氣動在機械手中的應用

李海雁

摘要：文章中所介紹的氣動機械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用氣缸與電磁換向閥模擬了實際生產中的物料轉運系統，在分析控制要求的基礎上，設計了氣動控制系統及PLC控制系統。該機械手的氣動回路簡單，再加上用PLC控制，結構體積小，成本相對較低，經濟適用，操作簡單，易學易用。

關鍵詞：氣動機械手；FX1S可編程控制器；PLC控制

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0033-02

近幾十年來，氣動技術的應用領域越來越廣泛，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用?？删幊炭刂萍夹g與氣動技術相互結合，使整個系統自動化程度更高，控制更加靈活，性能更可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發展，對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入，促進了電氣比例伺服技術的發展，現代控制理論的發展，使氣動技術從開關控制進入閉環比例伺服控制的時代，控制精度不斷提高；隨著微電子技術、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現代控制技術的發展與應用，氣動技術已成為實現現代傳動與控制的關鍵技術之一。

1 氣動技術的優點

氣壓傳動系統的使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能和不污染環境、容易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優點。所以，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業、家電、化工，食品和藥品的包裝等自動化生產

線中。

2 氣動及氣動機械手的應用

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞的工程技術，是實現各種生產控制與自動控制的重要手段之一。機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術的廣泛應用，機器人的研制和生產已經成為高科技領域內迅速發展起來的一門新型技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與自動化的有機結合，機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力，機械手越來越廣泛地得到了應用，在機械行業中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更

普遍。

3 搬運氣動機械手的工作過程

搬運機械手搬運工作全過程是由懸臂氣缸、升降氣缸、氣爪氣缸和旋轉氣缸四個氣缸之間的動作組合完成。根據機械手的工作任務，該機械手的工作流程為：初始位置—啟動—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—氣爪夾緊—升降氣缸上升—懸臂氣缸縮回—旋轉氣缸右轉—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—氣爪放松—懸臂氣缸縮回—旋轉氣缸左轉—初始位置。機械手的上升、下降、左移、右移、夾緊、放松等動作，均由相應的非接觸式位置檢測開關來控制。機械手所有的動作均有氣缸來驅動，它的伸出與縮回、上升與下降、左轉與右轉等動作均由二位五通雙電控換向閥來控制，氣爪的夾緊與放松動作是由二位五通單電控換向閥來控制，即當電磁閥線圈YA1得電時，氣爪夾緊，YA1失電，電磁閥復位，氣爪放松；電磁閥線圈YA4得電時，懸臂氣缸伸出，YA5得電時，懸臂氣缸縮回；電磁閥線圈YA2得電，機械手上升，YA3得電，機械手下降；電磁閥線圈YA6得電，機械手左轉，YA7得電，機械手右轉回到初始

位置。

4 機械手氣動控制系統

機械手氣動控制系統主要是驅動執行元件運動的傳動裝置，主要實現機械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左轉右轉和氣爪的夾緊動作。原理圖如下：

圖1 機械手氣動控制系統原理圖

4.1 水平伸縮即懸臂氣缸運動部分

在初始位置，二位五通雙電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA4得電接通，二位五通雙電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA4失電，機械手右移停止，當電磁閥線圈YA5得電時，使得二位五通雙電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞

收縮到傳感器G4位置時，活塞桿回到初始位置。

4.2 垂直升降運動部分

在初始位置，二位五通雙電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA3得電接通，二位五通雙電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G3位置，YA3失電，機械手下降停止，當電磁閥線圈YA2得電時，使得二位五通雙電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞收縮到傳感器G2位置時，活塞桿上升回到初始位置。

4.3 氣爪夾緊、放松運動部分

在初始位置，二位五通單電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA1得電接通，二位五通單電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA1失電，機械手夾緊到位，當電磁閥線圈YA1失電時，使得二位五通單電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞收縮，機械手放松，活塞桿回到初始位置。

5 PLC控制系統

該搬運機械手的工作狀態和操作需要9個輸入端子，具體分配為：啟動按鈕、停止按鈕需要占用2個端子，氣爪夾緊限位需占1個端子，升降限位占2個端子，左右移動限位占2個端子，左右旋轉限位占2個端子。機械手的輸出信號需要7個端子，具體分配為：機械手的夾緊、升降、左右移動、左右旋轉7個電磁閥線圈，需要7個端子，具體分布見表1：

表1

根據控制要求和端子數量，此處選用FX1S-30MR-001繼電器型PLC。該PLC共有16個輸入、14個輸出，滿足控制所需的端子數目，控制程序設計。

圖2

6 結語

氣動機械手是機電一體化及自動化生產系統中常用的裝置，用來搬運物件或代替人工完成某項工作，提高生產效率，該機械手所采用控制系統是由“可編程序控制器—傳感器—氣動元件”組成的典型的控制系統，它目前仍然是自動化技術的重要方面。該機械手的氣動回路簡單，再加上用PLC控制，結構體積小，成本相對較低，經濟適用，操作簡單，易學易用。

參考文獻

[1] 楊青峰，付騫.可編程控制器原理與應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2010.

[2] 三菱電機自動化（上海）有限公司.三菱微型可編程控制器（FX1S）使用手冊[M].

[3] 孫濤.液壓與氣動技術[M].長沙：中南大學出版社，2010.endprint

摘要：文章中所介紹的氣動機械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用氣缸與電磁換向閥模擬了實際生產中的物料轉運系統，在分析控制要求的基礎上，設計了氣動控制系統及PLC控制系統。該機械手的氣動回路簡單，再加上用PLC控制，結構體積小，成本相對較低，經濟適用，操作簡單，易學易用。

關鍵詞：氣動機械手；FX1S可編程控制器；PLC控制

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0033-02

近幾十年來，氣動技術的應用領域越來越廣泛，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用?？删幊炭刂萍夹g與氣動技術相互結合，使整個系統自動化程度更高，控制更加靈活，性能更可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發展，對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入，促進了電氣比例伺服技術的發展，現代控制理論的發展，使氣動技術從開關控制進入閉環比例伺服控制的時代，控制精度不斷提高；隨著微電子技術、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現代控制技術的發展與應用，氣動技術已成為實現現代傳動與控制的關鍵技術之一。

1 氣動技術的優點

氣壓傳動系統的使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能和不污染環境、容易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優點。所以，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業、家電、化工，食品和藥品的包裝等自動化生產

線中。

2 氣動及氣動機械手的應用

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞的工程技術，是實現各種生產控制與自動控制的重要手段之一。機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術的廣泛應用，機器人的研制和生產已經成為高科技領域內迅速發展起來的一門新型技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與自動化的有機結合，機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力，機械手越來越廣泛地得到了應用，在機械行業中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更

普遍。

3 搬運氣動機械手的工作過程

搬運機械手搬運工作全過程是由懸臂氣缸、升降氣缸、氣爪氣缸和旋轉氣缸四個氣缸之間的動作組合完成。根據機械手的工作任務，該機械手的工作流程為：初始位置—啟動—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—氣爪夾緊—升降氣缸上升—懸臂氣缸縮回—旋轉氣缸右轉—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—氣爪放松—懸臂氣缸縮回—旋轉氣缸左轉—初始位置。機械手的上升、下降、左移、右移、夾緊、放松等動作，均由相應的非接觸式位置檢測開關來控制。機械手所有的動作均有氣缸來驅動，它的伸出與縮回、上升與下降、左轉與右轉等動作均由二位五通雙電控換向閥來控制，氣爪的夾緊與放松動作是由二位五通單電控換向閥來控制，即當電磁閥線圈YA1得電時，氣爪夾緊，YA1失電，電磁閥復位，氣爪放松；電磁閥線圈YA4得電時，懸臂氣缸伸出，YA5得電時，懸臂氣缸縮回；電磁閥線圈YA2得電，機械手上升，YA3得電，機械手下降；電磁閥線圈YA6得電，機械手左轉，YA7得電，機械手右轉回到初始

位置。

4 機械手氣動控制系統

機械手氣動控制系統主要是驅動執行元件運動的傳動裝置，主要實現機械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左轉右轉和氣爪的夾緊動作。原理圖如下：

圖1 機械手氣動控制系統原理圖

4.1 水平伸縮即懸臂氣缸運動部分

在初始位置，二位五通雙電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA4得電接通，二位五通雙電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA4失電，機械手右移停止，當電磁閥線圈YA5得電時，使得二位五通雙電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞

收縮到傳感器G4位置時，活塞桿回到初始位置。

4.2 垂直升降運動部分

在初始位置，二位五通雙電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA3得電接通，二位五通雙電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G3位置，YA3失電，機械手下降停止，當電磁閥線圈YA2得電時，使得二位五通雙電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞收縮到傳感器G2位置時，活塞桿上升回到初始位置。

4.3 氣爪夾緊、放松運動部分

在初始位置，二位五通單電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA1得電接通，二位五通單電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA1失電，機械手夾緊到位，當電磁閥線圈YA1失電時，使得二位五通單電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞收縮，機械手放松，活塞桿回到初始位置。

5 PLC控制系統

該搬運機械手的工作狀態和操作需要9個輸入端子，具體分配為：啟動按鈕、停止按鈕需要占用2個端子，氣爪夾緊限位需占1個端子，升降限位占2個端子，左右移動限位占2個端子，左右旋轉限位占2個端子。機械手的輸出信號需要7個端子，具體分配為：機械手的夾緊、升降、左右移動、左右旋轉7個電磁閥線圈，需要7個端子，具體分布見表1：

表1

根據控制要求和端子數量，此處選用FX1S-30MR-001繼電器型PLC。該PLC共有16個輸入、14個輸出，滿足控制所需的端子數目，控制程序設計。

圖2

6 結語

氣動機械手是機電一體化及自動化生產系統中常用的裝置，用來搬運物件或代替人工完成某項工作，提高生產效率，該機械手所采用控制系統是由“可編程序控制器—傳感器—氣動元件”組成的典型的控制系統，它目前仍然是自動化技術的重要方面。該機械手的氣動回路簡單，再加上用PLC控制，結構體積小，成本相對較低，經濟適用，操作簡單，易學易用。

參考文獻

[1] 楊青峰，付騫.可編程控制器原理與應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2010.

[2] 三菱電機自動化（上海）有限公司.三菱微型可編程控制器（FX1S）使用手冊[M].

[3] 孫濤.液壓與氣動技術[M].長沙：中南大學出版社，2010.endprint

摘要：文章中所介紹的氣動機械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用氣缸與電磁換向閥模擬了實際生產中的物料轉運系統，在分析控制要求的基礎上，設計了氣動控制系統及PLC控制系統。該機械手的氣動回路簡單，再加上用PLC控制，結構體積小，成本相對較低，經濟適用，操作簡單，易學易用。

關鍵詞：氣動機械手；FX1S可編程控制器；PLC控制

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0033-02

近幾十年來，氣動技術的應用領域越來越廣泛，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用?？删幊炭刂萍夹g與氣動技術相互結合，使整個系統自動化程度更高，控制更加靈活，性能更可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發展，對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入，促進了電氣比例伺服技術的發展，現代控制理論的發展，使氣動技術從開關控制進入閉環比例伺服控制的時代，控制精度不斷提高；隨著微電子技術、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現代控制技術的發展與應用，氣動技術已成為實現現代傳動與控制的關鍵技術之一。

1 氣動技術的優點

氣壓傳動系統的使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能和不污染環境、容易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優點。所以，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業、家電、化工，食品和藥品的包裝等自動化生產

線中。

2 氣動及氣動機械手的應用

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞的工程技術，是實現各種生產控制與自動控制的重要手段之一。機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術的廣泛應用，機器人的研制和生產已經成為高科技領域內迅速發展起來的一門新型技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與自動化的有機結合，機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力，機械手越來越廣泛地得到了應用，在機械行業中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更

普遍。

3 搬運氣動機械手的工作過程

搬運機械手搬運工作全過程是由懸臂氣缸、升降氣缸、氣爪氣缸和旋轉氣缸四個氣缸之間的動作組合完成。根據機械手的工作任務，該機械手的工作流程為：初始位置—啟動—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—氣爪夾緊—升降氣缸上升—懸臂氣缸縮回—旋轉氣缸右轉—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—氣爪放松—懸臂氣缸縮回—旋轉氣缸左轉—初始位置。機械手的上升、下降、左移、右移、夾緊、放松等動作，均由相應的非接觸式位置檢測開關來控制。機械手所有的動作均有氣缸來驅動，它的伸出與縮回、上升與下降、左轉與右轉等動作均由二位五通雙電控換向閥來控制，氣爪的夾緊與放松動作是由二位五通單電控換向閥來控制，即當電磁閥線圈YA1得電時，氣爪夾緊，YA1失電，電磁閥復位，氣爪放松；電磁閥線圈YA4得電時，懸臂氣缸伸出，YA5得電時，懸臂氣缸縮回；電磁閥線圈YA2得電，機械手上升，YA3得電，機械手下降；電磁閥線圈YA6得電，機械手左轉，YA7得電，機械手右轉回到初始

位置。

4 機械手氣動控制系統

機械手氣動控制系統主要是驅動執行元件運動的傳動裝置，主要實現機械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左轉右轉和氣爪的夾緊動作。原理圖如下：

圖1 機械手氣動控制系統原理圖

4.1 水平伸縮即懸臂氣缸運動部分

在初始位置，二位五通雙電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA4得電接通，二位五通雙電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA4失電，機械手右移停止，當電磁閥線圈YA5得電時，使得二位五通雙電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞

收縮到傳感器G4位置時，活塞桿回到初始位置。

4.2 垂直升降運動部分

在初始位置，二位五通雙電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA3得電接通，二位五通雙電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G3位置，YA3失電，機械手下降停止，當電磁閥線圈YA2得電時，使得二位五通雙電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞收縮到傳感器G2位置時，活塞桿上升回到初始位置。

4.3 氣爪夾緊、放松運動部分

在初始位置，二位五通單電控換向閥右位接入系統，壓縮空氣經閥的進氣口1到達2出口，進入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當按下“啟動”按鈕時，電磁閥線圈YA1得電接通，二位五通單電控換向閥左位接入系統，壓縮空氣進入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA1失電，機械手夾緊到位，當電磁閥線圈YA1失電時，使得二位五通單電控換向閥右位接入系統，當氣缸活塞收縮，機械手放松，活塞桿回到初始位置。

5 PLC控制系統

該搬運機械手的工作狀態和操作需要9個輸入端子，具體分配為：啟動按鈕、停止按鈕需要占用2個端子，氣爪夾緊限位需占1個端子，升降限位占2個端子，左右移動限位占2個端子，左右旋轉限位占2個端子。機械手的輸出信號需要7個端子，具體分配為：機械手的夾緊、升降、左右移動、左右旋轉7個電磁閥線圈，需要7個端子，具體分布見表1：

表1

根據控制要求和端子數量，此處選用FX1S-30MR-001繼電器型PLC。該PLC共有16個輸入、14個輸出，滿足控制所需的端子數目，控制程序設計。

圖2

6 結語

氣動機械手是機電一體化及自動化生產系統中常用的裝置，用來搬運物件或代替人工完成某項工作，提高生產效率，該機械手所采用控制系統是由“可編程序控制器—傳感器—氣動元件”組成的典型的控制系統，它目前仍然是自動化技術的重要方面。該機械手的氣動回路簡單，再加上用PLC控制，結構體積小，成本相對較低，經濟適用，操作簡單，易學易用。

參考文獻

[1] 楊青峰，付騫.可編程控制器原理與應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2010.

[2] 三菱電機自動化（上海）有限公司.三菱微型可編程控制器（FX1S）使用手冊[M].

[3] 孫濤.液壓與氣動技術[M].長沙：中南大學出版社，2010.endprint