塊、數據輸出模塊、CPU擴展單元以及編程模塊。CPU相當于PLC的心臟，完成對輸入信號和數據的處理，將這些數據存儲在存儲器中。對于輸入和輸出模塊而言，輸入的信號主要有分為兩個類別，分別為電壓信號和電流信號，如果外在的信號比較尖銳，則會造成PLC的CPU損壞。另外為了控制外來的負載的額度，可以通過小型繼電器的使用，來實現外來負載的隔離。在PLC中編程器主要是用來檢測各種信號的運行狀態，一般使用編程器的狀況為邏輯輸入有誤或者需要檢修的時候。本文中的PLC電源使用的是24V直流電源或者220V的交流電源，機械手的PLC控制器選擇類型為西門子20EDR-1，有兩個輸入和輸出模塊，在A/D轉換方面選擇AD041型號，所設計的PLC框架如圖1所示。
其中PLC的基本參數如表1所示。
本系統的輸入電流信號范圍是5-23mA，對應的十六位進制為0000-1770。用于補碼的轉換數據范圍是3.2-4mA，當輸入電流信號小于3.2mA時，斷線檢測的功能將會被充分啟用，并且將數據轉化為8000。首先對于模擬信號和數字信號的轉換方面，在CPU模塊中不能進行量程控制字符的改變，如果需要改變，則必須進行斷電后重新操作。
2.2 機械手位移傳感器的選擇
位移傳感器的選擇對于機械手的設計具有重要的意義，機械手臂的升降和旋轉都需要位移傳感器的作用，還應該把位移數據準確的顯示在屏幕上，主要目的就是滿足機械手臂的位移和速度測定。目前通用的傳感器為光柵位移傳感器，當傳感器的兩塊光柵的位置發生相對變化時，光敏電阻發生變化，實現了電信號傳遞，從而轉變為位移信號，實現了位移的精確測量。除了直線位移傳感器外，還需要安裝角位移傳感器，角位移傳感器的類型為E6W5-2014。最后機械手指在加持工件的過程中，需要安裝壓力傳感器，其中輸出信號范圍是5-60mA，電源選擇24V直流電源。在機械手觸摸屏的選擇方面，要求有兩個，首先就是要內存要大，能夠存儲較多的數據，分辨率要大和較高的顯示亮度；其次PLC觸摸屏要有串行通信功能，更好的方便PLC與機械手臂之間的通信。
3 PLC控制系統的程序設計與步進電機選擇
3.1 機械手PLC總控制程序的設計
在機械手臂的下降和上升的程序設計中，只是兩者的輸入和輸出的地址不同。在壓力檢測方面，只有檢測到鍛件毛坯夾緊以后才可以進行下一步的位移動作，所以首先應該進行壓力的檢測，實現了壓力數值的顯示。本文還通過CAE的仿真優化設計，為了進一步實現機械手臂的啟停與位移控制，減少PLC控制器的安裝面的位置，可以將啟動按鈕與停止按鈕進行合并。同時為了確定機械手臂是處于手動工作模式還是處在連續工作模式，需要進行連續工作模式按鈕，可以根據實際的運行情況來調整機械手臂的位置。同時為了保證機械手的正常運行，機械手在每一個工作周期內都要進行初始位置的檢驗，如果不是回到初始位置，則應該執行回到回轉原點的操作。和啟動的程序一樣，機械手臂工作的運行方式也是通過按鈕來實現的，手動按鈕可以實現機械手的各種動作操作，從而滿足實際生產的需求，只需要對步進電機的脈沖時間進行調整，盡量減少機械手的行程。在經過CAE軟件操作的優化的過程中，可以通過以下結果步驟來進行，首先應該對機械手臂的模型進行優化，建立相應的機械傳動機構，包括各種零件的設計以及機械手自由度的設計；其次，對機械手的模型進行運動仿真模擬，測試模型設計是否能夠滿足生產需求；然后細化設計模型，建立設計變量和目標函數之間的關系，得到性能最優的設計參數。本文根機械手的運動要求將機械手的抓取機構進行優化，從而繪制PLC控制流程圖，通過對梯形圖控制程序的編寫，滿足了實際生產機械手的工位需求。
3.2 步進電機選擇
三相步進電機通常將電脈沖信號轉變為角位移信號，步進電機的旋轉是依靠角度的不斷移動而進行的。通過對電脈沖數量的控制，來實現位移的控制。在步進電機的選擇方面，本文采用的是三菱公司的橫軸和縱軸位移的機械手升降機構，最大使用電流為3A。另外PLC啟動技術的控制與傳統的控制技術相比，具有價格低廉和結構簡單等優點?，F代化的PLC啟動技術可以分為感知系統、控制程序、主機CPU部分以及執行機構的設計部分。在使用CAE進行軟件仿真模擬的過程中，通過使用鍛件的抓取機構為實際性能的優化目標，通過連桿機構的數次優化和坐標位置優化，使得機械手臂的抓緊力由3.5MN轉變為20.56MN。通過采用虛擬樣機技術可以有效的模擬機械手在實際生產過程中的抓取行為，現夾緊力的不斷提高，具有較大的實際成產意義。表2位本PLC系統中A/D轉換器的基本參數。
四個自由度的機械手臂的設計具有一定的普遍性和實用性，在PLC控制的模式下，實現鍛件從一個位置運送至另一個位置，準確的實現位置定位和完成各項動作。在實際操作的過程中可以通過觸摸屏完成各項操作和讀取機械手實際的運行狀態，包括壓力和位移數值等信息，方便對機械手進行很好的控制。
4 結語
PLC控制技術在機械手設計領域中已經得到了廣泛的應用，從而使得機械手在工業領域中得到了廣泛的應用。本文在分析參考文獻的基礎上，借鑒傳統機械手的設計方案，對適用于工廠鍛件搬運的機械手PLC控制系統進行了CAE模擬仿真和設計。首先對機械手液壓機構進行了深入的分析，得到機械手控制的三個關鍵因素；然后對適合機械手的PLC控制器、壓力和位移傳感器進行了相關技術參數選擇，同時還對整體程序的設計進行了相關闡述，希望能夠給以后的機械手PLC控制設計提供參考價值
摘 要：面粉包裝機的設計和制造是面粉加工行業的一個重要的創新點，具有實力的面粉企業會不斷在原有機器上改進工藝，提高生產效率。同時，農機生產企業也會不斷提高設備效率，面向小型面粉廠進行推廣。
關鍵詞：PLC控制；包裝工藝；PID模糊控制
0 引言
對于企業來說，面粉包裝的機械化能再提高面粉包裝效率的同時大大節省勞動力成本。采用機械化包裝的面粉，不僅包裝效率極高，且包裝的品質十分穩定。采用PLC控制的更加先進和高效面粉包裝機械手的設計，是各大面粉廠家進行研發的重點目標，也是小型面粉生產廠家對產業結構升級換代的一個必由之路。
1 主要功能設計
面粉包裝機械手需完成指定的工作循環，同時要根據循環過程中的反饋對循環進行協調。具有調節壓力、時間、溫度和速度的功能，具有質量檢測、自動計量計數、完整的安全策略和根據客戶需要提供的可視化操作平臺等功能。
控制系統由PLC控制確定精度，并可以根據生產要求調節各項系統參數，本系統采用變頻調節技術，可以讓機械手系統在效率和節約方面調節側重。總體來說設計包含軟件和硬件兩大部分，其中，軟件控制部分包含的主要內容即對利用智能模糊PID控制結合快速逼近算法實現的封口過程的精確定位研究，結合此項工作進行PLC硬件選型，編寫控制程序。如果需要，同時應開發相應的人機界面來實現監控和手動調節功能。硬件部分的設計需：（1）閉環系統的整體設計；（2）電機、變頻器、PLC控制器和光電編碼器等硬件的選型；（3）根據系統要求，確定系統I/O設備數量，模擬量的通道數量；（4）建立帶有說明的I/O功能分配表。
2 設備組成及包裝工藝
如圖1所示，開機時，電機啟動，通過傳動機構帶動拉膜帶勻速轉動，該速度可根據包裝規格調整。拉膜外側是高彈力膠帶，內側為正向齒形帶，這種結構可以極大地加強薄膜與皮帶的摩擦力，包裝材料隨著機械手運轉向下運動，經過糾偏槽到達成型機，這樣就可以對其進行桶狀處理，進而加熱、加壓和縱向熱封。
封構機在運行前回到原始位置，包裝材料色標達到傳感器時，傳感器啟動橫向封口電機，每個封口器都有前后兩部分組成，且采用彈簧鏈接。在工作循環中，兩個橫向封口機構能夠進行互相擠壓產生一定的R縮行程，采用這種設計，使兩個橫封頭的回轉中心的中心距小于兩者的回轉半徑和。豎直方向上封口機的運動會完成包裝袋的橫向熱封和切斷，同時，啟動計量螺桿，橫封機構回位，等待傳感器采集的下一個色標指令。
關于包裝工藝，主要涉及供料、橫向封裝、縱向封裝和切斷四個方面。本設計主要以各類傳感器輸入和異步電機通過PLC的控制配合，將生產需求轉化為精準控制的過程，達到對生產工藝可控化。
3 PLC設計
首先是確定控制方案和選型。根據統計，本設計系統具有14個開關量輸入，7個輸出，4個模擬量輸入和兩個輸出，根據I/O點數需求及冗余設計，選擇EM232模擬量I/O模塊和EM231熱電偶PID模塊。這樣，基本保證了光標檢測、手動運行、聯鎖自動運行、電機速度反饋等。開關量可以控制設備的產品輸送管路電磁閥、輸送監視系統、橫封縱封電機和信號指示系統等。4個模擬量控制熱電偶溫度輸入和橫封縱封的加熱器溫度等。利用MOBUS總線RS485通信調節變頻器輸出頻率控制包裝機電機的轉速從而達到對工藝的控制。
在此硬件結構基礎上，我們開發了手動和自動兩種控制模式。手動模式中，操作員跳過PLC主機啟停相應異步電機從而達到控制灌裝量的目的。控制器、執行器件等開始執行相應循環。同時，操作員操作循環可以保存相關參數，進行自動模式下的循環過程。手動模式的主要目的是調試和修改生產參數。
自動模式中，PLC根據預設參數，自動執行循環包裝流程。該模式下，操作員依舊可以通過修改參數干預循環過程，但此過程不打斷生產。只需在調整完成后監視生產情況和指示燈，在遇緊急情況是介入停機或采取其他操作。同時，自動模式還具有光標模式，按照給定長度進行封裝，無需橫向封裝的絕對準確。
作者簡介：李建偉（1980-），女，河南l輝人，本科，現在鶴壁汽車工程職業學院任教，主要研究方向：機電技術。
【摘要】機械手是模仿人的手部動作，并按要求實現自動抓取、搬運等動作的自動裝置。機械手可以在惡劣環境中以及單調、頻繁的操作中代替人作業，因此得日益廣泛的應用。機械手一般由執行機構、驅動系統、控制系統及檢測裝置四部分組成，智能機械手還具有感覺系統和智能系統。介紹了工業機械手屬圓柱坐標式、全液壓驅動機械手，設計了液壓回路，對手部材料進行了結構分析，采用了西門子PLC控制其工作過程。
【關鍵詞】機械手；液壓；電氣
1.機械手機械本體設計
采用了四桿鉸鏈機構，底座與步進電機相連，可沿導軌準確定位，適應于中小輕型物品的搬運和定位放置。分別用3個液壓缸和一個絲杠控制，絲杠由電動機驅動，以實現在一個沿x軸的直線行走，一個沿y軸直線行走，一個沿z軸直線行走和一個繞z軸旋轉的4個自由度。機械手工作時的運動過程：當貨物到達時，機械手系統開始工作，旋轉液壓缸和伸出液壓缸迅速定位到達工件上方，絲杠旋轉下降，同時機械手液壓缸卸荷，機械手爪張開，機械手到達工件中部，機械手液壓缸加壓，將工件夾緊。絲杠旋轉上升，旋轉液壓缸開始旋轉，伸出液壓缸開始收縮，同時步進電機開始向前運動。放置工件時，機械手迅速定位至指定位置的上方，絲杠旋轉下降，機械手液壓缸卸荷，工件被放入指定位置。
2.手抓夾持面的應力分析
（1）夾持裝置的材料特征。手爪夾持裝置會頻繁地夾持工件，因此，選擇了低合金鋼。這種鋼可塑性好，有著比普通碳素結構鋼更高的屈服強度和屈強比的材料。低合金鋼還有著較好的冷熱加工成形性，良好的焊接性，較低的冷脆傾向和時效敏感性， 以及較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。（2）夾持面受力分析。在實際生產應用中安全可靠生產是必須考慮的一個因素，應力分析與位移分析是對整個結構中主要受力部分進行安全系數評估。在應力分析與位移分析過程中，手爪的4個固定孔作為固定面，以手爪夾持工件的面為主受力面，整個分析過程中所施加給手爪的力為100 N，使用的材質是鋁合金，最后分析安全系數為 1.5，滿足了工作要求。（3）機械手運動學分析。機械手在運動過程中，其運動速度與時間的關系必須要在控制之中，這樣才能夠準確地計算出其運動的軌跡，在Pro/E的裝配中，利用機構來裝配其手部，模擬其手部的運動得出運動曲線。由機械手的運動曲線可知，機械手的運動模量變化較為穩定。
3.液壓回路的設計
液壓機械手的回路（見圖2）設計主要由4個回路組成，控制機械手的升降、伸縮、抓緊與放松、回轉4個動作，分別由3個直動式油缸和1個回轉油缸組成。在液壓回路設計過程中，通過兩位四通的電磁換向閥控制換向，可以通過調節節流閥的節流口大小控制流量大小，從而控制液壓缸運動的速度。此外，為了防止機械手爪誤抓住人或其他物體之后造成傷害，在回路中安裝了安全閥（溢流閥），當壓力達3 MPa時，安全閥打開，所以回路中最高壓力不超過3 MPa。液壓回路很容易實現自動控制，可以通過PLC來控制換向閥就可以實現自動換向。此外，液壓回路可以適應任何惡劣環境，比較容易維護，所以在自動控制中應用越來越廣泛。
4.PLC機械手具體系統的主要組成
PLC 液壓機械手整個系統主要包括嵌入式微機、端口驅動模塊、位置傳感器、壓力傳感器、執行機構。其中的執行機構屬于機械手非常重要的組成部分，同時也是機械手內部的主體部分，其中主要包括手腕、手臂以及行走機構等部分。驅動屬于執行機構運行重要的傳動裝置，經常使用的包括液壓、氣壓、電力以及機械傳動?？刂葡到y是整個機械手的重要優秀部分，主要是用來支配機械手各種規定的運行程序等，并存儲相應的指令信息，按照控制系統具體的內部信息完成指令的分配，在一定條件下還能實現對整個機械手具有的監視作用。
以下主要分析在輪胎自動化生產線中的具體控制。在初始的狀態下，]合整個機械手系統，并處于上線轉出具體的位置，如果接收到開始的具體控制信號，開始啟動所有的電動機并進行正轉，利用絲杠運動帶動機械手逐漸下降。如果下降具體的行程開關發生斷開時，下降交流內部的接觸器將會斷電，最后使電機的轉動最終停止，利用自動減壓控制機械手具體的動作開始抓取工件，如果機械手內部的全張油缸使用的開關在完成閉合以后，機械手上升交流內部的接觸器被接通，從而使電動機開始發轉，完成機械手抓取工件同時并上升的動作。如果到達了上線行程內部具體的開關閉合位置過程中，機械手內部上升交流所在的基接觸器發生斷電，從而使電動機的轉動最終停止，同時等待來自于主控系統發送的主圖命令，并將會啟動整個液壓系統完成轉入。由于當機械手開始轉動時，半徑部分出現了相互重疊的情況，因此，每次都會支持一只機械手完成轉入動作。如果機械手全部完成了最終的轉入動作，機械手進行同時下降的動作。如果下降放工件具體的行程開關完全接通以后，需要接通機械手內部的電磁閥，使氣壓系統內部工作得到有效的控制，控制機械手手指最后閉合完成放工件的動作。如果機械手內部閉合閥具有的壓力開關實現接通以后，左右機械手將會馬上全部閉合，最后完成放胎的動作，同時電動機的反轉動作得以順利的控制，并帶動整個機械手開始上升的動作，直到最后達到上線的具體位置，完成機械手最終的整個過程。
5.結語
本文對工業機械手的結構和控制進行了設計。液壓技術在該機械手中的應用，使設備更容易實現自動控制和過載保護，整體結構更加緊湊。西門子S7-200 型號的PLC在總控制中的應用，使得機械手在工作時更加穩定和便于控制。
摘 要：隨著經濟和科學技術的不斷發展，極大的促進了社會的進步，提高了我國自動化技術技能，使得自動化設備在當下社會會中廣泛應用。在社會生產過程中，因為氣動機械具有自身的優勢，其在應用過程中制造的財務支出較少，設備結構簡單，使用較為便捷，具有較好的實際應用性。為了提高手動機械手控系統的實際應用性，提高高手動機械手控系統設計合理性，本文主要基于PLC基礎氣動機械手控制系統的設計研究，來保證手動機械手控系統設計的有效進行。
關鍵詞：PLC；氣動機械；手控制系統；設計研究
0 前言
手動機械手控系統在工業生產過程中，可以提高工業生產的自動化能力，提高工業生產的自動化水平，來促進社會的發展。為了促進手動機械手控系統的長遠發展，把PLC技術和手動機械手控系統檢修整合設計和應用，增加了手動機、械手控系統的自動化性能，實現工業社會自動化發展目標，因此對PLC基礎下氣動機械手控制系統設計的研究具有鮮明的現實意義。
1 PLC技術闡述
PLC技術是一種具有可編制性的邏輯控制設備，其在實際運作過程中，可以利用具有編制性能的存儲設備來對不同設備和元件，來進行計算，并可以保障計算的邏輯性。PLC技術也可以對不同的程序和系統來進行控制，對不同的設備來進行定時操作，把模擬的數字轉化為機械和設備的實際運作指示和口令。PLC技術在系統中，其主要的優秀設備是微處理設備，可以在工業的生產環節應用，突破了傳統技術的局限性，實際操作較為便捷和簡單，穩定性和可靠性較高，PLC技術在實際應用過程中結合了微處理設備的優勢，滿足電氣裝置工作人員的操作需要，滿足當下社會的工業生產需求[1]。PLC技術在我國首次應用是在上個世紀的六十年代，隨著社會的不斷發展，其應用范圍不斷增加，在當下的中型產品和小型產品[2]。電子產品、紡織領域、印刷環節等等被廣泛應用，具有實際應給予價值。
2 PLC技術基礎上，對氣動機械手控制系統的設計闡述
2.1 順序和功能的設計闡述
為了保證實際生產作業的合理性，保證生產不同環節的有序性，在進行設計時，要建立在設計順序和設計功能圖紙的基礎上來進行設計，可以降低設計的暗度，為初步設計人員提供方便性，提高設計工作人員的設計效率，保證設計氣動機械手控制系統在實際應用過程中，具備較高的應用性。順序圖和功能圖這一設計方法，可以把具有編程性質的元件與專用的編程元件整合運用，在當下的PLC設計環節應用較為普遍，建立在氣動機械手控制系統的運作流程來看，其在實際應用過程中，要保證氣動機械手建立在原始點基礎上，來進行擺動缸操作，保證其擺動作業、伸出作業的循環作業，保證其自動化的運作到初始點，進行循環的操作[3]。在實際的操作過程中，氣動機械手動作以邏輯樹的形式來進行，即首先進行根節點的動作判斷，是否動作、怎么樣動作，完成之后進行下一個節點的動作判斷，亦即是否動作、怎樣動作，一個連續的邏輯樹結構即能夠指揮氣動機械手完成一系列連貫的移動、屈伸、抓取的動作，實現實際應用的目的。
2.2 氣動機械手控制系統的整體順序和功能設計
氣動機械手控制系統的整體順序和功能設計，首先在設計時要保證其手動的開關與監測的開關是開放的形式，進而保證氣動機械手控制系統的整體順序和功能設計是，其開關的變化和控制的合理性與單一性。對于氣動機械手控制系統的操作形式來說，其要依據開關的選擇離開進行選擇。如果在實際運作過程中，選擇的是具有自動性的操作方法，氣動機械手控制系統運作時其沒有返回原始狀態，要優先利用手動的方法，保證氣動機械手返回到初始位置，在進行其他不同環節的操作。對于氣動機械手的單周期和自動化操作，其可以利用開關的選擇來進行運作。如下圖一所示，是氣動機械手控制系統的整體設計構建圖[4]。
由上圖1氣動機械手控制系統的整體設計構建圖我們可以看出，對氣動機械手控制系統的整體設計可以把其劃分為兩個不同層次，保證每個不同層次可以存放兩排，保證每排可以存儲四個變送設備。為了保證氣動機械手控制系統的整體設計的合理性，保證高溫箱和低溫箱可以順利的金融的框架體系中，其在實際設計是，要考慮框架放入變送設備后的重量。在框架的下部環節可以使用輪子來進行設計，保證氣動機械手控制系統得知己應用中，可以在工作臺上進行自由運作，保證其可以順利的進入到高溫箱和低溫箱中。氣動機械手控制的變送設備的設計和定位，要依據設計框架的外部大小來進行設計。確保氣動機械手控制系統的在完成整體框架的設計后，其可以進行不同工位的運作和搬送，可以良好的進行元件的放置。保證氣動機械手控制系統在實際應用過程中們可以便捷的進行加緊作業和伸縮與移動作業，保證氣動機械手控制系統的實際應用性，實現氣動機械手控制系統的設計最大目標[5]。
3 結論
PLC技術和氣動機械手控制系統的結合設計和發展，是社會發展的產物，是科學技術不斷進步的結晶，具有時代性的特征，對當下社會的生產和生活具有較大影響。PLC技術和氣動機械手控制系統的結合發展，這主要是因為PLC技術自身的優勢和實際應用性，其滿足氣動機械手控制系統的發展需求，可以增加氣動機械手控制系統的操作精市裕提高氣動機械手控制系統的安全性，降低了氣動機械手控制系統的事故發生率。
作者簡介：唐躍嘉（1993-），男，四川南充人，本科，研究方向：機械工程。
摘 要：在生產制造行業內，機床越來越普遍，而機床也向著自動化邁進，無論是控制還是其他系統，而在自動化機床中，機械手的應用也越來越普遍，在機床自動換刀機械手設計上，升降系統是非常重要的，除了升降系統機械手的換刀和對刀具的夾持，都是需要仔細地去設計，而對于機械手設計上要保證機床設備本身與機械手的柔性連接，保證工件的正常輸送和機床的自動化加工。
關鍵詞：升降系統；刀具換刀與夾持；機械手設計
1 升降系統
機床機械手的升降系統是一個非常復雜的系統，它的組成部分包括動力裝置、傳動裝置滾動絲杠、導向柱、調速裝置、控制元件等。
機床機械手機構中，升降電機帶動絲杠運動，滑座在絲桿上做上下運動，同時機械手在滑座上一同做運動，所以絲杠要承受機械手M和滑座m的重量，如圖1。
通過圖1分析機械手升降系統的工作過程，當機械手接到機床的指令后，電機開始工作，滑塊上機械手手抓上升到選刀排的位置，機械手觸發刀庫的觸點，這時候制動器工作，機械手停止上升，機械手進行換刀，完成之后，機械手回到初始位置。
通過分析機械手升降系統中的電動機，機械手手抓工作的功率，可是在工作過程中，制動器會使電動機功率變大，所以在選用電動機時候電動機的功率是手抓理論功率和制動器功率，如下公式：
P電=P制+P手抓
同時在電機工作過程中，電動機也會隨著電動機負載的升高，如圖2所示。
2 刀具換刀與夾持
在機床機械手換刀上，是自動換刀裝置，同時它還擔負著把刀從刀庫送到主軸上，刀具在主軸上使用完成之后在從主軸上送回到刀庫中，機床刀具的換刀方式有圓盤形、直線型，圓盤形換刀是刀架是一個回轉體，每個刀都置于圓盤的外圓端，通過圓盤的選擇，刀具旋轉到指定位置，機械手進行換刀，這種換刀方法是機床上最常見的。
刀具的夾持設計上，一般選取柄式夾持和法蘭式夾持，柄式夾持方法是在軸向夾持，這種方法是利用最多的，因為刀柄的尾部是一個錐柄，這種刀具采用模式錐度方法夾持最方便、快捷。而法蘭式夾持方法是在機械手前端安裝法蘭盤，這種夾持方法有一些繁瑣。
3 機械手設計
機床機械的形式有很多，種類繁多，對于每個機械手都有它不同的意義和用處。
單臂單爪回轉式機械手，這種機械手的手臂是可以回轉運動，而回轉運動的擺動線與刀庫的軸線平行，意義在于機械手的手抓可以快速地抓取到刀具。
單臂雙爪回轉式機械手，這種機械手的手臂上有兩個機械手手抓，手抓是對稱放置，這種機械手的兩個手抓是分工的，一個是從刀庫拿刀送往主軸，另一個是從主軸將刀具拿回到刀庫內。
雙臂回轉式機械手，這種機械手的手抓不是對稱的，是在一天軸線上，軸線的兩端放置手抓，兩個手抓繞中心做回轉運動，這種機械手可以實現刀庫取刀和主軸送刀同時進行，節省的時間，提高工作效率。
雙機械手，這種結構是有些類似于人的雙手，有兩個手臂，兩個手抓，它們是分別運動的，一個是從刀庫取刀，一個是送刀，示意圖如圖3。
4 結束語
因為制造業和工業不斷的發展，科學不斷的進步，對生產效率不斷提高的要求，單純的使用人力，是不能滿足生產需要的，使得機械手的應用越來越廣泛，它可以代替人完成更高要求、難度、重復枯燥的工作，所以機械手現在不僅僅應用在機床上，所以怎樣能更大提升機床機械手的性能，怎樣將機床的控制系統與機械手完美的連接，怎樣能使機械手成為FMS系統中一個重要部分，這是機械手研究設的一個重要環節和意義所在。
摘 要：在制造業機械手是一個非常有名氣的詞組，機械手是自動化生產線上不可缺少的一部分，它的出現使生產行業更方便更快捷，它的優勢就是靈活、運動慣性小，可以代替人手去完成相應的工作，而在大型機床上也有機械手的應用，它是附著在機床桁架上，通過分析機械手在生產中的應用，總體布局，以及驅動系統，最終確定機床桁架機械手，而在制造行業內，通過機床桁架機械手的應用，提高了機床的自動化程度，同時也增加了機床加工中的安全性、可靠性。
關鍵詞：機構分析；機械手；驅動系統
1.總體結構
機床桁架機械手的設計和分析，可以從兩部分分析，一部分是桁架，另一部分是機械手，對于桁架的分析，可以簡化成梁的分析，它的機構就類似于力學當中的結構梁，從力學的角度分析，可以將機床桁架與簡支梁做橫向對比，可以通過簡支梁的彎矩圖分析桁架，增加機械手對桁架的作用力，我們可以畫出如圖1所示的力學分析圖。在機床上桁架機械手有著很高的要求，要求機械手有著效率高、可靠性強的要求，對于桁架的立柱選擇，它要使桁架支撐穩定，同時也要節省機床的整體空間，而對于大多數立柱的結構，都選取鋼結構。
2.機械手及手臂
2.1 機械手
桁架機械手的作用就是起到運輸的作用，它是使工件在上下料的軌道與機床內之間移動，將加工后的零件從機床上拿出，再將要加工的零件從軌道上拿起，放到機床上。主要的動作就是：爪張開，抓取，升降，左右移動。對于機械手的手爪設計有很多種方案和形式，可以根據不同的需求，選擇不同的設計方法。如D2所示。
（1）機械自鎖手爪：對于這種結構，設計者們非常喜歡，因為這種結構很受消費者的喜歡，它的結構比較簡單，但是在對抓取上也做了復雜的設計，為了防止在夾持零件時候脫落，增加了自鎖裝置。
連桿杠桿式手爪：這種結構可以從名字上得到啟發，它的設計就是利用機械連桿機構，通過連桿和杠桿的傳遞，使手爪夾持和松開，但這種機構有一個缺點，就是夾持力比較大。
齒輪齒條式手爪：這種機構的傳遞性最好，動作反應速度最快，它是通過齒輪之間的傳動來控制手爪，可以實現速度上的突破。
2.2 手臂
對于桁架上機械手的手臂設計時，要考慮機械手臂的載荷，在運動上要實現快速運動，但在機構上也要能承受力。在機床桁架上的機械手一般做直線運動，所以在考慮手臂設計時候，一般選擇液壓直接驅動手臂，在機械手臂的液壓缸選用上，要使液壓缸的直徑大一些，這樣手臂的整體強度比較高，而對于液壓缸的校核可以通過以下公式進行核對：
活塞桿直徑的校核公式：
式中：F――活塞桿上的作用力；[σ]――活塞桿材料的許用應力。
缸體壁厚的校核公式：
式中：D――缸筒內徑；py――缸筒的試驗壓力。
桁架機械手的運動為機械手在桁架上做水平運動，到達指定位置后，機械手下降運動，手爪夾緊工件，帶動工件上升，逆向運動，將零件放置到軌道上，手爪松開，在這個期間內，有幾個位置PLC控制限位器，分別在機械手的下降和上升停止的時候。在機械手將零件從機床夾持時候，下一個工件到待定區域，機械手結束這個動作后，回到待加工零件位置處，機械手下降，夾持零件，將零件放置到機床內，機械手回到初始位置，PLC停止脈沖輸出，機床進行加工，機械手完成運動，桁架機械手往返做以上運動。
3.驅動系統
對于機床桁架機械手驅動方式的選擇可分為回轉型和移動型，是通過手指的方法區分，要是通過機械手夾持的不同可以分為內外兩種。
（1）氣動驅動方式：這種控制方式是通過電磁閥來控制機械手，在通過利用氣流調節閥來控制機械手的運動速度，這種驅動的成本比較低，因為得到氣體成本低。
（2）電動驅動方式：在機床桁架機械手設計上，這種驅動方式使用最頻繁，因為機床也需要用電，而這驅動系統只是需要利用電機，就可以達到速度上的控制。
（3）液壓驅動方式：液壓驅動方式是通過液壓系統進行控制，它的好處就是可以實現連續位置控制，同時傳動剛度也大，液壓驅動一般選擇液壓馬達作為動力源，液壓驅動元件的特點見表1。
結語
隨著國內不斷地發展，勞動力成本的不斷提升，機床在自動化行業歡迎程度也隨之提高，但同時也要將機床的配套設施提高上去，尤其對于生產大批零件，機械手也變得尤為重要。對于現代工業發展來說，機械手的發展速度還是不是很快，對于機械手的控制上要采用PLC控制是最方便的，而對于機械手的發展要不斷去開發，團結思想，通過集體設計者們的努力，不要客觀地設計，要將多元素有機結合起來。
摘 要：在本文中，所設計的控制系統是應用于機械手系統，保證機械手能夠有效完成兩條生產線之間的運輸任務。系統整體上選用電氣一體化的方法，通過氣缸自鎖功能能夠保證機械手在抓放或者斷氣狀態下保持機械手姿勢，通過電機控制技術完成機械手多自由度運動。機械手系統具有上電初始化、原點復位、報警提示、手動操作、半自動操作及全自動操作功能，滿足了企業的工作需求。
關鍵詞：搬運機械手；電氣一體化；定位控制
0.引言
隨著制造業的快速發展，機械手成為當今時代的標志，有效改善勞動條件，保障人身安全。當前，機械手可以精確執行預先編寫的程序命令，實現預計動作，被廣泛應用于機床、模具鍛造或者點焊、噴漆工藝方面。本文基于完成生產線之間物品運輸設計的機械手系統，能夠完成手臂上下伸縮、手臂左右擺動以及手指抓握3個動作；采用集成傳輸模式，即手臂機構采用伺服電機驅動，手爪機構則采用氣壓傳動。
1.硬件結構設計
1.1 伺服電機選擇
電機選擇方面，本課題選用交流伺服電機，因為隨著電機調速方法的不斷研究，目前能夠將電機調速范圍與成本降低到寬調速直流電機。同時，交流伺服電機擁有較高的可靠性和控制性，因此目前能夠得到廣泛應用。而直流伺服電機內部存在電刷和換向器因素，導致電機工作可靠性降低，提高后期運行成本；交流異步電動機雖然沒有電刷磨損，結構簡單，成本較低，但應用時對其調速十分煩瑣，成本相對較高，不經濟適用?？紤]到電機后期維護方便，本課題的升降電機與旋轉電機都選用交流伺服電機PanasonicMDMA152P1U型號，便于后期保養維修，采用的驅動器為MDDDT5540型號。
1.2 氣缸和閥門的選擇
本機械手驅動系統運動速度由氣流調節閥控制，運動方向由電磁閥控制。目前，氣體驅動系統憑借其價格低廉等優點在工業中得到廣泛應用。同時氣動夾持器由于氣體的可壓縮性，在捕獲過程中具有一定的靈活性，不會由于力度過大導致被抓取物破壞。根據指尖距離及手爪夾緊力，夾緊裝置選擇一個具有可調緩沖裝置的雙作用氣缸，并設有夾緊裝置和壓力傳感器。氣缸本身配有兩個一位單通閥門，本設計為了能夠保證氣缸在斷氣狀態下保持氣缸內部的壓力，所以根據經驗選用SMC公司的VZ110氣開閥。
1.3 傳感器的選擇
傳感器的功能是將被測物的物理量轉變成由控制系統可以識別的電信號。實時檢測系統本身以及工作對象、工作環境的狀況，為控制系統提供有效精準的電信號。本課題研究的機械手，位置檢測裝置主要用來判斷機械手執行左旋/右旋，上升/下降等動作時是否到位，通常選擇行程開關，并將其安裝在預先設定的位置。本機械手選用直線接觸式行程開關，當行程開關檢測到機械手運動到預定位置時，立即終止當前動作，準備運行下一動作。
2.機械手動作的實現過程
機械手的工作均由伺服電機驅動螺紋絲桿旋轉和電機自轉來完成。本機械手的一個工作周期要完成手臂下降―工件加緊―手臂上升―右旋―手臂再下降―松開工件―手臂在上升―左旋8個動作，全部由對應的限位開關來控制，系統原始位置設置在原點，當按下開始命令時，機械手會立即有序的執行預訂相應動作。為確保人身安全，機械手安裝了一個光電開關，當機械手右旋到預定位置時，必須檢測到右工作臺上沒有工件時才能執行下降動作。另外，機械手能夠實現自鎖功能，在系統斷電斷氣情況下保持機械手姿勢。本文研究的機械手系統工作方式一共有手動操作，半自動操作，自動操作3種模式，當系統上電后機械手首先初始化，然后進行選擇相應的工作方式。
3.控制系統的設計
控制系統是機械手設計的重要組成部分，是保證機械手在工作過程中安全可靠的關鍵。實時控制著機械手的每一個作業動作，控制系統的穩定性以及可靠性的好壞直接決定了機械手工作過程的效率，起著不可低估作用。
3.1 PLC的選用
本文機械手的控制系統根據經驗選用“CPU226AC/24輸入/16輸出”型PLC，另外，由于系統I/O端的分組情況及隔離與接地的需求，需要增加10%～20%的裕量，配置了兩個EM253位控模塊和一個EM22324VDC數字組合8輸入/8輸出的擴展模塊。本文設計的控制系統，控制面板上操作按鈕的輸入端應該接入PLC輸入口的I0.0-I1.5，系統的行程開關接入I1.6-I2.3，料架上的兩個光電傳感器應該接入I2.4、I2.5輸入口，伺服驅動器的報警端接入I2.6、I2.7接口，伺服電機定位完成后發出的信號接入I3.0、I3.1。其次，PLCQ0.0-Q0.6輸出端連接系統信號指示燈，Q0.7-Q1.4端連接外部信號，實時檢測機械手狀態，Q1.5-Q1.7端連接驅動器，為電機提供電源，Q2.0-Q2.3端連接定位模塊，主要控制電機的運轉，Q2.4-Q2.5端連接氣缸控制閥，調節氣缸的伸縮。
3.2 控制模塊設計
本文中，控制系統主要由PLC主控單元、I/O模塊和EM253位優秀控制器構成，機械手的抓放動作由選用的氣缸驅動，其余動作由選用的伺服電機驅動，同時電機配有驅動器，由位控模塊接收脈沖輸入。結構上，系統配有極限行程開關，每個部件的極限運動由脈沖來限位。主控單元采用單獨封裝，設計為模塊式結構，安裝在相應的支架上，主要包括PLC模塊、觸摸終端、I/O模塊和兩個位控模塊，通過PLC專用電纜進行相互通信。位控模塊采用的是PLC特殊模塊EM253，因為可以運用其產生的脈沖串對電機速度何位置進行開環控制，產生的脈沖串存儲在S7-200相應的存儲區中，通過擴展的I/O總線與S7-200進行通信。
3.3 控制面板的設計
本文所設計的機械手根據實際應用所需設置以下控制按鈕。（1）工作模式選擇開關：當正常生產時將機械手調到自動模式，機械手會自動運行。當機械手出現故障或者出現報警時可以將機械手調到手動模式，機械手可通過點動調整。（2）電源開關：當機械手系統準備工作時，必須將電源撥至ON位置，給系統設施供電，其中觸摸終端由PLC進行供電。當機械手系統停止工作時，必須將電源撥至OFF位置，切斷一切設施供電，保證系統及人身安全。（3）急停按鈕：當機械手系統在運行過程中，出現突發情況例如搬運不夠穩定、下放物品不到位、超過了極限位置以及沒有抓取成功目標物等等發生時，迫使機械臂系統停止工作，此時僅需按下急停按鈕，則可立即使機械手停止工作，有效避免事故的發生和經濟損失。（4）機械手上升、下降、左旋、右旋、夾緊、松開按鈕：這些按鈕通常在調試或者排除系統故障時對機械手進行單步操作時使用，屬于手動操作。（5）復位按鈕：當需要將機械手系統自動恢復到初始位置的情況時，需要按此按鈕實現相應復位功能。（6）啟動按鈕：當機械手系統完成上電，工作模式等一系列前期準備工作之后，按下此按鈕系統就會自動完成預設搬運動作。（7）測試燈/報警按鈕：機械手系統安裝結束后，要對機械手的作業穩定性進行試驗。此時，試燈/報警清除按鈕對電路上所有的工作指示燈做檢測，保證正式運行時的安全。另外，當機械手系y出現報警時，我們對系統進行故障維修后，必須按此按鈕消除報警，使系統進行正常作業。
結語
本文對機械手驅動系統、控制系統方面進行認真細致地研究，能夠對生產線上有無工件進行精準判斷，降低了工作勞動強度，提高了企業生產效率，對自動化生產線的柔性制造方面和工作效率方面起到了不可估量的作用。
摘 要：隨著科學技術的不斷更新和進步，生產自動化已經作為一種趨勢，深入到工業生產的方方面面。在自動化沖壓生產線的設計中，氣動機械手已經被廣泛采用。本文首先介紹氣動機械手的概況，接著進行自動化沖壓生產線設計的介紹，最后將二者結合，具體探討氣動機械手在自動化沖壓生產線設計中的應用和前景。
關鍵詞：氣動機械手；自動化；沖壓生產線設計；應用
近年來，我國的沖壓生產線已經高度自動化，改變了過去單純依靠勞動力投入的低效率模式。隨著技術的進步，氣動機械手又廣泛應用于自動化沖壓生產線，進一步解放了人類勞動，工業生產的質量和效率顯著提高。基于氣動機械手在自動化沖壓生產線中的重要作用，企業開始將自身發展同氣動機械手的應用密切聯系。
一、氣動機械手概述
氣動機械手指的是利用現代氣動技術、氣動伺服控制技術和計算機技術為優秀的控制技術，完成生產線上物品的抓持、搬運和卸料工作，以此代替人力勞動，提高生產效率的現代生產技術。
氣動機械手是典型的機、電、器一體化的產物，同市面上存在的機械傳動機械手、液壓傳動機械手、電氣傳動機械手相比，具有技術要求低、動作速度快、使用成本低、維護費用少的特點，因此是最受生產企業歡迎的高性價比的生產工具。
二、自動化沖壓生產線的設計
自動化沖壓生產線是一個循環往復的單線系統，它的工作周期一般為：拆垛――物料運輸――取料、送料（壓機沖壓）（該步驟可能重復）――生產線末端輸送――人工碼垛。
（一）系統組成
自動化沖壓生產線是一個單線系統，它的組成往往根據廠家生產產品的不同而略有差異。一般來講，自動化沖壓生產線有拆垛系統、過程操作（涂油、壓板等工藝）系統、上下料系統和線末運輸系統組成，最后經過人工碼垛，完成整體生產線的生產過程。
（二）控制系統
1、控制層
自動化生產線的控制系統一般采用PLC控制方式，這種控制方式具有現場總線的控制，同時具有單獨控制及連線自動控制的功能。它將整個系統分為不同的控制部分，每個控制部分上都設置有一個PLC，每個部分PLC之間與上級PLC之間采用以太網方式進行數據交換，聯網時可以被系統監控和使用。
2、設備層
設備層管理的主要是生產線中的各種設備，處于整個控制系統的最低層，同時也是整個系統最關鍵的環節，因為它控制的是實際生產的環節，主要監控現場操作站、現場輸入設備以及現場執行機構等部分的工作。設備層受總線PLC控制，向總線PLC發送信號和數據，并將接收到的總線PLC命令直接傳達到生產線的指定環節和設備，使自動化沖壓生產線穩定地生產和運行。
（三）安全系y
安全是自動化生產線的最大特點， 自動化沖壓生產線一般配置高級的保護系統和完善的安全裝置，不僅能夠實時監控生產的進行，還能在危險發生時及時發出警報信號，有的甚至能夠自動判斷危險級別，進行停機保護。
整個安全系統同樣受總線PLC控制，保證了線路運行在統一的指揮和監控下安全運行。
三、氣動機械手在自動化沖壓生產線設計中的應用
氣動機械手的應用具有安全性高、抗高溫環境、抗危險（易燃、易爆、輻射等等）環境、效率高的特點，并且在成本投入上，又有成本低、動作快、平穩可靠、節能環保、維護和運營成本低等優勢，因此被廣泛應用于各種自動化沖壓生產線中，不管是汽車制造業、家電制造業還是食品加工業、軍事制造業，都能看見它的身影。
（一）氣動機械手要求對控制器進行有效選擇
氣動機械手的應用，需要在強有力的系統控制下進行。因此，在設計自動化沖壓生產線的過程中，如果考慮加入氣動機械手，就要做好控制器的選擇工作。要選擇具良好性能，同時遵循“簡單、穩定”特征，能夠對總線和各部分PLC進行準確把握的控制器。
（二）氣動機械手要求實現自動與手動相結合的送料系統
在自動化沖壓生產線的生產過程中，大部分工作都由自動化的氣動機械手來完成，但是要求必須實現自動系統與手動系統的結合。因為氣動機械手只能完成規定的將物料送入機械設備的動作，但是在一些需要主觀能動性決定的工作操作（質量檢驗、裝箱碼垛等等）中，氣動機械手卻無能為力，只能靠手動操作系統來完成。
（三）氣動機械手要求系統具有可靠的功能
氣動機械手在自動化沖壓生產線設計中的應用，要求系統能夠提供相應的安全和生產保障，從而來指揮氣動機械手進行正常的生產。
1、報警系統
作為一種機器，氣動機械手的工作過程是簡單機械的，只要系統不發出停止或者其他操作指令，它就會不停地運轉。在危險發生的時候，氣動機械手并沒有主動判斷危險的能力，這個時候，如果沒有可靠的報警系統給總線控制系統傳遞信號，氣動機械手就會不停地運轉，導致重大生產事故的發生。
2、停止功能
在自動化沖壓生產線設計的過程中，一定要格外重視對氣動機械手停止功能的設計。在危險發生時，通過設備或者遙控開關面板上的“停止”鍵，使設備立即停止運行，能夠及時阻止更危險情形的出現，降低事故的損失率。
3、狀態顯示功能
機器人不會說話，它的工作運行狀態，只能通過狀態顯示功能來體現。因此，在自動化沖壓生產線設計的過程中，一定要做好狀態顯示功能的設計，使其能夠對系統各個部分的運行狀態進行反應，及時解決生產中出現的各種問題。
四、氣動機械手在自動糊沖壓生產線中應用的前景
（一）重復高精度
與人工操作相比，氣動機械手采用氣動伺服技術和現代計算機技術，生產過程可以實現高精度重復。在氣動機械手生產的過程中，如果一個氣動機械手出現了定位不精確的誤差，就會及時啟動誤差調整功能，保證工作的高精度。隨著微電子技術和現代控制技術的發展，氣動機械手的精確度會越來越高，它的發展前景和工作領域會越來越寬廣。
（二）模塊化
現代的氣動機械手正在由組合驅動裝置向模塊化拼裝裝置轉化。這種轉化使氣動機械手的安裝使用更加靈活方便，擴大了氣動機械手的應用范圍，也是氣動機械手發展的重要方向之一。
（三）無給油化
在食品、醫藥、紡織等生產要求高的行業，無污染是他們共同的追求。現在，隨著技術的發展，已經實現了不加潤滑脂的不供油潤滑元件生產技術。這種無潤滑元件如果在氣動機械手裝置中得到廣泛應用，不僅能夠節省潤滑油、降低環境污染，而且能降低生產成本、延長機器使用壽命，給相關行業帶來更大的利潤空間。
（四）勞動力集約化
在傳統的生產線中，單純采用人工方式進行重復性、危險性、節拍高的生產工作，工人勞動強度大，很容易發生工傷。氣動機械手在自動化沖壓生產線中的使用，代替了大部分危險性的人工工作，節約了人力勞動成本，提高了人工及設備的安全性。這正體現了一種未來工業的發展趨勢。
結語：
氣動技術的發展經歷了一個漫長的發展過程，我國對氣動技術和氣動機械手的研究與應用都比較晚，但是近年來，隨著我國相關部門和企業重視程度的提高，對于氣動機械手的投入力度和研發力度在不斷加大，我國自主研制的許多氣動機械手已經在各種行業內廣泛應用，并且獲得了國際的一致好評，為國家的技術進步做出了卓越貢獻?？梢灶A見，在不久的將來，氣動機械手將越來越廣泛地進入工業、軍事、航空、醫療、生活等各個領域，更多地影響我國的工業生產過程和人民的現代化生活水平。
摘 要：DELTA并聯機械手具有其結構簡單、維修方便、運行速度快、精度高等優點，因此廣泛的應用在食品、醫藥、電子等輕工業生產線上作為裝配或分揀機構。本文以三菱Q系列PLC為優秀控制器，以QD75P2定位模塊和三菱伺服驅動單元為運動控制部件，制作了一臺DELTA機械手裝置，利用SVM等視頻智能分析技術，實現不同形狀和不同特點物體的識別和分揀，具有很高的實用價值。
關鍵詞：并聯機械手 三菱QPLC QD75 視覺分析
1 引 言
機器人可以代替人類進行很多繁重和危險的工作，是過去數千年一貫的夢想。人類進入二十一世紀以后，現代科技飛速發展，讓機器人逐漸由夢想變為現實?，F在機器人已經成為信息和自動化行業蓬勃發展的一個重要領域。機器人從結構上可以分為串聯機器人和并聯機器人兩類，串聯機器人具有工作空間大、操作靈活等優點，雖然在工業生產中得到了應用，但是它也存在承載能力低、動力學性能差和關節誤差累積等缺點。在實際應用中需要機器人具有高的承載能力、良好的動力學性能以及高精度等要求時，這就迫切需要有另外一種機械結構形式的機器人可供選擇。在這種情況下，并聯機器人就應運而生了。并聯機器人與傳統的串聯機器人相比，并聯機器人具有運行速度快、承載能力強、高柔性化、精度高以及慣性小等特點，因而在航天、航空、航海、機電工業、醫療器械、微型微動機械等方面得到了廣泛的應用。
并聯機械手由于其諸多的優點成為現在研究領域的熱點，由于其運行速度快、承載能力強、高柔性化、精度高以及慣性小等特點，已在航天、航空、航海、機電工業、醫療器械、微型微動機械等方面得到了廣泛的應用。PLC的控制使得并聯機械手的運動軌跡和控制更加的科學化、人性化?？勺詣影闯绦蛲瓿晒ぜ臋z測、抓取、放置、按照設定的軌跡進行工作，保證了伺服電機、主軸、從動軸等各執行構件的動作相互協調，系統運行可靠。
2硬件方案設計
本文設計的并聯機械手主要由三條主動臂、三條從動臂和上下兩個平臺組成，每條主動臂上由一個伺服電機驅動，一個鋁制主動臂和一組碳棒組成的從動臂連接，兩個平臺也分別是用鋁材料打造而成。三個伺服電機固定在主平臺上，電機與鋁制主動臂是通過鍵結構連接，該結構使電機與主動臂聯為一體，主動臂另一端同從動臂連接，從動臂與動平臺框架連接。當機構圓點回歸運動時，主動臂末端連接的三個伺服電機同時作用于動平臺，這樣就可以讓動平臺位于固定的一點，全部結構由三維建模軟件SOLIDWORKS設計并仿真，在完成仿真后進行分零件加工。并聯機械手運動機構的三維模型圖如下圖1所示。
當機構需要對物體進行抓取時，則需要伺服電機同時輸出不同的脈沖數，進而帶動整個機構到達指定位置。動平臺框架上可以根據生產中的實際需要來安裝不同形式的抓手。本文為了實現對不同形狀鎳鐵合金物體的抓取，采用了電磁鐵，用于拾取工作臺內的鎳鐵金屬物件（例如螺絲，螺帽，硬幣等），體現機械手整體的靈活性、精確度而選擇，為了不影響吸取周圍的金屬物件，吸盤的周圍增加了緩沖套，為了能吸到物件偏離而設計，也可以防止吸到其他的物件，選擇吸盤不止可以金屬分類，也可以對金屬和非金屬的雜物進行篩選。在動平臺不但可以裝電磁鐵，也可以和切割、畫圖、掃描等功能多元化結合，可以拓展的功能多種多樣。
為了進行視覺信息的采集，本機構中采用了攝像頭模塊，其分辨率為320*640像素，視角為75度廣角鏡^，主要功能是捕捉工作臺上的物件位置外觀，可以附件工作錄像、實施拍照等功能，增加攝像頭可以大大提升了設備的智能化水平，對于不同的器件的分揀，只需要擴展其識別類別即可。攝像頭的工作內容為識別工件的位置、形狀等信息，將相關信息傳輸到人機界面，人機界面將數據進一步傳輸到PLC，等待PLC計算并控制機械手動作并對其監視，確認無誤后進行下次識別工作。
PLC可編程控制器作為本裝置的控制優秀處理器，選擇的是三菱Q系列PLC，作為一款中型PLC產品，三菱Q系列PLC具有更高的處理速度和更多的智能模塊可以選擇。具體的各模塊型號如下：Q61P電源、Q30UDCPU、QD75D2N定位模塊、QX40輸入模塊、QY10輸出模塊、QJ71E71-100以太網模塊，伺服運動控制器選擇：三個MR J3-10A伺服驅動器、三個HF-KP13伺服電機。
本裝置狀態的監控采用三維力控監控軟件，作為一款主流的控制監控HMI，力控提供了性能優異的實時數據庫、多設備接口、專業的HMI等功能，為完成機械手控制系統的設計提供了良好的基礎。
3軟件方案設計
3.1 PLC控制模塊
在PLC程序中采用雙精度64位的浮點型傳送指令將實物中的主動臂長度，從動臂長度輸入到某個指定的位置中，如"EDMOVP E20 D2"。然后，運用PLC程序里的浮點型算法指令"ED*、ED/、ED-、ED+"編寫上述計算出夾角的方程，PLC程序中動平臺中心點P的坐標是通過外部信號傳輸給它的，每一次P點的坐標更新都會通過PLC編寫的算法重新進行計算，PLC算法最終是計算出主動臂和XY平面的浮點型弧度角，所以需要再通過PLC轉化，將算出來的浮點型弧度值轉化，如"DINTD D0 D4"。最后對計算出來的弧度進行放大處理轉化為三個伺服電機的脈沖數，讓三個電機運行到硬幣位置，電磁鐵得電硬幣被吸引實現抓取，抓取后運動到指定區域后電磁鐵失電實現硬幣放置，完成本次智能識別抓取任務，并進行下一次識別動作準備。
3.2 定位模塊參數設置
伺服放大器MR-J3-10A具有更高性能和更高功能，其控制模式有位置控制、速度控制和轉矩控制，廣泛用于機械工具和工業機械等需要高精度位置控制和平穩速度控制。伺服控制參數的設定是本設計的重點，通過Q系列PLC的參數設置使用編程軟件Works2對其自帶定位參數進行修改，伺服系統內部參數設定，是根據系統要求對可編程控制器的參數進行相關設置，從而使PLC通過脈沖來控制伺服放大器來對伺服電機控制，通過設置機械設備和相應電機的速度來對系統進行速度控置。
3.3 PLC控制模塊
視覺識別模塊主要完成對硬幣形狀、顏色、大小的識別。它是整個裝置中的優秀信息驅動模塊，主要由工業攝像機和相關軟件組成。工業攝像機可以清晰的拍攝到物料圓槽中的所有飾品，并形成圖像傳遞給信息處理計算機，為了完成飾品原料的精確抓取，需要完成樣本庫的創建、圖像的抓取、二值化、輪廓識別、子圖摳取、子圖旋轉、矢量化運算、樣本比對等環節，最終完成每個飾品的位置、方位、傾角、文字符號的定位和模式識別。得到這些信息后，機械手才能正常的完成工作。因此視覺識別模塊為系統優秀模塊和其他模塊的正常運轉提供必要條件。
4系統調試
使用三菱編程軟件GX Works2進行程序的編輯，打開GX Works2軟件，設置相關PLC參數，進入主程序編輯界面，輸入相關程序，編輯QD75P2模塊的相關參數。具體操作步驟如下：
（1）新建程序文檔，更改程序文件名；
（2）進入軟件，更改PLC類型、程序語言；
（3）輸入用戶程序，在程序編輯框內，逐條輸入程序指令；
（4）編輯程序，如果程序中有語法錯誤，則給出錯誤的數量。
4.2 模擬調試
通過計算機和PLC連接，使用編程軟件GX Works2上的模擬調試功能對系統進行虛擬調試，虛擬調試不需要連接設備減小了系統損耗，也使程序編寫更加方便，是系統調試必須要進行的環節，具體操作步驟如下：
（1）在斷電情況下，用編程電纜（PC/PPI電纜）將計算機和PLC主機相連；
（2）接通計算機與PLC的工作電源；
（3）在計算機上運行GX Works2軟件，并進行正確的通信參數設置；
（4）通過GX Works2軟件，將機械手的控制系統程序導入至PLC中，并將相關的定位數據同時寫入PLC中；
（5）建立計算機和PLC主機的在線聯系；
（6）用戶程序監視運行；
（7）用戶程序動態調試。
結合程序監視運行的動態顯示，分析程序運行的結果，以及影響程序運行的因素，然后在STOP狀態下對程序進行修改編輯，重新編譯、下載、監視運行，如此反復修改調試，直至得出正確運行結果為止。
4.3聯機調試
在斷電條件下硬件線路接好，按照電路圖要求，將PLC和外部設備通過航空插座相連，同時將PLC和編程計算機，伺服放大器與伺服電機相連。將系統所有設備接通電源后，PLC在計算機的監視下運行用戶程序。觀察系統運行動態是否符合設計要求。伺服電機執行回原點動作，定位啟動按鍵斷開，按下"原點回歸"按鍵，近位開關將回到起始位置。第一步定位完成。 當攝像頭成功的識別出物體后，PLC將位置數據傳送給各個伺服放大器，伺服放大器驅動X、Y、Z軸同時運動，到達定位點，接著，PLC控制電磁鐵得電，將物體吸引實現抓取；最后，當機械手抓到物體后，再將抓取物體先提升到指定高度，平移，最后下移，到達指定高度后，將物體放置下來，并做好對下一物體的抓取準備，完成了一個抓取周期。
5 結 論
并聯機械手由于其剛度大、承載能力弱、響應速度快、精度高以及慣性小等特點，在輕工業中得到了廣泛的應用，成為了機械代替人力的典型范例。隨著機械手應用的普及，機械手向著專用化、機械結構模塊化、可重構化的方向發展，機械手的運動更加的靈活準確多樣化，其控制方式也在向著多元化的方向發展，其應用將有著更大的發展空間。
摘要：液壓機械手主要是以液體為介質，并且利用液體的壓力由此來驅動執行機構的運動。其主要特點是：首先，能夠實現循環工作的自動化和自動過載保護；其次，控制調節簡單，方便省力；最后，這樣能夠更好地實現無間隙傳動，還可以讓操作更加平穩。
0 引言
機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、執行軌跡、實現自動抓舉或搬運的自動化機械裝置。產品機械手價格昂貴，一些小型機械企業望而止步。文中所研究的機械手采用液壓驅動方式，主要功能是實現上下料過程的自動化。其造價低廉、控制性好，可為小型機械行業所用?，F將設計過程簡單介紹。
1 機械手的技術參數
①自由度（四個自由度）
臂轉動 180°
臂上下運動 175mm
臂伸長（收縮） 400mm
手部轉動 ±90°
②手指握力 392N
③驅動方式 液壓驅動
2 主要設計內容
2.1 結構原理設計 根據設計要求繪制出其機械手結構原理圖，如圖1所示。
2.2 系統結構分析 本次液壓機械手的設計主要是由執行機構，驅動裝置，被抓取工件等部分組成，各系統之間的相互關系如圖2所示。
2.3 機械手機械系統結構設計 機械手的機械結構部分主要是由執行機構構成的，其中執行機構又包括末端操作器、手腕、手臂和機身。
2.3.1 末端操作器
機械手為了進行作業，在手腕上裝上了操作機構被定義為末端操作器。它的最為基本作用是：直接抓取工件、工具或物體等，末端操作器的功能與人手相似，工件的形狀和特征直接決定末端操作器的機構形式。本次設計手部的結構選擇為滑槽杠桿式夾鉗。
2.3.2 手腕
機器手的手腕是連接手部和手臂的橋梁，其主要用途是調節、改變工件的坐標，因此具有相對獨立的自由度，從而使機器人的手部能夠完成各種復雜的動作。一般，按照自由度分類，手腕可以設計為三個自由度。分別為：單自由度、二自由度和三自由度。本次設計中選用的是單自由度手腕。
2.3.3 手臂
手臂是機械手執行機構的尤為重要組成部件。手臂根據它的運動方式可以分成四種類型，它們分別是“直線運動、回轉運動、俯仰運動和復合運動。此次設計選用的是直線運動、回轉運動的復合運動。
2.3.4 機身
機械手的最基礎的部分是機身，它的主要作用是連接、支撐。所以機械手主要承受動力裝置、液壓裝置的重量。
通過Pro/E軟件完成機械手的三維造型如圖3所示。
2.4 液壓驅動系統總體設計 機械手液壓系統原理圖如圖4所示。
3 結束語
四自由度液壓機械手系統運轉平穩，能準確完成上下料工作，機械密封可靠，說明液壓回路的設計及液壓元器件的選擇滿足產品使用的需求。最為重要的是整套設備的制作費用在五千元左右，與產品工業機器手數萬元的價格相比，很大程度上滿足了小型機械企業向自動化、智能化發展的需求，可為同類產品的設計提供經驗。
摘要：本文利用SolidWorks對用于箱類和袋類物品取放的存碼垛工業機器人本體進行結構設計。存碼垛工業機器人本體主要有基座、腰部、大臂、小臂、末端執行器、等部件組成。本設計對工業機器人的研究有一定的參考價值。
關鍵詞：應用型本科；創新能力；機械制造基礎；教學改革
1 Solidworks軟件簡介
SolidWorks是法國達索公司最先在Windows系統上開發的一款三維設計軟件。其CAD功能方面涵蓋了所有的設計類型，實體建模、曲面設計、二維工程圖、裝配、運動仿真、結構分析等功能一應俱全。創新的自頂向下設計過程使得設計工作一目了然，實時的更新功能使得工程師可以隨時對產品特征參數進行動態修改。除此之外，SolidWorks還為不同的設計人群提供不同的功能模塊，包括鈑金、管道布線、電氣設計等，使得設計過程簡潔而豐富。
2 碼垛機器人的發展
國外，最早將工業機器人技術用于物體的碼放和搬運是日本和瑞典。1968年，日本第一次將機器人技術用于碼垛作業。1974年，瑞典ABB公司研發了全球第一臺全電控式工業機器人IRB6，主要應用于物品的取放和物料的搬運。隨著計算機技術、工業機器人技術以及人工智能控制等技術的發展和日趨成熟，日本、意大利、德國、美國、瑞典、韓國等國家在碼垛機器人的研究上做了大量工作，相應推出了自己的碼垛機器人，如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列，德國的KUKA系列，瑞典的ABB系列等。工業機器人技術的飛速發展，使得碼垛機器人在各個行業都得到了廣泛的應用。
3 碼垛機器人的工作對象
本文設計的碼垛機器人的工作對象及其參數如下：
（1）碼垛物品：箱類物品（如一箱紙巾）和袋類物品（如一袋洗衣粉）等。
（2）物品尺寸：長為200至500mm，寬為200至400mm，高為100至300mm。
（3）物品質量：每件物品為5至15kg。
（4）物品運動范圍：以機器人為中心的，半徑為3m，角度為90至180度。
4 碼垛機器人結構設計
本文設計的碼垛機器人為關節型機器人，這類機器人占地面積小、機構緊湊，工作空間大，還能穿過障礙物進行抓取，是機器人中使用最多的一種結構型式。碼垛機器人的本體（即機械手）包括基座、腰部、大臂、小臂、末端執行器（俗稱爪子），它的運動主要由碼垛機械手手臂的俯仰運動和腰部的旋轉運動組成。
4.1 手爪的結構設計
機械手臂末端抓取器大致可分為：夾鉗式、專用操作式、吸附式、仿生多指式四類。由于工作對象為箱式或袋式物品，只需要設計能從不同角度抓取物品的夾鉗式即可。其結構如圖1所示，可以抓取不同大小多個種類的箱式或袋式貨物。
4.2 臂部的結構設計
手臂部件（簡稱臂部）是機器人的重要執行部件，它的作用是支承腕部（關節）和手部（包括工件和工具），并帶動它們在空間運動，臂部還安裝一些傳動驅動機構，從臂部的受力情況來看，它在工作中直接承受腕，手和工件的靜動載荷，自身運動 又較多，所以受力情況復雜。
臂部主要是進行俯仰運動，這里采用鉸接活塞缸實現臂部的俯仰運動。該機構的特點是，工作范圍大、靈活性好。
4.2.1 大臂的結構設計
大臂是臂部的組成部分，它兩端分別與小臂和立柱相連，它都是通過鉸鏈連接。大臂的運動是通過與立柱相連的鉸鏈活塞缸來進行運動傳遞的，它的運動軌跡就是一個圓弧形，通過活塞缸來進行俯仰運動，運動單一，結構簡單。它較之小臂粗大，因為它是碼垛機器人主要的受力部分之一。其三維結構如圖2所示。
4.2.2 小臂的結構設計
小臂兩端是與大臂和末端執行器連接，這里采用鉸鏈連接，大臂與小臂之間的運動傳遞，采用鉸接活塞缸來實現，其結構簡單，運動性能好。小臂比之大臂在設計時材料消耗要比大臂少，體積也小，重量輕。其三維結構如圖3.5所示。
4.3 立柱（腰部）的結構設計
立柱主要是支撐大臂小臂的重量，連接大臂和底座，并且固定了活塞缸的運動范圍。結合要求與設計過程，腰部的結構材料為合金結構鋼，無經淬火與回火處理。其三維結構如圖4所示。
4.4 活塞缸的設計
本次設計，我采用最多的動力傳動方式就是活塞缸，因為它工作形式單一，只能進行伸縮運動，且結構簡單，由缸體和活塞缸組成，并且它在機器人的設計中運用很廣泛。其三維結構如圖5所示。
4.5 底座的結構設計
底座是承受碼垛機器人整體重量的主要部件，且由于碼垛機器人的手臂長，導致機器人整體重心并不在底座中線上，所以底座較為寬大。其三維結構如圖6所示?；诘鬃诒敬卧O計中的作用，選取底座的材料為鑄鐵，且設計底座尺寸為：長×寬×高= 280 mm×120 mm× 20 mm。
5 結論
碼垛機械手的總體結構如圖7所示，其運動是由腰部的旋轉、手臂的俯仰、末端執行器的夾緊和放松組成。碼垛機器人工作的全部流程：第一步，大臂處的活塞桿運動，帶動小臂進行下伏運動，從而末端執行器接近物品，并通過夾緊缸將物品抓?。坏诙?，大臂進行上仰運動，帶動物品上升；第三步，腰部回轉缸進行回轉運動，將物品移到堆放指定區域上空；第四步，大臂又下伏，將物品放在堆放臺上，并且夾緊缸放松物品，最后大臂上仰，腰部旋轉回到原位。
摘要：隨著21世紀生物技術高速發展， 隨著人們對生物體認識的深入， 仿生智能機械應用也將有更光明的前景。仿生智能機械手可以在醫生的監控或操作下，按照即定的方案，高精度地、高可靠地實施手術，并在規定的時限內完成。仿生智能機械手的應用可以為醫院病人帶來福音。
關鍵詞：仿生機器人；智能；機械手；醫療；
1.引言
假肢是醫療領域最早使用仿生智能機械手， 隨著技術的發展，出現了可以模仿人手做絕大部分的操作的仿生機器手，使用方便、靈活。在外科手術里，醫生需要長時間地或在有限的時間內完成一系列復雜精確的操作。仿生智能機械手是一種仿人機械，可以在醫生的監控或操作下， 按照即定的方案， 高精度地、高可靠地實施手術，并在規定的時限內完成。仿生智能機械手的應用可以為病人帶來福音?，F代社會、科技的高速發展推動著機械產業的發展， 對其自身結構、能量消耗或者運動的可靠性提出了更為嚴苛的要求。在環境優勝劣汰法則的作用下，自然界存在擁有神奇的特性與功能各種各樣的生物。仿生智能機械手就是模仿人手的形態、結構和控制原理而誕生。人手共有27個自由度，可以精確定位并做出復雜精細的動作。仿生智能機械手可以通過模仿人類手部的動作，并依照智能控制系統給定的程序而實現智能化的手部抓取、搬運等復雜動作的自動機械裝置。
在中國，醫療類自動控制機械設備的研究和應用起步較晚，然而近年來隨著國內外自動控制和智能控制技術的快速發展，以及醫院等醫療機構的迫切需求，智能機械手的應用得到了迅速的發展。智能控制技術可以建立柔性程序控制系統，從而實現醫療機械手的高精度控制。
2.結構簡介
2.1.基本結構
本文設計的醫療機械手由執行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。
手部用來抓取刀具，由手指傳力機構和驅動裝置等組成。仿生機械手的手部結構一般以雙指或者多指結構為基礎；如果根據實現的不同任務動作要求，又被分成以下兩種結構形式：外抓和內抓；如果根據仿生機械手的手部的運動形式又可以分為回轉式和平移式，其中回轉型又分為以下幾種形式：單支點式，雙支點式。在以上結構中，我們較多選用回轉式的手部，這種結構能夠方便的用來抓取藥瓶等圓柱形醫療工具，平移型用于抓持方形醫療工具。
對于醫療機械手而言，其手部需滿足的條件：首先，機械手的結構能夠產生強且穩定的夾持力，用來精確安全的夾持醫療器具。由于醫療器具的搬運過程中，往往會存在一定的動載荷，因此在設計校核的過程中，一定要充分考慮動載荷的波動。同時，不同重量、尺寸的醫療器具在被夾持和傳送過程中所要求的基本方向、動作、精度等不相同，因此結構設計必須充分考慮各種器具的使用條件。第三，必須充分考慮醫療器具的高精度定位要求。第四，醫療機械手的尺寸結構必須滿足緊湊、精巧的要求，以利于腕部和臂部的結構設計。
智能仿生醫療器械手的動作機構的作用對象是醫療器具或者患者身體工，因此需要完成的不同動作都必須滿足安全行要求，防止意外的發生；同時，智能仿生醫療器械手的結構、質量、尺寸等對于機械手的整體的運動學、動力學性能以及使用條件和使用范圍等也有著直接、顯著的影響。智能仿生醫療器械手整體動力學和運動學性能的高低，決定了機械手最終能否正常按照控制機構的指令進行工作。因此，智能仿生醫療器械手的結構設計是整體設計的最重要環節。
智能仿生醫療器械手的手腕在于手和手臂之間，用于調整手的方向。要使智能仿生醫療器械手能以不同的旋轉角度和方位進行動作，因此，智能仿生醫療器械手的手腕要能滿足六個自由度的動作要求，即：分別獨立的繞X、Y、Z 軸向實現轉動和平動，這樣，智能仿生醫療器械手的手腕才能實現大范圍角度的伸、縮、轉動、平動、擺動等。
智能仿生醫療器械手的臂部是運動的主要執行部件，需要承載手部抓起器具的整體重力載荷，臂部的運動形式決定了它的基本結構。臂部運動的基本作用是把機械的手部所夾持的器具送到控制機構要求的空間點。如果改變手部的姿態（方位），則用腕部的自由度加以實現。
2.2. 驅動機構與控制系統
驅動機構是智能仿生醫療器械手的動力來源。智能仿生醫療器械手的動力源與常規的動力源相同，主要包括液壓驅動、氣動、電力驅動和機械驅動等幾種主要形式，近年來還發展了其它幾種形式。電動機構驅動由于結構簡單、尺寸緊湊、重量小、控制方便，備受設計人員的青睞。
智能仿生醫療器械手控制方式一般為基于模糊控制理論的點動控制和連續控制。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。智能仿生醫療器械手緩沖干擾源也越來越多樣化，需要在不同的工作環境下，對干擾源進行正確的分析，并找出其抑制措施，是非常有必要的。
2.3. 結構布置要求及平穩性與定位精度
智能仿生醫療器械手在工作中運動定位要求較高，在結構布置上應保證運動精確平穩，這樣可提高使用的可靠性，并可延長使用壽命，在結構上要注意以下幾點：
2.3.1.臂部要防止偏重。一般情況下臂部為懸臂，所以在設計臂部、手部結構時，要盡量使其總的重心在支撐中心，防止偏重。假如有偏重，它將會產生附加的彎矩，引起立柱和導向的變形。防止偏重過大可采取的措施如下：一是減輕手部重量，以盡量減少偏心載荷；二是臂部上各部件應合理分布或增加平衡重，使臂部平衡；三是在結構上無法避免偏重時，則應加強導向支撐。
2.3.2.加強臂部剛度。臂部的剛度，決定于臂部的結構和導向形式。選取臂部結構時，各個方向的剛度都有要求。提高臂部剛度，是減少手部顫動的關鍵，也有利于提高定位精度。
2.3.3.改進緩沖裝置和提高配合精度。機械手緩沖干擾源越來越多樣化，需要在不同的工作環境下，對干擾源進行正確的分析，并找出其抑制措施，是非常有必要的。
3. 總結
盡管目前仿生智能學在工程機械行業中的研究還有很長的路要走，但伴隨著21世紀生物技術高速發展， 隨著人們對生物體認識的深入， 仿生智能機械設計也將有更光明的前景。仿生智能機械手仿人機械可以在醫生的監控或操作下， 按照即定的方案，高精度地、高可靠地實施手術， 并在規定的時限內完成。仿生智能機械手的應用可以為病人帶來福音。
作者簡介：姓名：張金輝（1979.10-）性別：男，籍貫：云南，最高學歷：本科，目前職稱：助理工程師，主要研究方向：機電
