六工位机械手的驱动系统及控制系统分析

吴云峰，李松年

沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂，辽宁 沈阳 110142

随着市场向着多维度的发展，在机械制造行业出现了很多集灵活性、微小型于一身的零部件产品，为了满足市场的这种多元化的需求，很多加工企业都在不断地更新加工技术和加工机械，在技术上追求生产结构柔性化、通用化、智能化。所以，一些传统的设计与加工方法都已经很难适应当前的市场，一个企业要发展，就必须要经过不断的更新产品和加工方式，才能满足市场的竞争要求。六工位机械手就是在这个环境中产生的，它具有通用型、智能型、灵活型，还能够模拟人的手臂等高难度动作进行加工和生产，在机械的装配过程中大大地提高了工人装配的工作效率和加工产品的性能，同时还为节约成本保证质量提供了保障，还在不同程度上满足所有用户间的使用特性以及企业成批生产的要求，由于他的交货时间比较短，完全适用当前市场这种多变性的要求，从而大大提高了在市场中的占有率。

1 六工位机械手的功能与结构

1.1 机器手的概念及功能

机械手就是一种能够模拟人的手和臂动作的工业机器人，它能够依据设计者所预定的轨迹、程序和要求，进行准确灵敏地抓取、搬运和操纵各种工具，属于一种智能化的自动装置系统，机器手它有着很大的发展前景和适用范围，它属于机电一体化高科技典型产品，在工业加工行业他将逐渐替代人类，走进一些柔性自动化生产场所，完成所有恶劣环境条件人工无法完成的所有工作。

图1 六工位机械手动作位置与机械手工作流程图

因为六工位机械手有6条“手臂”，他们依次是阀体工位、安全阀检测工位、安全阀组装工位、垫片工位、弹簧工位、阀心工位，根据这些工位可完成6个工位的装配、转运和机械手的工作流程，主体结构如图1所示，在实际设计中要结合机械手的加工的具体功能和特点进行组装，总体结构通常都是大臂、机身、小臂、手爪等几个部分所组成。

1.2 机械手单元的特点与结构

本系统设计了关节型机械手，手爪属于悬挂式的手爪，利用气动和电动联合控制进行驱动，大臂、机身、小臂都是选用了步进电动机进行控制，手爪的抓取和升降选用了气动的控制装置。选择步进电动机主要原因就是为了更方便地将机械手和计算机相连接，从而实现数字控制，选择步进电动机控制的特点是如果输入1个电脉冲，就会相对应只能转动1步，也就是说当电动机绕组接受到了几个电脉冲，转子就会对应着转过几个步距角，他的优点就是容易实现开环控制。

2 六工位机械手的控制系统和驱动系统

2.1 驱动系统

依据电动机实现驱动，机械手的大臂、机身、小臂都是选用步进电动机进行驱动的；手爪部分的驱动系统工作原理是机械手的手爪部分的气动系统。

2.2 控制系统

本系统的控制系统使用的是PLC控制系统，选择PLC是因为考虑到PLC的灵活性，如果装配零件的数量和尺寸发生改变的时候，Ⅰ/O继电器的分配和Ⅰ/O点的接线都会出现不同的变化。控制的具体要求是机械手一定要按设计的动作顺序逐步完成相应6个工位上的工件接收和传送，具体流程图如图1所示；PLC控制系统程序设计主要是依据机械手手臂和机身的驱动元件（步进电动机）进行驱动的，所以，第一步就是了解步进电动机的PLC控制，当PLC的移位寄存器指令SHRB之后，就能得到步进电动机所需的脉冲序列。DATA数值输入，指令执行的时候会将该位的值移入移位寄存器；N为移位寄存器的长度（1～64）；S_BⅠT为寄存器的最低位；N为负值时右移位（由高位到低位），N 为正值时左移位（由低位到高位）。如果10.0“ON”时，使能端EN有效，整个移位寄存器开始移位，从M1.0到M1.5，左移6位，如果10.0为“OFF”则移位结束。

3 结论

机械手即工业机器人是一种能模拟人的手、臂等部分动作，按照预定的程序、轨迹及其他要求实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置，是具有发展前途的机电一体化典型产品，将在实现柔性自动化生产、代替人在恶劣环境条件下工作发挥重要作用。机械手的驱动系统和控制系统都是采用PLC控制。PLC控制器本身具有通用性、灵活性、可靠性强、易维修、易改装等特点，从而大大提高了机械手的通用性和灵活性，扩大了机械手的使用范围，降低了成本。

[1]机械设计编委会.机械设计手册第4卷[M].北京：机械工业出版社，2009.

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