气动机械手操作控制装置
— 欢迎下载 气动机械手操作控制装置 —
欢迎下载 一、 题目及要求： 一、气动机械手的控制要求 气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。控制要求为： 1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动； 2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV2、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4； 3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件； 4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1.7S实现； 5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；
二、机械手的的操作功能 机械手的操作面板如图2所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。 1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作； 2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位； 3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步； — 欢迎下载 4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期； 5、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮； 6、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件； 7、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。
三、大作业要求 1．列表说明I/O分配，并选择PLC。 2．画出顺序功能图。 3．画出PLC端子接线图。 4．设计PLC控制梯形图。
二、 输入输出分配表 — 欢迎下载 输入端 输出端 名称 代号 输入编号 名称 代号 输出编号 下限位开关 SQ1 X001 下降电磁阀 KM4 Y001 上限为开关 SQ2 X002 夹松电磁阀 KM1 Y002 右限位开关 SQ3 X003 上升电磁阀 KM2 Y003 左限位开关 SQ4 X004 右行电磁阀 KM3 Y004 上升按钮 SB4 X005 左行电磁阀 KM0 Y005 左行按钮 SB6 X006 松开按钮 SB8 X007 下降按钮 SB3 X010 右行按钮 SB5 X011 夹紧按钮 SB7 X012 手动开关 SB9 X020 启动按钮 SB1 X026 停止按钮 SB2 X027
三、 PLC选型
项目 FXN2-48M(R/T)
额定电压 AC100-240V 允许电压范围 AC85-260V 额定频率 50/60HZ
四、 顺序功能图 SM00
X002 X021
X024 X023 X022
公用 EN
手动 EN
回原点 EN
自动 EN — 欢迎下载 五、 PLC接线图
X007 X010 X011 X012 X013 X014 2M X015 X016 FXN2-48M(R/T)
Y007 Y010 Y011 3L012 Y013 Y014 Y015 Y016 Y017
N L X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 FXN2-48M(R/T)
Y020 Y021 Y022 Y001 Y002 Y003 Y004 2L Y005 Y006 —
欢迎下载 六、 PLC梯形图 —
欢迎下载 公用程序见下图用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不同工作方式之间的转换。左限位开关X004、上限位开关X002的常开触点和表示机械手松开的M45的常闭触点的串联电路接通时，原点条件M05变为ON。当机械手处于原点位置状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或者自动回原点状态，初始步对应的M00将被置位，进入单步、单周期和连续工作方式做好准备。如果此时M05为OFF状态，M00将被抚慰，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M20，系统不能再单步，单周期，和连续工作方式下工作。 当系统处于手动工作方式时，必须将初始步以外的各部队赢得存储器位（M20-M27）复位，否则系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的情况，一起错误的动作。在非连续方式下，X024的常闭出点闭合，将表示连续工作状态的标志M07复位。
下图是手动程序，为了保证安全运行，在手动程序中设置了一些必要的连锁。 设置上升与下降之间,左行与右行之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON.有限位开关限制机械手移动的范围。用限位开关X001--X004限制机械手
LD X004 A X002 AN M45 = M05 LD SM01 O X020 O X021 LPS A M05 S M00, 1 LPP AN M05 R M00, 1 LD X020 R M20, 1 LDN X024 R M07, 1 —
欢迎下载 移动的范围。用上限位开关X002的常开触点与控制左，右行的M36和左行的M44的继电器串联，机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。
LD X012 S M31, 1 LD X007 R M32, 1 LD X005 AN X002 AN M34 = M33 LD X010 AN X001 AN M33 = M34 LD X006 AN X004 A X002 AN M35 = M36 LD X011 AN X003 A X002 AN M36 = M35 —
欢迎下载 单周期，连续和单步工作方式的梯形图。
LD X026 A X024 O M07 AN X027 = M07 LD X026 EU ON X022 = M06 LD M27 A X004 A M07 LD M00 A X026 A M05 OLD A M06 O M20 AN M21 = M20 LD M20 A X001 A M06 O M21 AN M22 = M21 LD M21 A T37 A M06 O M22 AN M23 = M22 LD M22 A X002 A M06 O M23 AN M24 = M23 LD M23 A X003 A M06 O M24 AN M25 = M24 LD M24 A X001 A M06 O M25 AN M26 = M25 LD M25 A T38 A M0.6 O M2.6 AN M27 = M26 LD M26 A X002 A M06 O M27 AN M20 AN M00 = M27 LD M27 A X004 AN M07 A M06 O M00 AN M20 = M00 — 欢迎下载 单周期、连续和单步这三种工作方式主要是“连续”标志M07和“转换允许”标志M06来区分的。 （1）单步与非单步的区别 M06的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的启动电路中，他们断开时禁止步的活动状态的转换，如果系统处于单步工作方式，X022为1状态，他的常开触点断开，“转换允许”存储器位M06在一般情况下为0状态，不允许步与步之间的转换。当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按启动按钮X026，M06处于处于0状态，起保停电路的启动电路处于断开状态，不会转换到下一步。一直要等到按下启动按钮X026，M06在X026的上升沿ON一个扫描周期，M06的常开触点接通，系统才会转换到下一步。 系统工作在连续，单周期工作方式下，X022的常开触点接通，是M06为1状态，串联在各起保停电路的启动电路中的M0.6的常开触点接通，允许步与步之间的正常转换。 （2）单周期与连续的区分 在连续工作方式下，X024为1状态。初始步为活动步时按下启动按钮X026，M20变为1状态，机械手下降。于此同时，控制连续工作的M0.7的线圈通电并自保持。 当机械手在步,M27返回最左边时，X004为1状态，因为连续标志位M07为1状态，转换条件M07-X004满足，系统将返回步M20，反复连续的工作下去。 按下停止按钮X027后，M07变为0状态，但是机械手不会立即停止工作，在完成当前工作周期的全部操作后，机械手返回最左边，左限位开关X004为1状态，装换条件满足系统才从步M27返回并停留在初始步。 在单周期工作方式，M07一直处于0状态。当机械手在最后一步,M27返回最左边时，左限位开关X004为1状态，转换条件满足，系统返回并停留在初始步，按一次启动按钮，系统只工作一个周期。 （3）单周期工作过程 在单周期工作方式下，X022的常闭触点闭合，M06的线圈通电，允许转换。在初始步时按下启动按钮X026，在M20的启动电路中，M00,X026,M05和M06的常开触点均接通，使M20的线圈通电，系统进入下降步，Y001的线圈通电，机械手下降。碰到下限位开关X001时，转换到夹紧不M21，Y005被置位，夹紧电磁阀的线圈通电，并保持。同时接通延时定时器T37开始定时，1.7s后定时时间到，工件被夹紧，转换条件T37满足，转换到步M22。以后系统将这样一步一步的工作下去。在左行步M27，当机械手左行返回到原点位置，左限位开关X004变为1状态，为连续工作标志M07为0状态，将返回初始步M00，机械手停止运
机械手设计已整理
机械手设计摘要本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。
本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。
同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。
利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。
关键词：工业机器人；机械手；气动；可编程序控制器(PLC)；机械手设计第一章绪论1.1机械手概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
基于PLC控制的气动机械手的设计与实现
图 １驱 动系统 原理图 （３）检测系统 主要 由设 置在手臂升 降 、平移和 回转气缸 上 的 ６个 限位磁性 开关组成 。其作用是对 机械手 的行程进 行判 断和检测 ，其 结果 作为机械手 控制 系统的输人信息 ，从而控制 机械手按程序规定 的顺序 完成工作 流程。 ３．ＰＬＣ控 制系统的硬 件设计 ３．１ ＰＬＣ的 型 号 选 择 根据 系统的工作流 程，保证机械手完成所需 动作 ，并显示其执行动 作 的状态 ，需要 １９个数 字量输入和 １６个数字量输 出 ，直流 电磁 阀的控 制 电压为 ＤＣ２４Ｖ。 因为动 作指示灯显 示 的状 态与 电磁阀 的状 态相对 应 ，所 以将其 与电磁 阀并联输 出，可以减少 ８个输 出点 。为此 ，我们选用 企业上广泛应用 的德 国 ＳＩＥＭＥＮＳ公 司生产 的 ｓ７—２２６型 ＰＬＣ作为系统 控制核心 。 Ｓ７—２２６型 ＰＬＣ有 ２４个数字量输入点和 １６个数字量输出点 。可采
手 动
回原 点 连接
１２－０ ｌ２．１ Ｉ２．２
起 动 — ，一 Ｉ２．５
的输入 ；Ｉ１．０～Ｉ１．７为系统选择 手动工作方式 的按 钮输入 ；Ｉ２．０～Ｉ２．２为 控制面板 上组合 开关 的 ３档输入 ；Ｉ２．５和 Ｉ２．６为起动和停止按 钮输入 。
下 限 位 — 上 限 位 —
一 ＩＯ·１
１０．２
一
ｉ日口０限 位 — 一 １０．３
平Байду номын сангаас 进限 位 —
１．引 言 气动机械手是 以压缩 空气 来驱动执行机构运 动的机械手 。它 的结 构简单 ，动作迅速 ，成本低 。在机械加工 、装 配和热处理等生产过程 中被 广泛用来搬运工件 以及 实现 自动取料 、上料 、卸料等操 作功能。目前 ，在 一 些企业 中使用 的气 动机 械手 ，仍 然采用继 电器 一接触器控制系统。其 弊端 主要表 现在 ：大量 的机 械触点 电弧烧蚀和机 械磨 损 ，可靠性 降低且 寿命 短 ；触点 的机械动作 频率低且存 在抖动现 象 ，控制精度 低 ；接线 多 而复杂 ，一旦 系统构 成后就很难增加或改变功 能 ，因此灵活性和扩 展性 较 差 。 随着 可编程 控制器 技术（ＰＬＣ）的发展 ，其强大 的控制能力不仅 能完 成 复杂 的继 电器控制逻辑 ，而且 能实现模拟量 控制 ，具有 可靠性高 、抗 干扰 能力强 、易于扩展 、易实现工艺联锁和 可在线修改等优点 。因此在 工业 自动化 领域 中起到了举足轻重 的作用 。基于对工厂控制系统 的强 抗干扰能力 的要求 ，对 气动机械手进行了 ＰＬＣ控制 ，从根本上解决 了上 述弊端 。 ２．系统 的结构功能和 总体设计方 案 气动机 械手 主要由控制系统 、驱动 系统 、执行机构 以及位置检 测系 统等组成 。由执行 机构 、驱动系统 、控制系统和检测系统组成。 （１）执行机构 由手爪夹 持机构 、手 臂平移机构 、手臂升 降机构 、手 臂 回转机 构和各 种固定 支架等组成。该 机械手具有三个 自由度 ，在气压 传动 下可实现升降 、平移 、回转运动及手爪的夹紧与松开动作。 （２）驱动系统 机械 手的全部执行机构 均 由气压驱动 。主要 由气源 及气 源处 理装置 、水 平移动气缸 、垂直升 降气 缸 、回转摆动气缸 、手 爪夹 紧气缸及各 种控 制阀组成 ，如图 １所 示。各 执行气 缸都采 用单向节流阀 调节 机械 手的运动速度。通过对 直流电磁阀线圈的通断电控制 ，使机械 手执 行相应 动作 。再 配合 检测系统 ，即可让 机械手按照某 种控制要求实 现 自动的顺 序动作。
基于PLC的气动搬运机械手控制系统开发与设计
基于 PLC的气动搬运机械手控制系统开发与设计摘要：本文针对机电一体化教学的要求而研发了气动搬运机械手实训装置中的PLC控制系统。
介绍了气动机械手的结构、工作原理、控制要求，采用了单控电磁阀和单向气缸配合控制的气路结构，建立了机械手控制系统组成框图，提出了控制系统的运动方案，分析并选择了合理的PLC型号，设计了PLC的工作工程流程图。
可以实现对该机械手行程范围内任一位置物体的抓取、移动、存放功能。
经实验验证，该机械手控制方便、定位准确。
实际应用中可根据需要修改机械手动作流程，方便实用。
关键词：气动；搬运机械手；PLC；控制系统基金项目：银川能源学院科研项目（2018-KY-C-07）作者简介：李小燕（1980- ），女，宁夏吴忠人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向：机电一体化产品设计及自动化控制的教学与研究工作。
1.引言机械手是一种能按给定的程序或要求，自动地完成物件传送或操作作业的机械装置，它能部分地替代人的手工劳动[1]。
随着科学技术的发展，现在机械手已经趋于智能化，可以完成很多相对复杂的作业。
特别是在有毒的、易燃易爆等恶劣环境内，得到广泛应用。
搬运机械手具有自动化程度高、动作灵活的特点，替代人工作业，加快了生产节拍，大幅度地提高了制造企业的生产效率和产品质量。
工业上用的搬运机械手体积较大，价格昂贵。
为了满足教学上的需要，设计一种小巧、灵活控制的小型搬运机械手具有重要的意义。
本文结合我校智能测试实验室的建设，设计了多工位搬运机械手。
该机械手由微型电机驱动实现远程移动，由气动手指、旋转气缸和直动气缸驱动实现物料的抓取和定位摆放的功能。
1.机械手实训装置的结构及工作原理机械手实训装置由实训桌、旋转底座、气动部分、手爪、三维运动机械、电气控制、工件及物料台等八部分组成。
气动部分由电磁阀和汽缸组成；三维运动机械部分采用滚珠丝杠传动和齿轮传动相结合的模块化结构，由步进电机及驱动器、气动手爪等组成。
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计机械手是一种广泛应用于工业生产的设备。
在传统工艺中，采用继电器控制时需要使用大量的继电器，接线复杂，容易出现故障，维修困难，费时费工，增加了成本，影响了设备的工效。
因此，采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制是一种更加可靠、方便的方法。
本文介绍了使用XXX生产的F1/F2系列PLC对机械手进行控制的设计方案。
该方案根据机械手的运动规律进行软件编程，实现了手动操作和自动操作。
采用梯形控制直观易懂，PLC控制使接线简化，安装方便，减少了维修量，提高了工效。
第一章 PLC的技术简述1.1 PLC的定义PLC是一种可编程控制器，是一种数字计算机，可用于控制各种工业过程，包括机械手的控制。
PLC通过数字输入和输出模块与外部设备进行通信，通过编程实现对设备的控制。
1.2 PLC的特点PLC具有可编程性、可靠性、灵活性、扩展性等特点。
它可以根据不同的应用需求进行编程，可以适应不同的工业环境，具有较高的可靠性和稳定性，可以方便地进行扩展和升级。
1.3 PLC的一般结构PLC一般由中央处理器、存储器、输入模块、输出模块、通信模块等组成。
其中，中央处理器是PLC的核心部件，负责执行程序和控制设备。
存储器用于存储程序和数据。
输入模块用于接收外部设备的信号，输出模块用于控制外部设备的动作，通信模块用于与其他设备进行通信。
1.4 PLC的基本工作原理PLC的基本工作原理是通过输入模块接收外部设备的信号，经过中央处理器进行处理，然后通过输出模块控制外部设备的动作。
PLC的程序是由用户编写的，可以根据实际需求进行修改和升级。
PLC的输入和输出可以根据需要进行扩展，以适应不同的应用场合。
第二章机械手控制系统的控制要求2.1 工作对象的介绍机械手是一种用于自动化生产的设备，可以完成各种物料的搬运、装卸、组装等操作。
机械手的控制需要考虑到其运动规律和工作对象的特点。
2.2 工作原理机械手的工作原理是通过电机驱动各个关节进行运动，实现对工作对象的搬运、装卸、组装等操作。
机械手的控制方式及控制系统设计
机械手的控制方式及控制系统设计机械手在工业科技中的应用时间较长，随着工业生产的不断发展进步，机械手的控制技术也得到了较为快速的发展。
人们在很早以前就希望能够借助其他的工具替代人类自身的手去从事重复性的工作，或者具有一定危险性的工作，从而提高工业的生产效率，同时也能规避人们在生产实际生产中碰到的危险情况。
此外，在一些特殊的场合中，必须要依靠机械手才能加以完成。
未来机械手在工业生产中将发挥更大的作用，本文主要对机械手的控制方式及控制系统设计方法进行了较为详细的分析。
2 机械手原理概述机械手具有很多的优点，比如机械手比人的手具有更大的力气，能够干很多人手所无法干的事情，这样也能提高工业生产中的效率，同时采用机械手进行工业生产时的成本相对而言也会得到一定程度上的降低。
机械手通常由三部分组成，即机械部分，传感部分和控制部分。
其中，手部安装在手臂的前端，用来抓持物件，这是执行机构的主体，可根据被抓持物件的形状、重量、材料以及作业要求不同而具有多种结构形式。
控制部分包括控制系统和人机交互系统。
对于机器人基本部件的控制系统，控制系统的任务是控制机械手的实际运动方式。
机械手的控制系统有开环和闭环两种控制方式，如果工业机械手没有信息反馈功能，那么它就是一个开环控制系统。
如果有信息反馈功能，它是一个闭环控制系统。
对于机器人基本组成的人机交互系统，人机交互系统是允许操作员参与机器人控制并与机器人通信的装置。
总之，人机交互系统可以分为两类：指令给定装置和信息显示装置，机械手的控制主要是通过软件程序加以实现。
随着科学技术的发展，机械手相关的技术也得到了快速的发展，先进的控制方式和先进的控制技术在机械手的控制领域中也具有一定的采用。
现在机械手不仅广泛应用于采矿、化工、船舶等领域，并且在航天、医药、生化等领域占有重要地位。
3 机械手的控制方式工业机器人可根据控制方法分为以下几类，一类是点控制。
点控制，也称为PTP控制，仅控制起点和终点的姿势，两点之间的轨迹没有规定。
气动机械手毕业设计
气动机械手毕业设计气动机械手是一种基于气动元件和气动控制系统的自动化设备，主要用于工厂生产线上的物料搬运、装配和处理等工作。
气动机械手具有结构简单、运动灵活、成本低廉、维护方便等优点，在工业领域得到了广泛应用。
本文将从气动机械手的结构设计、气动系统设计和控制系统设计三个方面进行讨论。
首先是气动机械手的结构设计。
气动机械手的结构设计要考虑到工作范围、负载能力、精度要求等因素。
首先需要确定机械手的工作范围，即能够覆盖的空间范围，这决定了机械手的臂长和关节点的位置。
然后需要根据工作负载的大小和要求确定机械手的负载能力，从而确定气缸和驱动装置的规格。
最后还需要考虑机械手的运动精度，这需要合理选择传动装置和关节点的位置，以确保机械手能够准确地完成任务。
其次是气动系统设计。
气动机械手的气动系统主要由气源、气压调节装置、气缸和气动阀组成。
在气源方面，可以选择压缩空气作为动力源，需要考虑气源的稳定性和供应能力。
气压调节装置用于调整气缸的工作压力，以满足不同的工作需求。
气缸是气动机械手的执行机构，一般选择双作用气缸，通过气源的压力差来实现前后运动。
气动阀则用于控制气缸的开闭和运动方向。
最后是控制系统设计。
气动机械手的控制系统一般采用PLC或者单片机控制。
在控制系统设计中，首先需要确定机械手的工作方式，可以是自动化连续工作，也可以是手动操作。
然后需要确定机械手的控制模式，可以是位置控制、力控制或者速度控制，根据不同的工作需求选择合适的控制模式。
同时还需要设计机械手的控制程序和界面，以实现对机械手的控制和监控。
综上所述，气动机械手的毕业设计主要包括结构设计、气动系统设计和控制系统设计三个方面。
在设计过程中，需要综合考虑机械手的工作范围、负载能力、精度要求等因素，选择合适的气缸和传动装置，并设计相应的气动系统和控制系统，以实现机械手的自动化操作。
机械手夹爪主要结构
机械手夹爪主要结构
机械手夹爪的主要结构通常指的是机械手夹爪的构造，主要包括以下几个方面：
1.夹爪装置：这是机械手夹爪的核心部分，负责夹持和释放物体。
它通常由
一个或多个可开合的钳口组成，钳口材料通常是耐磨、耐高温和耐腐蚀的高强度材料。
2.驱动机构：这是控制夹爪装置运动的机构，可以是气动、电动或液压驱动。
根据需要，可以设计为连杆机构、曲柄滑块机构、齿轮齿条机构等形式。
3.传感器：用于检测夹爪装置的位置和状态，以确保夹爪能够准确、可靠地
夹持和释放物体。
4.控制系统：用于控制机械手夹爪的运动轨迹、速度和加速度，以确保夹爪
能够按照预设的程序完成操作。
5.防护装置：用于保护夹爪装置和其他机构，以防意外碰撞或干扰。
以一个简单的机械手夹爪为例，其结构可以包括固定架、驱动电机、传动轴、轴承座、轴承、弹簧、摩擦片、爪部等部分。
当电机驱动传动轴旋转时，轴承座会带动轴承一起运动，从而控制摩擦片和爪部的开合状态。
当摩擦片和爪部夹紧时，弹簧会压缩，使夹爪更加稳定地夹持物体。
当摩擦片和爪部松开时，弹簧会释放能量，使夹爪能够顺利地释放物体。
概括起来，机械手夹爪的主要结构指的是其各个组成部分及其相互之间的关系，包括夹爪装置、驱动机构、传感器、控制系统和防护装置等。
这些部分协同工作，确保机械手夹爪能够准确、可靠地完成各种操作任务。
S7-200的搬运机械手的PLC控制
S7-200 的搬运机械手的PLC 控制机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，它能模仿人手臂的某些动作功能，可按固定顺序在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样，广泛应用在工业生产和其他领域内。
应用机械手可减少工人的重复操作，并能代替人类在危险与有毒性环境中工作，极大地提高了生产效率与工作精度，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度有着十分重要的意义。
可编程序控制器( PLC) 是从20 世纪60 年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体，以其结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高等显著优点而在工业控制领域得到了迅猛的发展，被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。
德国西门子公司的PLC 产品在国内应用比较广泛，其中S7-200 系列PLC 以结构紧凑、高性价比、多种多样的CPU 尺寸以及基于Windows 的编程工具等特点在中、小规模控制系统中有独特的优势。
笔者选用西门子S7-200 为控制器，所研究的机械手采用水平/垂直位移加平面转动式结构。
机械手的全部动作由气缸驱动，PLC 控制相应的电磁阀驱动气动执行元件完成各动作。
这种控制系统能十分方便地嵌入到各类工业生产线中，完成零部件产品在固定位置之间的搬运，实现生产自动化。
1 控制功能分析机械手搬运零部件动作示意图如图1 所示，该机械手可用来将工件从左工作台搬到右工作台，其动作过程分为10 工步，即从原位开始顺序经过10个动作后完成一个周期，并返回原位。
该机械手能够抓取的工件质量m 为0. 1 kg，搬运物料过程中垂直方向加速度和水平方向加速度均为0. 3 g( g 为重力加速度) ，平面转动的回转半径r 为0. 5 m，转动角速度ω为3. 5 rad /s，角加速度β为2. 1 rad /s2，转动角度 为180°。
机械科学与技术第30 卷图1 机械手动作示意图其中为了使上升/下降、左移/右移和顺转/逆转动作能够执行，分别由3 个双线圈二位电磁阀控制气缸的动作。
基于PLC的气动搬运机械手控制系统的设计
基于PLC的气动搬运机械手控制系统的设计 张君艳 【摘 要】论述了气动搬运机械手的工作原理、机械结构组成以及PLC控制系统的设计,介绍了电气动传动系统、绘制了机械手气动回路图、PLC选型原则、输入输出地址表、绘制PLC电气接线图、控制工艺流程图以及PLC程序设计,经过安装与调试验证,连续顺序动作的调试无故障,控制系统设计合理,方案可行,实物结构简单、运动平稳可靠、性价比高、易于控制和维护;在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、交通运输业等方面具有广泛的应用前景.
【期刊名称】《机电工程技术》 【年(卷),期】2018(047)007 【总页数】3页(P115-117) 【关键词】气动机械手;可编程控制器;程序设计 【作 者】张君艳 【作者单位】江苏联合职业技术学院苏州工业园区分院机电技术系,江苏苏州 215021
【正文语种】中 文 【中图分类】TH138
0 引言 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，由于它可代替人在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中进行正常的工作，所以广泛应用在化工、机械制造、电子生产、冶金以及轻工业等部门[1]。在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械手来完成工件的取放，对机械手的控制主要是位置识别、运动方向控制和物料是否存在的判别。然而搬运机械手的种类很多，按驱动方式可分为液压式、电动式、气动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。由于气动搬运机械手无环境污染，其开发和设计越来越被人们所关注，气动搬运机械手最核心的部分是执行系统和控制系统，执行机构利用电气动系统来驱动实现，控制系统通过三菱PLC编程来实现预期的作业任务，这里介绍基于三菱PLC的气动搬运机械手的控制系统设计。 1 气动搬运机械手的工作原理 图1 搬运机械手结构图 气动搬运机械手的结构如图1所示，由机械手指、机械手臂、悬臂，旋转气缸等部分组成。机械手的终端是一个气动手指，其夹紧和放松由一个两位五通双控电磁换向阀来驱动实现，工件的夹紧与否是通过压力传感器来进行判断。气动手指安装在机械手臂上，机械手臂为单个活塞杆的双作用直线气缸来实现机械手臂的上升和下降，手臂由两位五通的双控电磁换向阀来驱动实现，上升和下降的极限位置分别由安装在气缸上的磁感应传感器来检测；机械手臂由连接件安装在机械悬臂上，悬臂是双活塞杆的双作用直线气缸，其通过两位五通的双控电磁换向阀来驱动实现，悬臂的伸出和回缩极限位分别由嵌在气缸卡槽内的磁感应传感器来检测；悬臂安装在旋转气缸的输出轴上，由旋转气缸来带动机械手的旋转，为了满足机械手可实现任一旋转工作位的停止，采用了一个三位五通的双控电磁换向阀（中位机能为0型）来驱动；从而可以控制机械手的多个旋转工作位，旋转的极限位由两个电感式传感器来判断，旋转运动由阻挡器来进行缓冲处理，防止机械臂旋转过程中产生刚性碰撞。整个气动搬运机械手通过采用压缩空气作为传动介质，可以完成机械手的旋转、机械手悬臂的伸出和回缩、机械手臂的上升和下降、机械手指的夹紧和松开等多个自由度的运动[2]。其气动回路图参见图2所示。系统所需要的工作气压靠气动三联件控制在0.6～0.8 MPa之间。 图2 机械手气动回路图 2 PLC控制系统设计 2.1 控制元件选型 根据气动搬运机械手实现功能和控制系统的要求，机械手输入采集信号为10个，再加上开关控制信号2个，共12个输入信号；线圈的驱动信号为8个，共8个输出信号，根据输入和输出信号以及考虑预留量，选用三菱FX2N-32MR的PLC，继电器输出形式。又因为气动搬运机械手控制系统要求精确定位，故采用德国FESTO公司的气缸（带有位移传感器），三位五通双控电磁阀型号为CPE10-M1BH-5/3G，两位五通双控电磁阀型号为CPE10-M1BH-5J[3]。 2.2 PLC输入输出地址表和电气原理图 气动搬运机械手的装置保护电路为起保停自锁控制电路，如果系统出现紧急故障，只要按下急停蘑菇头按钮就可以切断整个机械手的电源，此保护回路与PLC的电气原理图分开设计，这里不再详述。根据气动搬运机械手的结构和气动回路原理图中四个电磁阀和气缸的检测信号分析绘制输入输出地址表如下，参见表1。根据输入和输出地址表进行PLC电气原理图的设计，PLC电气原理图参见图3所示。 表1 搬运机械手PLC输入和输出地址表输入点启动按钮（SB1）停止按钮（SB2）旋转气缸左限位（1B1）旋转气缸右限位（1B2）悬臂气缸回缩到位2B1悬臂气缸伸出到位2B2手臂气缸上升到位3B1手臂气缸下降到位3B2手指气缸夹紧到位4B1手指气缸放松到位4B2 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11输出点旋转气缸左旋1Y1旋转气缸右旋1Y2悬臂气缸伸出2Y1悬臂气缸回缩2Y2手臂气缸下降3Y1手臂气缸上升3Y2手指气缸夹紧4Y1手指气缸放松4Y2 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 图3 PLC电气原理图 2.3 PLC编程设计 由于PLC编程指令非常强大，功能指令很多，在编程设计时，编写程序比较容易，非常方便实现较复杂的控制系统[4]；PLC的编程方法有很多种，本文采用三菱PLC的Gx软件进行程序设计。在设计程序之前要先根据气动搬运机械手的控制要求编写工艺流程图，参见图4。气动搬运机械手编程设计包含设计系统的安全保护程序，系统的初始化程序[5]，系统复位程序，气动搬运机械手的模式选择程序，气动搬运机械手的控制顺序程序等部分，其中系统的初始化程序是气动搬运机械手动作之前必须满足初始化条件，即旋转气缸旋转到工件被搬运点，悬臂气缸回缩到位，手臂气缸上升到位和手指气缸放松到位；气动搬运机械手的模式选择分为点动调试控制、单周期运行模式和循环模式（含暂停和完全停止控制），气动搬运机械手的控制顺序程序为主程序，主程序是实现将工件从指定的地点搬运到需要的地点进行加工或分拣，按照工艺流程图的要求利用步进指令来编写完成[6]。 图4 气动搬运机械手工艺流程图 2.4 气动搬运机械手安装与调试验证 气动搬运机械手安装完毕以后，在进行电气控制系统调试操作前需要进行操作如下：（1）电源控制柜内的总空气开关打到ON；气动搬运机械手的急停保护按钮旋开；（2）确认空压站系统气压已达到6 MPa以上且稳定；保证系统所需要的工作气压靠气动三联件控制在0.6～0.8MPa之间，安全保护装置的紧急停止电路处于解除状态；（3）先选择点动调试，依次按下点动按钮，分别对每个气缸按照动作顺序进行单独调试；（4）点动调试结束后，进行单周期调试，无任何故障，连续顺序动作的调试无故障。如果系统中有故障现象，上电成功后先按一下“异常复位”按钮，当整体不存在异常时，设备按照工艺运行，调试完成。注意若发生任一故障，必须等故障排除之后，重新按下“复位”按钮，程序才能将故障信号解除，否则系统仍然不能启动。 3 结论 气动搬运机械手被称为“工业机械手”，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用[7]。基于PLC的气动搬运机械手通过安装与调试验证控制系统设计合理，方案可行，实物结构具有结构简单、运动平稳可靠、性价比高、易于控制和维护等优点，实践过程中，机械手具有可以模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作等很多优点，既减轻了工人的劳动强度，又节约了人力资源，实用性较高，用途广泛[8]；将其应用在自动生产线和柔性化生产中，不仅可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，而且可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产等，应用前景非常大。 参考文献：
气动助力机械手的平衡原理分析与故障排除
气动助力机械手的平衡原理分析与故障排除摘要：气动助力机械手又称平衡器、平衡环、气动助力器等，由于其具有省事，省力的特点，被广泛应用于现代工业中的各个领域，如：大型物料的移载，搬运，大型设备的精确定位、装配等场合，总之，在现代生产中，无论原料的接受还是半成品的加工、生产、配送等环节，气动机械手都发挥着不可替代的作用。
基于此，本文主要对气动助力机械手的平衡原理与故障排除进行分析探讨。
关键词：气动助力机械手；平衡原理；故障排除1、气动助力机械手的组成气动助力机械手的重要组成是：平衡装置、气动系统、安全系统和操作系统。
操作系统由夹具，操作手柄和操作气路组成，它将硅棒夹紧，是机械手的手臂。
它的复杂程度决定了机械手的复杂程度；它的人性化程度决定了机械手的成败。
安全系统由多个回转关节的刹车，限位，安全气路及外保护组成，它使机械手安全可靠。
平衡装置是机械手的主体，是实现力平衡的主要机构。
它由气动系统由平衡气路，负载负荷转换逻辑气路，操作气路和安全气路组成。
是实现力平衡的主要动力源。
平衡气路用于平衡夹具和硅料的重量，负载负荷转换逻辑气路使机械手在有载，无载状态下均可实现平衡。
操作者始终处于轻松的工作状态，它是机械手的灵魂。
2、气动助力机械手平衡功能的工作原理通过阅读气动原理图（图1），助力机械手的“初定位”、“翻转”、“刹车”动作较易理解，文章不再叙述，重点分析“加载”、“夹紧”，以及“放松”后“空载”状态实现的工作原理。
图1 气动原理图2.1重力平衡气缸的空载压力与加载压力“重力平衡气缸”的压力由一个外控式减压阀9控制，进入重力平衡气缸的压力将由该外控式减压阀的压力实现控制。
外控式减压阀的控制气路连接到梭阀13，梭阀的两端分别直通到减压阀11以及间接通过阀3连通到减压阀12。
图中减压阀11常通，可知减压阀11调定的是“空载”压力，减压阀12调定的是“加载”压力。
“空载”压力与“加载”压力切换时，起作用的是阀3的通断，当阀3的非弹簧位起作用时，通过减压阀12与通过减压阀11的气体同时进入梭阀13的两端，因为调定“加载”压力的减压阀12压力一定高于调定“空载”的减压阀11的压力，根据梭阀工作时取输入高压作为输出的原理，通过减压阀12的“加载”压力进入外控式减压阀9的控制口，“重力平衡气缸”得到的是“加载”压力状态。