基于PLC控制的機械手臂設(shè)計

姚海妮 殷鳳蘭

【摘要】伴隨電子技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，造業(yè)出現(xiàn)了驚人的變化，特別是工業(yè)機器人的發(fā)展，更加快了我國現(xiàn)代制造業(yè)的腳步，機械手是一種能實現(xiàn)自動控制、可編程控制、自由度高的自動化生產(chǎn)設(shè)備，可用于材料搬運、零件調(diào)度，能完成各種作業(yè)，基于PLC編程控制的機械手具有和人手臂相似的動作功能，可根據(jù)需要編制程序，使其能靈活的抓放物體，完成指定的動作，是當下應用非常實用的生產(chǎn)裝備。本文設(shè)計的機械手是多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，靈活性好、實用性強，安全度高，可以提高工作效率，并能實現(xiàn)自動化、無人化。

【關(guān)鍵詞】PLC 多自由度 工業(yè)控制

引言：機械手是一種生產(chǎn)裝備，可提供作業(yè)所需的運動和動力，自動實現(xiàn)手部作業(yè)，基于PLC控制的機械手臂設(shè)計為多關(guān)節(jié)，體現(xiàn)在手的抓取、手腕的旋轉(zhuǎn)、手的伸縮，通過控制裝置、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)，最后通過檢測系統(tǒng)形成閉環(huán)系統(tǒng)，它動作靈活，將機械、液壓傳動與電氣相結(jié)合實現(xiàn)平面四桿機構(gòu)的抓取，特別適用于工業(yè)和食品行業(yè)，可以提高工作效率。

1、機械手總體結(jié)構(gòu)

工業(yè)機械手臂是由PLC進行總體控制，經(jīng)傳動中樞，通過液壓傳動驅(qū)動，經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)到查詢系統(tǒng)，最后進行檢測，形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，本設(shè)計的機械手屬于圓柱坐標型，按照圓柱坐標形式動作，靈活性好，作業(yè)空間范圍較大，剛度、精度較高，整體設(shè)計結(jié)構(gòu)簡易，滿足功能要求。

2、機械手的夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計

機械手的夾持器為雙指手爪式，本設(shè)計采用回轉(zhuǎn)式連桿夾持器，結(jié)構(gòu)簡單，當驅(qū)動器推動桿上下移動時，由桿、連桿、擺動鉗爪和夾持器構(gòu)成四桿機構(gòu)，迫使鉗爪完成夾緊和松開動作，夾緊力

在結(jié)構(gòu)尺寸b、c和驅(qū)動力F_P一定時，夾緊力F_N和α角成反比，當α角較小時，夾緊力較大，當α=0時，爪鉗閉合到最小極限位置。

3、驅(qū)動裝置的設(shè)計及計算

將各驅(qū)動方式對比，本設(shè)計采用液壓式的驅(qū)動方式，它速度較快，結(jié)構(gòu)簡便，抓重大，重復定位精度較高，臂力可達900N以上，機械手臂的結(jié)構(gòu)類型由對應的機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的類型來決定，本設(shè)計采用液壓驅(qū)動的優(yōu)點是動力大，易于實現(xiàn)直接驅(qū)動，可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)控制，擴大了機械手臂的用途范圍，使得機械手臂在機械制造的各個行業(yè)得到推廣使用。

本文設(shè)計的機械手臂能夠進行伸縮、回轉(zhuǎn)，靈活的抓取動作，通過液壓缸驅(qū)動手臂伸縮，活塞桿固定不動，采用燕尾型導軌導向，剛度大，工作平穩(wěn)，手臂回轉(zhuǎn)運動采用擺動液壓馬達驅(qū)動，其固定在手臂支架上，液壓馬達動片轉(zhuǎn)動時，利用擋塊和行程開關(guān)定位。整個驅(qū)動裝置主要由機械手爪，爪殼，活塞桿，活塞殼等組成。

計算夾緊缸驅(qū)動力

爪殼和缸殼連成一體，當壓力油從液壓缸油管右側(cè)進油時，活塞桿向左移動，推動手爪閉合;當壓力油從液壓缸左邊進油時，拉

4、機械手的可編程控制

本設(shè)計采用三菱FX2N系列PLC進行控制，它是三菱FX2N系列PLC中功能最強、速度最快的小型可編程控制器。基于三菱FX2N系列PLC控制的機械手程序簡單，活動靈活，便于實現(xiàn)控制。

工業(yè)機械手的電氣控制系統(tǒng)相當于CPU，它不但協(xié)調(diào)控制機械手的各部分動作，還要統(tǒng)籌機械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的動作。機械手的動作位移順序、到達指定的位置，包括上下、左右的移動、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動、手腕的擺動和回轉(zhuǎn)、手指的張、開動作，以及各個動作的時間、速度等，都是在PLC的指揮下，按照預先設(shè)計好的程序來實現(xiàn)的。整個過程包括：電氣控制路線圖，根據(jù)控制要求完成I/O地址的分配，完成PLC硬件接線圖的設(shè)計，繪制梯形圖，輸入調(diào)試控制程序。

5、小結(jié)。機械手屬于工業(yè)機器人的一種，它通過各個關(guān)節(jié)的運動來實現(xiàn)其末端執(zhí)行器的位姿變化，其位姿體現(xiàn)了末端執(zhí)行器在指定坐標系中的位置姿態(tài)，本設(shè)計的機械手臂由三菱PLC整體控制，編程簡便，可根據(jù)需要編程控制、調(diào)整機械手臂的動作，由液壓驅(qū)動它的各個關(guān)節(jié)的運動來實現(xiàn)手部作業(yè)，末端執(zhí)行器可滿足作業(yè)動作要求，基于PLC控制的機械手臂操作靈敏，調(diào)試方便，并且在工程應用之前可進行仿真調(diào)試，可以提高工作效率。

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