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機械手范文第1篇

關(guān)鍵詞：工業(yè)機械手；PLC控制；直流力矩電動機

【分類號】：TP241.2

目前，我國的科技發(fā)展迅速，加工制造行業(yè)也越來越趨向于自動化，在機械加工、機械制造行業(yè)已經(jīng)普遍運用機械手來幫助完成工作，機械手大部分是用于自動安裝及自動包裝工作，還用來幫忙上下料這種高重復性的工作。PLC控制技術(shù)不斷發(fā)展，使用其的益處越發(fā)明顯，尤其是在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、是否可靠、是否靈活等方面都有其特有的優(yōu)勢，所以，現(xiàn)在的PLC控制技術(shù)已經(jīng)普遍運用到自動化生產(chǎn)的控制工作中了，它可以幫助不同的機械完成自動化操控，下面文章中主要闡述了由PLC控制的工業(yè)機械手的系統(tǒng)的設計過程。

1機械手系統(tǒng)組成與工作原理

下面文章中主要以三自由度機械手為研究對象具體闡述工業(yè)機械手的設計，這種類型的機械手靈活、自由，能夠?qū)C械手的各個部位進行獨立控制。機械手的設計結(jié)構(gòu)大致是：機械手的腰關(guān)節(jié)主要是為了幫助機身在平面上實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作，此部位的驅(qū)動電機屬于直流力矩電機，這一類型的電機結(jié)構(gòu)屬于三級齒輪減速傳動結(jié)構(gòu)，由于這種傳動結(jié)構(gòu)的構(gòu)造簡單，所以它工作起來的效率很高，并且準確度高。肩關(guān)節(jié)的主要結(jié)構(gòu)是懸臂梁式的結(jié)構(gòu)，工作原理是通過直流力矩電機帶動渦輪副桿完成傳動工作。肘關(guān)節(jié)的主要結(jié)構(gòu)是擺動螺旋式的結(jié)構(gòu)，這一關(guān)節(jié)的特點是比較穩(wěn)定、構(gòu)造簡單。并且這一關(guān)節(jié)的電機也是直流力矩電機。

在實現(xiàn)以上三個關(guān)節(jié)活動的過程中，機械手采用的是電位器反饋的方式來完成對各關(guān)節(jié)運動位置的判斷，電位器安裝在腰關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)的末級齒輪中心軸同軸，肩關(guān)節(jié)蝸桿軸以及肘關(guān)節(jié)連接銷軸同軸。其順序控制形式是通過PLC電位控制來實現(xiàn)，比如要完成腰關(guān)節(jié)從靜止位置到旋轉(zhuǎn)一個設定的角度這個動作，PLC控制系統(tǒng)其通過輸出電路驅(qū)動負責腰關(guān)節(jié)的直流力矩電機旋轉(zhuǎn)從而帶動該關(guān)節(jié)機械轉(zhuǎn)動，到達設定的角度位置時候，電位器檢測到該位置的反饋信號，PLC控制系統(tǒng)判斷機械手已經(jīng)完成了目標指令，其控制輸出回路斷電，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)停止，則腰關(guān)節(jié)正好到達程序命令的轉(zhuǎn)動位置，則PLC自動進入下一步程序進行動作輸出。

2控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)上文提到的各關(guān)節(jié)動作控制完成方式可以看出，PLC控制系統(tǒng)的設計應包含輸入電路、輸出電路以及控制系統(tǒng)本身三個部分。

2.1輸出電路

作為輸出電路的執(zhí)行部件，直流力矩電機在線性度以及反應速度方面具有其它電機無法比擬的優(yōu)勢，同時該類型電機也可以滿足長期運行在低速甚至堵轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。

為了滿足PLC對各關(guān)節(jié)動作的順序控制，輸出電路對電機控制通常采用開關(guān)控制的形式，只要使用符合控制要求的繼電器輸出型PLC，就能使用該PLC對直流電機進行直接的驅(qū)動，從而從電路設計角度就大大簡化了控制系統(tǒng)的復雜程度，這種設計結(jié)構(gòu)非常直接，PLC內(nèi)部程序得到執(zhí)行指令后，其設定用于控制動作輸出的繼電器線圈得點，相應串接在電機驅(qū)動回路的繼電器觸點OUT閉合，執(zhí)行電機得電開始轉(zhuǎn)動，帶動執(zhí)行元件按照設計的運動方式進行運動，直到接受到完成系統(tǒng)指令后，繼電器觸點OUT打開，電機驅(qū)動回路斷開，電機停轉(zhuǎn)等待下一個指令。如同常用電路一樣，電機控制回路也可以通過橋式以及分級的接線方式來實現(xiàn)對電機正反轉(zhuǎn)和順序控制。

2.2輸入電路

PLC控制系統(tǒng)的輸入量IN直接取自安裝在機械手各個關(guān)節(jié)的電位器，電位器的安裝位置需要根據(jù)規(guī)定的機械手動作范圍來設定，當機械手的動作范圍到達設定的某個位置時，對應位置的電位器其輸出的模擬電壓信號直接反饋給PLC控制系統(tǒng)，PLC通過比較給定位置的電位與接受到位置電位的大小來判斷，當達到設定值時，PLC內(nèi)部程序驅(qū)動相應結(jié)點的輸出電路動作，來實現(xiàn)該指令執(zhí)行的完畢，從而轉(zhuǎn)入下一指令。IN點的內(nèi)部設有光電耦合電路，來實現(xiàn)內(nèi)外部強電弱電的隔離。一旦活動關(guān)節(jié)在執(zhí)行指令時候電位器返回的信號與設定的范圍比較失敗，則程序自動判斷執(zhí)行失敗，該關(guān)節(jié)返回到初始位置后，該程序重新被執(zhí)行，這種回路的設計從硬件層面保護了機械部件，避免電機將執(zhí)行機構(gòu)錯誤的拖入不應該的位置而造成設備損壞。

2.3選擇PLC

在確定了控制系統(tǒng)的外部輸入輸出電路之后，接下來就可以進行輸入輸出方式的設計階段，決定PLC選型的主要參數(shù)就是滿足輸入輸出方式所需要的輸入點、輸出點、內(nèi)部用于延時的時間繼電器數(shù)量。在本次的PLC選型的過程中，考慮到這種機械手有12個輸入點，9個輸出點以及7個用于延時的時間繼電器，綜合考慮到造價成本以及后續(xù)拓展需要，方案選擇日本歐姆龍公司生產(chǎn)OMRON- C28P型PLC。這種PLC完全能滿足三自由度工業(yè)機械手的順序控制要求。

3控制系統(tǒng)軟件設計

控制系統(tǒng)的軟件設計按照以下六步的順序進行：1）確定系統(tǒng)順序控制次序及功能；2）制定輸入輸出分配表；3）建立適合系統(tǒng)的控制關(guān)系；4）繪制梯形邏輯分析圖；5）編譯代碼程序；6）通過終端輸入到P LC主機.

PLC順序控制系統(tǒng)軟件必須滿足以下三個原則：1）系統(tǒng)總開關(guān)閉合時，各關(guān)節(jié)部分分別復位回到各自的初始位置，之后開始執(zhí)行順序動作命令；2）當各關(guān)節(jié)運動到上限或下限位置時，在接近設定動作位置時電機要有減速過程，同時在到達位置后執(zhí)行機構(gòu)停止1秒后才能進入到下一個動作過程；3）系統(tǒng)總開關(guān)斷開，全部動作停止，在原位置待命。

4結(jié)語

基于PLC控制的工業(yè)機械手不僅能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度機械手各關(guān)節(jié)獨立以及整體運動，完成生產(chǎn)線上下料的自動循環(huán)，同時綜合控制系統(tǒng)還能完成多個機械手之間的協(xié)同配合，從而完成料物的連續(xù)搬運。同時該系統(tǒng)在運行過程中，也可以根據(jù)實際需要進行操作指令調(diào)整，滿足了系統(tǒng)對實際應用的需要，維護簡單。

【參考文獻】

機械手范文第2篇

[關(guān)鍵詞]自動卸車；行走機構(gòu)

中圖分類號：TH242 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0095-02

[Abstract]Design a device along affixed track，automatic walking，automatically detect the location of goods vehicles and goods.According to the test results，transport the goods to the designated loction.To achieve the function of automatic unloading.

[Key words]Automatic Unloading；Walking Mechanism

1 引言

在物流}儲企業(yè)中，物料存儲、自動分揀、自動輸送、自動識別、自動跟蹤等設備都已實現(xiàn)了自動化，但通過貨車運輸?shù)呢浳镌谛敦浬?，基本還是靠人工手動或人工輔助設備如叉車等來實現(xiàn)。這不僅增加了勞動者的勞動強度，而且嚴重影響了工作效率。通過調(diào)研和分析，對于一些規(guī)范的貨物，如貨物外觀尺寸、貨物包裝方式和包裝材料、貨物重量、貨物允許承受的壓力等條件相對規(guī)范時，可設計一種自動卸車的機械手來實現(xiàn)貨物卸車的自動化。從而提高工作效率和降低勞動強度。

2 方案設計

為了實現(xiàn)自動沿軌道行走、自動檢測和自動夾取貨物，自動卸車機械手需要有行走機構(gòu)、檢測桿、夾取機構(gòu)以及其它一些安全保證的部件。設計完成后的自動卸包機械手結(jié)構(gòu)如圖1所示：

自動卸車機械手的工作流程為：自動卸車機械手的行走機構(gòu)（1）在往前行走的過程中，檢測桿（2）通過檢查，判斷物料的層數(shù)和位置，夾取機構(gòu)（3）夾取物料后，上升使物料與下層脫離，脫離后自動卸車機械手向后行走，行走到設定位置后，將物料下降釋放到輸送通道上。其動作以水平和豎直方向的直線運動為主。其設計難度主要在于各個關(guān)鍵零件的力學分析和傳動原件的參數(shù)選擇。本文將著重論述行走機構(gòu)的設計分析過程和計算過程。

3 行走機構(gòu)設計

行走機構(gòu)在自動卸車機械手的作用是行走到物料位置，夾取煙包后將煙包沿軌道輸送到設定的位置。在現(xiàn)代工業(yè)中，類似機構(gòu)最常用于生產(chǎn)車間內(nèi)的桁車。在設計過程中，首先確定減速電機的類型。選擇類型時首先對比了K系列斜齒輪-傘齒輪減速電機和S系列雙級斜齒輪-蝸輪蝸桿減速電機的優(yōu)缺點。兩種電機在外形和安裝方式上很接近，主要區(qū)別在于K系列減速電機傳動效率不低于95%，而且可承受較大的徑向載荷，而且可承受不大于徑向力15%的軸向載荷。而S系列減速機傳動效率最大可達到89%，可承受不大于徑向力10%的軸向載荷。另外K系列減速電機價格明顯高于S系列減速電機。綜合考慮設備運行工況，選擇K系列斜齒輪-傘齒輪減速電機作為行走機構(gòu)的動力電機。

行走機構(gòu)在設定的軌道上，通過計算，選定了GB/T11264-1989 15Kg/m的輕軌作為軌道，使用主動輪和從動輪的形式，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

由圖可以看出，動力通過齒輪傳動，將動力傳動到主動輪上。圖中件6傳感器支架安裝了三組對射式的傳感器。在之前的描述中，自動卸包機械手需要在行走過程中檢測按圖6碼垛的煙包。自動卸包機械手運行在帶有頂棚的室外，由于灰塵等原因可能出現(xiàn)誤檢測，特別是誤檢查車頭為需要夾取的煙包，所以在設備中還增加了激光測距。通過對射式傳感器和激光測距的雙重檢測，確保了設備的安全運行。

4 行走機構(gòu)運行阻力計算

行走機構(gòu)的設計過程類似于起重設備的設計，設計時需要進行運行阻力計算、電機參數(shù)計算、制動器參數(shù)計算、運行打滑驗算、緩沖器選型計算等。計算在初步方案完成的前提下進行，已知全自動卸車機械手及貨物總質(zhì)量、運行速度、輪直徑、輪軸直徑為、機械手迎風面積、機械手效率為、風壓qⅠ= 90N/m2、qⅡ=150N/m2、qⅢ=600N/m2、最小輪壓。

卸包機械手在直線軌道上穩(wěn)定運行的靜阻力由摩擦阻力，坡度阻力與風阻力組成。

（1）摩擦阻力

電動機所配制動器型號：BMG2；Mmax=20N?m。

5.4 運行打滑驗算

自動卸包機械手類似于起重機，為了使自動卸包機械手運行時可靠地啟動或制動，防止出現(xiàn)驅(qū)動輪在軌道上的打滑現(xiàn)象，避免車輪打滑影響起重機的正常工作和加劇車輪的磨損，應分別對驅(qū)動輪作啟動和制動時的打滑驗算。

（1）啟動時按下式驗算

7 結(jié)束語

本文中所設計的行走機構(gòu)已成功應用在卷煙廠的自動卸車機械手中。該設計過程可為類似的產(chǎn)品設計提供參考。

參考文獻

[1] 成大先，機械設計手冊，2015（5）.

[2] 張質(zhì)文，起重機設計手冊，1998（3）.

[3] 田奇，倉儲物流機械與設備，01/2008.

[4] LENZE 公司，Servo motors ，03/2005.

[5] SEW-EURODRIVE集團公司，DRS減速電機樣本，03/2013.

機械手范文第3篇

1、模仿人的手部動作，按給定程序，軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取，搬運和操作的自動裝置；

2、特別是在高溫，高壓，多粉塵，易燃，易爆，放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重，單調(diào)，頻繁的操作中代替人作業(yè)，獲得日益廣泛的應用；

3、機械手一般由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成，智能機械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

機械手范文第4篇

關(guān)鍵詞：模內(nèi)貼標 機械手 注塑成型 流程

中圖分類號：TS80文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2016）11-0175-02

在現(xiàn)實生活中，隨著智能化生產(chǎn)設備的應用，膜內(nèi)標貼（IML）技術(shù)逐步流行起來。膜內(nèi)貼標產(chǎn)品以其表面抗磨損、高清晰度、立體效果明顯、美觀、經(jīng)濟效益好等特性獲得了市場的認可。模內(nèi)貼標有兩種貼標成型方式：注射成型和吹塑成型。目前歐洲80%的模內(nèi)貼標是通過注射成型的。

模內(nèi)貼標生產(chǎn)線中，機械手控制器可控制機械手完成自動拾取標簽，精確放置標簽至相關(guān)模腔。智能機械臂的廣泛應用，大大降低了人工操作的危險性和勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

一、模內(nèi)貼標技術(shù)的生產(chǎn)工藝

模內(nèi)貼標過程中，標簽盒內(nèi)放有以單張形式疊放的印刷好并模切的標簽；隨后模具開啟，機械手吸附單張標簽，定位放置到開啟的模具內(nèi)。標簽印刷面朝內(nèi)，標簽外側(cè)涂有固態(tài)粘合劑，并以真空負壓或靜電吸附的方式將標簽吸附于模具壁；待模具閉合后，熔融的塑料注入模具而成型，此時借助模具的高溫，模具內(nèi)附有固態(tài)粘合劑的標簽熔化并與塑料容器結(jié)合成一體；經(jīng)冷卻后，再次打開模具，標簽和容器成為一體，成為成型容器的一部分。

模內(nèi)貼標技術(shù)與傳統(tǒng)貼標技術(shù)相比，具有以下幾個優(yōu)勢：

（1）通過完整的生產(chǎn)線流程，模內(nèi)貼標產(chǎn)品生產(chǎn)全部采用機械化和自動化生產(chǎn)，保證了生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。

（2）產(chǎn)品質(zhì)量高。通過塵絨麂皮及皮革對貼標膜的處理，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

（3）通過技術(shù)的更新，為生產(chǎn)廠家提供質(zhì)量和品牌的保護。

（4）由于是采用膜內(nèi)貼標技術(shù)，因此標簽不受外界溫濕度環(huán)境的影響，延長了使用壽命。

二、智能機械臂的應用現(xiàn)狀

在注塑機中，采用智能機械臂可以完成注塑工件、廢料拿取等自動化生產(chǎn)操作動作。通過與注塑機進行整合，可以形成一套完整的自動化生產(chǎn)專業(yè)設備。隨著注塑成型設備自動化程度的提高，機械手已成為注塑成型設備的關(guān)注焦點。

當前智能機械臂的應用類型多種多樣。一般通過功能、運動軌跡、抓取方式及動力系統(tǒng)進行分類。機械臂在國內(nèi)一般用于澆鑄行業(yè)，并沒有在其他行業(yè)中大規(guī)模使用。

三、機械手在注塑機模內(nèi)貼標工藝中的應用

（一）機械手在注塑設備中操作流程

根據(jù)加工工藝，注塑成型模內(nèi)貼標工藝主要分為圖1所示的七大步驟。注塑成型模內(nèi)貼標工藝是一個循環(huán)的過程，機械手主要完成取標和取件的工作。其中機械手如何準確而穩(wěn)定地取標并精確地將其放入模腔內(nèi)是生產(chǎn)系統(tǒng)中需要重點考慮的因素之一。

1.機械手取標、貼標流程

機械手的取標和貼標過程以模內(nèi)靜電吸附形式為例，在機械手上配置靜電產(chǎn)生器，當機械手將標簽移動至模具上方時，智能控制單元控制靜電產(chǎn)生器讓標簽產(chǎn)生靜電，這樣標簽將會自動貼在模具上。工序如圖2所示。

在整個取標、貼標過程中，機械手主要完成水平移動、垂直移動、旋轉(zhuǎn)等動作。

（二）機械手各系統(tǒng)間關(guān)系

在注塑成型模內(nèi)貼標工藝的循環(huán)過程中，機械手的操作動作與整個系統(tǒng)是否協(xié)調(diào)配合、機械手位置定位的精確度直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量。將智能交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及驅(qū)動系統(tǒng)有機結(jié)合，才能保證注塑用模內(nèi)貼標工藝的品質(zhì)。

1.控制系統(tǒng)

對各個執(zhí)行單元發(fā)出控制信號，并對作業(yè)執(zhí)行情況進行監(jiān)控，根據(jù)反饋信息對機械臂動作進行調(diào)整及修正。包括機械臂位置定位及控制部分，通常采用連續(xù)軌跡控制及離散點控制兩種方式。

2.動力系統(tǒng)

在生產(chǎn)線中，給各個器件提供動力驅(qū)動系統(tǒng)。目前有機械、電動、液壓及氣動等幾種方式。在實際生產(chǎn)中通常采用液壓及氣動兩種方式進行生產(chǎn)作業(yè)。氣動式操作便捷、移動迅速、接口簡單、造價低、維修方便；液壓式結(jié)構(gòu)緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、防爆性好，具有精度高及持續(xù)操控的特性，但由于漏油會對產(chǎn)品造成污染。

3.智能交互系統(tǒng)

機械手的定位、抓取、釋放等操作都需要機械臂、機械腕和抓取器等各個器件進行良好的交互。智能交互系統(tǒng)通過交互模塊指令完成相應執(zhí)行動作。

（三）機械手對模內(nèi)貼標工藝的影響因素

在整個生產(chǎn)中，尤其是在取標和貼標過程中，機械手的位置檢測能力、位置控制能力及網(wǎng)絡通信能力對貼標產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率起到非常重要的作用。

生產(chǎn)線操作過程中，為了避免重復貼標現(xiàn)象的出現(xiàn)，機械手貼標作業(yè)時必須精確定位標簽放置坐標。如果出現(xiàn)重標就可能出現(xiàn)貼標不正、未貼標等情況出現(xiàn)。如果機械手采取真空方式來吸附標簽，就必須考慮真空吸附力度問題。若吸附力過大就會吸附多頁待貼標簽。當吸附力不夠時，會出現(xiàn)掉標現(xiàn)象。氣壓和掉標問題還易導致缺標現(xiàn)象。針對這些問題，可以通過調(diào)節(jié)機械手的真空吸力、有效消除靜電的方法來解決。

智能化機械手與注塑機交互模塊的設計影響著整個生產(chǎn)線的效率。在生產(chǎn)線正常運轉(zhuǎn)過程中，機械手各個環(huán)節(jié)的傳感器將大量參數(shù)傳遞給位置控制系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)調(diào)用不同的位置控制程序提供依據(jù)，機械手控制系統(tǒng)實時將大量控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鲌?zhí)行部件。同時從圖2可以看出機械手與注塑機在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合才能更好實現(xiàn)“一模多腔”。這些因素使得整個生產(chǎn)系統(tǒng)需要具備完善的通信能力。

在模內(nèi)貼標工藝中，規(guī)定智能機械臂放置標簽的精確度在±02mm以內(nèi)。并且必須保證機械臂運行的精度及其穩(wěn)定性。機械臂定位精度可結(jié)合傳感器位置定位技術(shù)和調(diào)節(jié)機械手的控制系統(tǒng)不同算法與參數(shù)的方式來實現(xiàn)。

（四）模內(nèi)貼標機械手的研究熱點

（1）模內(nèi)貼標工藝中因重標導致的歪標、掉標等現(xiàn)象主要是因標簽間靜電過大引起的。消除靜電是保障貼標質(zhì)量的主要任務之一。全球靜電控制與消除行業(yè)巨頭英國制造商“密其國際”研制出消除靜電的發(fā)生器，由該公司994IML型模內(nèi)貼標高壓發(fā)生器和微型靜電發(fā)生器組合而成，通常應用于體積較小的拾標器中。

（2）針對機械手控制系統(tǒng)中的通信問題的研究，主要有基于CAN總線方式，及基于LabVIEW的串行通信方案，多數(shù)研究均是基于實際應用生產(chǎn)線、實際硬件及開發(fā)軟件而制定不同的通信方案。

（3）機械手定位精度的研究一直是關(guān)注的焦點，主要有針對機身震動特性的分析、機械手動力學分析及機械手原點回歸方案的研究。機械手最終定位的精度主要由控制系統(tǒng)的控制策略來決定。目前國內(nèi)機械手控制系統(tǒng)中主要采用模糊控制、自適應控制、魯棒控制及反饋控制等策略。

四、展望

當今歐洲市場約85%―95%的食品包裝物采用模內(nèi)貼標技術(shù)加工而成，歐美主要塑料制品公司通過引入模內(nèi)貼標成型設備提升產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效率，最終提升經(jīng)營收益。模內(nèi)貼標生產(chǎn)系統(tǒng)正向“一模多腔”“多模多腔”的趨勢發(fā)展著，而該生產(chǎn)系統(tǒng)中主要部件機械臂必然隨著智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展而廣泛應用。根據(jù)工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢，機械臂在今后幾年的發(fā)展趨勢如下：

（1）效率更高、精確度更高、易于維護；

（2）智能化、組件化、結(jié)構(gòu)簡單化；

（3）其控制系統(tǒng)向開放型控制器發(fā)展，采用模塊化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性；

（4）智能交互能力更強；通過智能控制和自主系統(tǒng)的有機結(jié)合，構(gòu)成完整的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]吳松琪，劉斌.塑件表面模內(nèi)裝飾技術(shù)應用現(xiàn)狀分析[J].塑料工業(yè)，2015，01：42-46.

機械手范文第5篇

[關(guān)鍵詞]PLC；涂料機械手；系統(tǒng)設計

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）44-0114-02

0 引言

應用機械手代替人手進行工作，直接減少了很多的勞動力，同時由于機械手可以連續(xù)地工作，從某種角度上講也是對人力資源的一種節(jié)省。因此，在綜合加工自動生產(chǎn)線上，機械手變得隨處可見。而本文設計的涂料機械手也使得生產(chǎn)自動化程度大大提高，而且也降低了工廠的成本，并且促進了生產(chǎn)線的柔性化或和集成化，更有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量和市場競爭力。

1 涂料機械手總體設計

1.1 涂料機械手的結(jié)構(gòu)和工作原理

涂料機械手屬于六個自由度和一個旋轉(zhuǎn)的機械手。可以完成機械手轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)、機械手主臂升降、機械手夾緊及松開工件和機械手轉(zhuǎn)臂在卸料安裝新料棒處停轉(zhuǎn)6個自由度的運動。

該機械手屬于氣動機械手，其主要由固定支撐作用的主軸、主臂、橫臂、轉(zhuǎn)臂和夾緊器五部分組成。

具體工作原理是：從初始位置開始旋轉(zhuǎn)

（1）A接近Y（定位）A執(zhí)行涂料工藝動作；

（2）B接近Z（并定位）B執(zhí)行淋沙工藝動作；

（3）C接近X（并定位）C執(zhí)行裝卸動作（完成一個動作的循環(huán)）。

1.2 涂料機械手工藝流程

本機械手有三個工位，分別為人工工位、涂料工位、淋砂工位。

人工工位是拆卸已完成的工件，安裝新料棒，然后按下運行按鈕。

涂料工藝動作：初始時，主臂上位，轉(zhuǎn)臂在高位，一切到位后，轉(zhuǎn)臂開始向低位轉(zhuǎn)，主臂向下位運行，同時夾緊器旋轉(zhuǎn)，20秒后，主臂到達下位。然后主臂向上運行，同時轉(zhuǎn)臂向高位運行，20秒后，主臂到達上位。隨后主臂向下，轉(zhuǎn)臂向低，此時加緊器反向旋轉(zhuǎn)，13秒后，主臂到達下位。然后主臂向上運行，同時轉(zhuǎn)臂向高位運行，7秒后，此時，主臂、轉(zhuǎn)臂到中間工位，旋轉(zhuǎn)電機停止。完成一個循環(huán)。工藝流程圖如圖2所示。

2 涂料機械手硬件設計

在設計硬件電路時，主要用到的元器件是接近開關(guān)、電磁閥、減壓閥、氣缸。

本次設計采用的是三位五通帶中位功能電磁閥。型號為4V330C-10。電壓電流為AC220V，5.5A。每個臂2個，共用6個。三位電磁閥的閥芯有三個工作位置，平時不通電，處于微啟狀態(tài)，閥門關(guān)閥。閥門還帶有手動裝置，使得長期關(guān)閥時也不需耗電。其采用特殊工業(yè)加工，摩擦阻力小，啟動氣壓低，使用壽命長，無需加油，附設手動裝置，利于安裝調(diào)試。三位電磁閥可視為一種結(jié)構(gòu)更為緊湊的雙聯(lián)電磁閥，它很方便地實現(xiàn)三位調(diào)節(jié)，得到了很多應用。

本設計使用的是三線制直流型接近開關(guān)，每個臂6個，共12個。其型號為LJ12A3-4-Z/BX，NPN常開，工作電壓為6-36V（DC），動作距離為4（2）mm，最大輸出電流為300mA。其通電時所產(chǎn)生的電壓降為0.3V左右，主要是輸出晶體管導通時的晶體管本身所產(chǎn)生的電壓降三線制“開關(guān)”靜態(tài)消耗電流1-2mA。其中接近開關(guān)的引線長度在200米以內(nèi)，以免電壓壓降過大。

3 涂料機械手軟件設計

涂料機械手軟件設計方案如下：

方案一：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴格的對應關(guān)系，用它編制復雜的順序功能圖的梯形圖時，會有很大幫助。

方案二：使用起保停電路的編程方式。使用一些輔助繼電器，雖具有易閱讀和易差錯修改的特點，但它存在著自保護觸點，編寫的程序復雜且較長。

方案三：采用STL指令的編程方式。STL指令（步進梯形指令）是專門用于步進控制的指令。使用該指令可以使編制順序控制程序更加方、清晰、直觀，而且易于調(diào)試和維護，且代碼較短。

故本次設計采用的就是STL指令的編程方法，即步進順控。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示：

4 結(jié)論

機械手控制系統(tǒng)采用PLC進行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動化程度，減少了大量的交流接觸器和硬件接線，且提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時，使用PLC進行控制，可方便更改生產(chǎn)流程，增強控制功能?？梢愿鶕?jù)工件變化的需要及工藝流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的不同工作需求，也為教學和科研提供了比較理想的平臺。

參考文獻