基于PLC的气动抓取式工业机械手设计研究

平艳玲 刘波

摘 要：机械手在设计过程中，注重其自动化控制，能够实现一些较为复杂的工业操作。文章对气动抓取式工业机械手设计的研究，主要是基于PLC自动化控制下的抓取式机械手的设计分析，注重提升机械手的灵活性和智能性，以期更好地实现工业发展自动化。

关键词：PLC控制；工业机械手；设计研究

前言

工业生产领域中，很多工业操作靠人工是无法完成的，并且，一些操作具有较大的危害性，因此，要想实现工业生产目标，保证工人施工安全，工业机械手得到了较为广泛的应用。工业机械手可以进行一些高温、有毒环境下的工业生产，极大程度上保证了工人安全，同时也在很大程度上减缓了工人的劳动强度。基于PLC的气动抓取式工业机械手设计，将注重相关程序的具体应用，注重把握机械手设计的灵活性和自动性特征，通过一系列编程控制，更好地实现机械手的实际效用。PLC气动抓取式机械手，具有较高的可靠性，并且编程简单、功能强大，延伸和扩大了人的手足和大脑功能，更加广泛地应用于工业生产中。

1 气动抓取式工业机械手的构成分析

基于PLC的气动抓取式工业机械手设计，需要具有较高的灵活性和自动化发展特征，能够根据相应的程序设计，满足实际生产需要。因此，在进行设计过程中，气动抓取式工业机械手应包含以下几部分：执行机构：执行机构是气动抓取式工业机械手的重要组成部分，包括了手部、手腕、手臂和立柱等部件，是机械手完成生产目的的关键部分；气动驱动系统：气动驱动系统是指挥机械手完成工业生产的重要部分，利用气体压力进行驱动，使机械手完成任务；控制系统：控制系统相当于机械手的大脑，对机械手执行任务进行指令下达。一般来说，气动抓取式工业机械手的控制系统，主要以PLC自动化工业控制系统为主；相关检测装置：检测装置是进行位置调节的装置，通过检测装置可以更好地确定抓取目标，为实现抓取目的提供依据。机械手的构成，以PLC控制系统进行指令下达，之后由气动驱动系统进行机械能传输，使执行机构能够进行实际行动，并且根据位置检测装置，进行目标操作[1]。

2 基于PLC的气动抓取式工业机械手设计研究

2.1 设计要点

基于PLC的气动抓取式工业机械手在设计过程中，要注重机械手的抓取性能，在实际工作中，能够实现快、准、狠的工作效果。机械手设计过程中，手臂的运行方式有所不同，在进行手臂设计时，需要考虑到生产的实际情况，使机械手设计能够与生产实际状况符合。关于PLC气动抓取式工业机械手设计，要把握以下几点：第一，机械手臂设计时，坐标可分为直角坐标式、球坐标式、关节式等方式。第二，手臂的升降、收缩和回转运动要保证灵活性，能够较好地适应生产和抓取情况。第三，手臂的上下升降、左右旋转、上下摆动动作要具有较好的灵活性。第四，手臂要保证五个自由度，符合抓取需要。

2.2 设计方案

文章对基于PLC的气动抓取式工业机械手的设计研究，将从手指、手腕、手臂、三个方面进行。

手指设计分析：机械手在设计过程中，要具有较好的通用性能，能够进行有效的更换，以实现设计的效率性和多用性。手指在设计过程中，主要以气动抓取方式为主。气动机械手是用压缩空气为动力源的机械手。其特点是方便、输出力小、气动迅速。但是由于空气的可压缩性使其运送过程不稳定，抓取力控制在三十公斤以下。手指设计时，要有足够的握力并且手指间具有对应的开闭角，能够对工件进行准确定位。

手腕设计分析：手腕设计时，同样要以生产实际需要为主，手腕要具有较好的灵活性，更好地满足生产需要。设计时，若是抓取的物件是水平放置，则可以设置成为上下摆动的形式即可，若是抓取物件存在一定的复杂性，就需要将手腕设计成“球坐标式”，能够进行有效地活动，从而完成抓取工作[2]。

手臂设计分析：机械手臂在设计过程中，要保证其具有较大的灵活性。手臂是进行抓取工作的重要设计点，其速度关系到了机械手手指的抓取速度，文章对机械手臂的设计参数为最大移动速度为1.0m/s，回转速度为90°/s，移动速度为0.8m/s。手臂设计要具有速度性，它是实现抓取效率的关键部位。

2.3 控制设计

控制设计是基于PLC的气动抓取式机械手设计的难点，具有较大的复杂性，同时，控制设计也关系到了机械手能否发挥真正的作用。在控制设计过程中，需要考虑到机械手的通用性，并且采用点位控制方式，实现精确控制。控制设计时，要注重PLC工业自动化控制系统的应用。关于利用PLC自动化控制系统进行机械手控制的问题，如图1所示[3]。

PLC在实现这一目标时，需要通过程序编制，并且对程序进行执行处理，才能实现。PLC应用于气动抓取式机械手设计时，主要涉及到了以下设备装置：中央处理器、系统存储器、用户存储器、电源、编程器五大部分。这五个部分当中，中央处理器是PLC系统的核心，对气动抓取式机械手进行控制，电源、线路是实现PLC系统进行相关程序操作的关键。同时，编程器、系统存储器、用户存储器之间，需要通过I/O信号输入，才能实现效果。

PLC控制作用发挥时，需要事先有PLC系统进行命令发布，并且通过总机的数据处理系统，将指令进行传达，实现信号输送。关于PLC的气动抓取式机械手的工作情况，主要如下：机械手位于初始位置，受到控制系统控制，执行系统将推动机械手进行运动。同时，机械手各个主要部位受到执行系统控制，执行系统通过完成主系统下达的任务，进行机械手控制，完成机械手操作任务。基于PLC的气动抓取式工业机械手设计，将更加广泛的应用于自动化生产线。国外很多国家已将其成功的应用于成套的自动化生产设备中。机械手未来的发展，将朝着自动化、智能化、网络化的发展方向迈进，将更好的代替人从事高危险、高危害的工作环境，实现生产管理的智能化和自动化。

3 结束语

综上所述，文章主要分析了基于PLC的气动抓取式机械手的设计原理、设计方案、控制设计三个部分内容，并就气动抓取式机械手的特点进行了分析，实现了气动抓取式机械手的设计。气动抓取式机械手在工业生产过程中起到了重要的辅助作用，在实际设计过程中，必须注重这一点，使机械手设计能够更好地促进工业生产的发展和进步，满足我国现代工业更加自动化、智能化的发展需要。

参考文献

[1]蒋浩.基于PLC的工业机械手运动控制系统设计[D].南京信息工程大学，2012.

[2]张海英.基于PLC的气动吸盘式工业机械手设计[J].液压气动与密封，2013，3：74-76.

[3]程锦锋.基于PLC控制及气动驱动的工业机械手的设计与实现[J].职业，2013，9：99-102.

[4]孙燕良，张厚江，翟艳凤，等.基于PLC气动机械手的研究设计[J].森林工程，2011，3：45-50.