機(jī)械手在自動(dòng)化和機(jī)械化生產(chǎn)過程中具有良好的發(fā)展效果，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手取得了良好的發(fā)展效果，促進(jìn)了自動(dòng)化和機(jī)械化的有機(jī)結(jié)合，有效的防止對(duì)空氣造成的污染，使自動(dòng)化控制更具便捷性，對(duì)提高系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的實(shí)用性和穩(wěn)定性具有重要作用。

1、氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械手機(jī)械設(shè)備是模擬人手動(dòng)作的一項(xiàng)重要機(jī)械設(shè)備，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理編制程序和操作指令，來實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手自動(dòng)抓取和搬運(yùn)等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)化自動(dòng)化控制效果。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，還需要將相關(guān)的電子器件及氣動(dòng)機(jī)械手融入到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中來。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容主要包括定位開關(guān)、支架及汽缸等部件，在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)方法，確保設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性，將氣動(dòng)裝置和PLC 控制系統(tǒng)納入到氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中來，充分發(fā)揮兩者的重要作用。同時(shí)，還需要充分發(fā)揮傳感器在氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要作用，將傳感器作為重要的反饋和檢測系統(tǒng)，作為主要的檢測元件來使用，充分運(yùn)用氣動(dòng)裝置中的電磁閥來為PLC 提供信號(hào)裝置，將PLC 作為主要的控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)械過程的有效控制，確保機(jī)械手具備旋轉(zhuǎn)、上升和下降等動(dòng)作，能夠滿足氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)要求。

機(jī)械手在實(shí)際的運(yùn)行過程中，需要借助1 個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作和2 個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而完成物品的搬運(yùn)任務(wù)。旋轉(zhuǎn)工作的主要內(nèi)容包括擺動(dòng)汽缸、擺動(dòng)臂及擺動(dòng)位置等，旋轉(zhuǎn)工作的有效開展需要在各個(gè)部件的相互協(xié)作下開展，將工作行程設(shè)置為0° -180°之間。而升降運(yùn)動(dòng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中與升降汽缸、導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)柱等部件的共同作用有直接關(guān)系，通過共同作用，確保各項(xiàng)工作的有效完成。需要將工作行程設(shè)置為0-150cm，手部在工作中具有重要作用，需要在彈簧和汽缸的共同作用下完成挾持工件操作，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持力度的調(diào)節(jié)，需要通過彈簧預(yù)壓縮量來實(shí)現(xiàn)。

機(jī)械手在實(shí)際的工作中，要明確機(jī)械手的主要任務(wù)，將工件合格與否搬運(yùn)到不同的分支流水線上。

1.2 氣動(dòng)機(jī)械手工作原理

氣動(dòng)機(jī)械手由手臂及基座組成，其中手臂的主要作用是能夠在基座上進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)，可以結(jié)合自己的需要對(duì)手部進(jìn)行夾緊和放松。而基座的主要作用是完成手臂的回轉(zhuǎn)和支撐作用。氣動(dòng)機(jī)械手在實(shí)際的應(yīng)用過程中，通過實(shí)際需要設(shè)置不同類型的氣缸驅(qū)動(dòng)，通過運(yùn)用PLC 對(duì)電磁閥的閥芯位置進(jìn)行更改，對(duì)空氣流通的方向進(jìn)行控制，從而完成機(jī)械手的不同動(dòng)作。機(jī)械手在工作中的主要功能包括：放松功能、夾緊功能、左右旋轉(zhuǎn)和上升下降功能。

2、PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將氣動(dòng)機(jī)械手的壓力介于0.6MPa-1.0MPa 之間，需要運(yùn)用一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及2 個(gè)直線運(yùn)動(dòng)確保物品能夠順利完成搬運(yùn)任務(wù)，將工作行程設(shè)置為0°到180°，升

降運(yùn)動(dòng)需要在滑動(dòng)導(dǎo)柱、垂直導(dǎo)柱及升降氣缸的作用下完成，將工作行程設(shè)置為0-150cm。手部工作需要借助彈簧及氣缸來完成。
2.1 PLC 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。PLC 在實(shí)際的運(yùn)行過程中會(huì)涉及到大量物理量輸入和輸出形式，有助于獲取較多的數(shù)據(jù)信息，在實(shí)際的運(yùn)行過程中主要包括輸入處理、執(zhí)行程序和輸出處理等。

3、個(gè)階段的內(nèi)容，掃描周期的長短直接影響控制速度。在PLC 開始執(zhí)行運(yùn)行工作之后，需要運(yùn)用掃描的形式，對(duì)輸入和輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并將讀取到的內(nèi)容存儲(chǔ)到相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器中，有助于確保寄存器中狀態(tài)和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。當(dāng)掃描工作結(jié)束后，需要對(duì)PLC 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出處理，并對(duì)寄存器中的數(shù)據(jù)及狀態(tài)進(jìn)行更新，將數(shù)據(jù)上傳到相對(duì)應(yīng)的I/O 口上，做好驅(qū)動(dòng)外設(shè)的輸出工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用主站加從站的分布式控制模式，對(duì)強(qiáng)化兩個(gè)站之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元數(shù)據(jù)的有效控制具有重要作用, 方便人機(jī)交互。

2.2 氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)。氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)，按照系統(tǒng)的邏輯控制來實(shí)現(xiàn)，充分利用PLC 優(yōu)勢來對(duì)換向閥進(jìn)行自動(dòng)化控制。

在對(duì)氣動(dòng)控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用雙向調(diào)速回路方法，回路主要由升、降、伸、縮、放松、旋轉(zhuǎn)和抓緊組成。而為了確保氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)取得良好的應(yīng)用效果，需要運(yùn)用PLC來控制換向閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，對(duì)節(jié)流閥節(jié)流口流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)汽缸的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。

2.3 I/O 端口的分配。PLC 控制程序質(zhì)量的好壞直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行。在進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)思想，將控制程序分為手動(dòng)程序、公用程序和自動(dòng)程序三種。通過對(duì)機(jī)械手的工作狀態(tài)進(jìn)行了解可知，在進(jìn)行信息操作時(shí)，需要11 個(gè)輸入量及8 個(gè)輸出量。在西門子S7-200 系列的 AC/DC/RLY 型PLC 中，具有16 點(diǎn)輸出和24 點(diǎn)輸出，I/O 點(diǎn)數(shù)為40，共有7 個(gè)擴(kuò)展模塊，共可輸入和輸出248 個(gè)點(diǎn)。其中，XO-X7 中的主要功能按鈕有運(yùn)動(dòng)、連續(xù)、停止和氣動(dòng)等。在X20-X27 中，有夾緊、提升、縮回、右轉(zhuǎn)和伸出等按鈕。在Y1-Y7 中有縮回、伸出、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)等功能按鈕。X0 或X2 在接通后，能夠自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到手動(dòng)程序中。當(dāng)X0 或X2 斷開后，X3 或X4 會(huì)接通并跳至自動(dòng)程序中。

2.4 PLC 通訊實(shí)現(xiàn)。通訊控制系統(tǒng)是氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式主要包括以太網(wǎng)、DP 和MPI 三種形式，觸摸屏接口可以選擇以太網(wǎng)接口和IFBI 接口，需要使用IFBI 通過DP、MPI 通訊接口，以太網(wǎng)接口主要為以太網(wǎng)通訊提供通道。

氣動(dòng)機(jī)械手在實(shí)際的使用過程中具有易于控制、成本低和結(jié)構(gòu)簡單化特點(diǎn)，在對(duì)高低溫箱進(jìn)行控制時(shí)，主要是采用PLC 控制氣動(dòng)機(jī)械手，將準(zhǔn)備進(jìn)行高低溫補(bǔ)償?shù)淖兯推鞣旁诠の豢蚣苌?，確保高低溫補(bǔ)償系統(tǒng)框架的合理建立。需要確保氣動(dòng)原理制定和氣動(dòng)元件選擇的合理性，通過對(duì)多位置汽缸的合理運(yùn)用，強(qiáng)化了每層各工位間操作的合理性，提高氣動(dòng)機(jī)械手生產(chǎn)速度，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。