机械手臂设计精选(九篇)

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第1篇：机械手臂设计范文

关键词：陆地钻机 二层台机械手臂 石油钻杆排放系统 伺服驱动

1.引言

钻井作业过程中，二层台井架工的作业环境非常恶劣，高空露天作业，起下钻井架工在26米高的猴台上一站就是十多个小时，风吹日晒。为了改善井架工的作业环境，胜利油田钻井三公司机动办公室开始着手设计二层台机械手臂井架工伺服操作系统，井架工在钻台偏房内或是在司钻房内遥控操作二层台机械手臂，实现钻杆、钻铤摆正入指梁。该设计着重考虑四点：①适用于公司内部40、50、70型陆地钻机k型自起井架，方便安装和井队设备搬迁。②无需对二层台的承重进行改装，机械手臂小巧轻便，总重量控制在250kg以内。③操作简单、动作迅速灵敏准确，井架工在钻台面或司钻房内利用监控视频对机械手臂进行可视化遥控操作，钻杆摆放速度不低于人工摆放速度。④机械手臂露天作业，皮实耐用，防水防爆。

2.现有二层台机械手臂成型产品的介绍

针对以上四个要求，我们考察了国内外现有的钻井二层台钻杆摆放系统，都无法满足上诉四个要求。国内外钻杆摆放系统成型的设计目前可以大致分为两类，一类是将钻杆整柱提起，再利用液压手臂旋转摆正推送入指梁。该设计优点在于可以同时省去钻台面上两个钻工和二层台上井架工共三个人的工作量，但这种设计对于二层台的承重要求很高，必须对井架和二层台的结构进行全新的设计， 显然对现有井架进行改造不现实。例如，NOV（国民油井）公司和挪威MH公司的海上平台钻柱摆放系统（图1），国内杰瑞石油工程机械有限公司的二层台智能排管系统（图2）。第二种设计是钻工先把钻杆立柱的下端推到钻杆盒内，下放游车，钻杆立柱下端立在钻杆盒上，打开液压吊卡，然后用机械手臂抓住钻杆立柱摆正推送入指梁。这种设计只能节省井架工的人工劳动，钻台面上还需要人工完成，但是这种设计的好处是结构简单，二层台不承受钻柱的重量，只需要一个很小的力就可以将钻杆摆正就位。在现有钻机上增加二层台机械手臂，只能采用这种设计。目前采用第二种设计思路的成型产品只有NOV（国民油井）公司开发的，二层台液压机械手臂（图3）。我们在NOV的设计上大胆改进，采用全新的机器人设计理念，自主研发出了适用于40、50、70型陆地钻机K型自起井架的二层台机械手臂井架工伺服操作系统（图4）。

3.二层台机械手臂井架工伺服操作系统的设计

（1）结构设计和NOV的设计大致相同，都包含导轨、滑台、旋转台、伸缩手臂、机械手（图5）。整个机械手臂可以在导轨上前后滑动，左右转动，机械手臂向前伸出和向后缩回。 但是不同于NOV设计之处在于，我们的机械手臂安装在舌台的上部。这样有两个好处，第一，搬家无需将机械手臂拆掉，二层台挡风墙上有自动固定位置，机械手臂滑到挡风墙边上自动固定，二层台下部就是装车面，所以，机械手臂是一次安装，无需拆卸。这对于陆地钻机，平均一两个月就搬迁一次的搬家频率，大大节省拆卸安装时间。第二，机械手臂安装在舌台上部，安装电缆、保养、维修都非常方便。维修人员触手可及。NOV的设计一但出现任何问题，维修人员下去检修都非常困难。

（2）近几年伺服电机技术发展非常迅速，NOV的设计采用液压缸、液压马达驱动机械手臂我们的设计在二层台机械手臂上大胆采用机器人的设计理念，所有的驱动全部采用伺服电机加减速机的形式作为动力。导轨滑台采用滚珠丝杠传动，传动平稳、动作迅速、阻力小。旋转台和机械手臂部位全部采用涡轮蜗杆传动。相比NOV的液压系统，伺服电动机驱动，省去了液压站，液压管线，制造成本大大降低，伺服电机的维护保养和日常消耗成本也比液压系统小很多。伺服驱动系统的安装、维护、操控相比液压驱动系统优势明显。

（3）操控方面采用伺服电机速度控制系统，机构简单，控制手柄模拟信号直接控制伺服驱动器。井架工一只手握住操控手柄，前后左右推动手柄就可以控制机械手臂的伸缩，滑台的左右移动，旋转手柄可以控制旋转台的转动，拇指部位的按钮可以控制机械手抓的开合（图6）。机械手臂上安装有摄像头，机械手臂的所有操作全部在显示屏幕上可以看到，井架工在司钻房内可视化遥控操作，无需再爬上二层台。彻底解放井架工的体力劳动，改善工作环境，。

（4）滑块采用回型结构设计，丝杠和导轨上面铺设承重板材，机械手臂出现故障，无法工作，可以用摇把将机械手臂退回到挡风墙一边，井架工站在承重板材上面进行人工排钻杆作业（图7）。同时承重板材对丝杠和导轨起到防雨作用。

（5）该设计目前唯一的缺点就是，起钻过程中，必须有液压吊卡的配合才能开启吊卡。所以只能安装在配备有顶驱和液压吊卡的井架上。下钻过程中，利用机械手臂推送钻杆的撞击力就可以将吊卡口上。下一步的重点是将开吊卡的装置和机械抓手都安装到机械手臂上。实现无需液压吊卡的起下钻作业。

4.结束语

目前，数字样机的研发过程已经完成，全程通过delmia仿真软件进行数字样机的开发、有限元分析和仿真演示。模型样机零部件的设计、相关产品的选型和采购已经完成，下一步工作将围绕地面试验台的搭建，系统模型样机的组装和地面试验展开，计划年底能将模型样机安装到公司新出50DB钻机进行现场试验。

参考文献：

[1]蔡文军，张慧峰，孙，等. 钻柱自动化排放技术发展现状[J].石油机械，2008，36 （ 12）

[2]袁建民，赵保忠. 油管柱立式自动排架设计[J]石油机械，2006，34

[3]童征等.陆地钻机用二层台管具摆放系统的设计[J]石油机械 2011，39

作者简介：

田成辉，男，（1966.4?―）钻井三公司机动办主任

徐元春，男，（1980.6―）钻井三公司机动办干事

第2篇：机械手臂设计范文

1 汽车玻璃企业机械手臂的种类

?榱嗽谏?产过程中减少消耗、提高劳动效率、保证产品质量，因此汽车玻璃企业都已经广泛使用了机械手臂。机械手臂的使用能够更好地利用平衡原理，在保证玻璃安全的前提下，更加快捷、高效的在狭小空间内完成玻璃的移动定位，这一过程只需要作业人员的简单点动。现阶段使用的机械手臂按照结构形式，我们可以将其分为两类，分别是硬臂式机械手臂以及软索式机械手臂两种，企业应根据生产过程中的实际情况进行选择。下面我们分别对两种机械手臂进行分析、描述：

1.1 硬臂式机械手臂

硬臂式机械手臂由四部分组成，分别是夹具部分、机械手主机、气路控制系统以及地面行走机构。硬臂式机械手臂能够在厂房高度有限、工件重心远离悬挂点，并且工件需要倾斜或者反转的情况下使用。与此同时，硬臂式机械手臂配备有储气罐，能够保证在断气状态下继续使用一循环，而且还能够发出警报，在压力下降到一定程度时，启动自锁功能，保证零件的安全。由于硬臂式机械手臂配备有安全系统，因此操作人员无法在工件在运输过程中、未妥善方式的情况下进行释放。通过非标夹具的配合使用，硬臂式机械手臂的适用范围大幅扩展，几乎可以起吊任意形状的工件，因此这种机械手臂的适用范围极为广阔。

1.2 软索式机械手臂

软锁式机械手臂的功能与硬臂式机械手臂基本一样，而且通过配备储气罐的方式，断气状态下继续使用一循环，并且能够向操作者提出警报。软锁式机械手臂通过配合使用各种非标夹具的方式能够实现生产范围的扩大，这种生产方式具有简单实用、价格低廉的特点。

2 机械手臂的特点

机械手臂具有通用性高、可编程、体积小、重量轻、拟人化以及机电一体化等特点。除了部分专门设计的非标机械手臂外，绝大多数的机械手臂都能够执行不同的作业任务。例如：通过更换末端操作工具执行不同的作业任务，而且机械手臂在结构上类似于人体，由电脑控制可以进行多种动作，完成不同的任务。由于机械手臂能够进行再编程，因此我们可以完成小批量、多品种的生产制造。此外，由于机械手臂涉及到多种专业技术，是微电子技术、计算机技术、网络技术以及机械技术的综合应用。

机械手臂最显著的特点就是能够降低作业人员的劳动强度，在保证产品质量的同时，提高生产效率。机械手臂的动力是电能，设备本身通过提前输入程序，过程中进行有效保养，就可实现机械手臂的快速、敏捷、不停顿、精确地动作，因此能够在保证产品的质量的同时，提高生产效率。最后，机械手臂的应用，避免了企业作业人员在危险环境下作业的几率，有效提高了企业的安全生产水平，为企业的长远发展提供了有力支持。

3 机械手臂在实际中的应用

汽车玻璃均为安全性玻璃，主要有钢化玻璃以及夹层玻璃两种，在前风挡上采用的是夹层玻璃，避免由于玻璃碎裂而对驾驶员造成安全威胁，而汽车的侧后风挡大多数都采用钢化玻璃，保证在被外力破坏时，能够碎裂成碎小钝角颗粒，避免对汽车内成员的二次伤害。虽然这两种玻璃在使用过程中都能够有效保证驾驶员以及车内其他成员的人参安全，但是生产过程中，由于半成品玻璃未经过热处理，仍旧会给作业人员产生安全隐患，因此绝大多数的汽车玻璃企业都通过加大机械手臂的应用来缓解这种情况。

汽车玻璃加工过程中最为危险的一道工序就是将原片玻璃搬上工作台，而且由于原片玻璃的尺寸过大，极易在运输过程中造成损伤，导致玻璃碎裂的可能性增加。现阶段汽车玻璃企业中应用的六轴机械手臂就有效解决了上述问题。

在机械手臂前段安装波纹真空吸盘、顶针、光控以及超声波传感器等零件来协调机械手位置，自动进行玻璃的吸附，保证能够平稳将其从货架上运至输送台上。绝大多数的六轴机械手臂前段至少安装三个控制系统，使玻璃面与吸盘整体面平行。六轴机械手能够多方位隐形调节使其达到满意的平面及角度，通过归纳总结，这种机械手具有精度高、灵活性强、适应性好的优点，但是由于价格高、维修困难，需要固定底座位置等原因，也在一定程度上限制了技术的应用。

现阶段，很多汽车玻璃企业都与大学、设计院等进行有机联合，根据企业的实际生产情况设计机械手臂，例如：北京某汽车玻璃企业同北京某大学联合，设计了一套既经济实惠，又能够满足生产需求的机械手臂，由于企业的生产车间内空间狭小，将手臂设计成吊挂式，这种手臂在实际的应用过程中展现出了效率高、操作简单、结构简单以及维修方便的优势，在初加工阶段应用的效果非常明显，但是由于对吸附玻璃时对摆放精度要求较高，因此不能在复杂工序中使用。

最后，我们常用的汽车玻璃有锡面和非锡面两种，通过六轴机械手臂我们能够将锡面相反的玻璃翻转过来，这就通过搬运过程中检测的方式，保证了玻璃的摆放顺序，还能够加快生产流程，避免安装错误情况的发生。

机械手臂作为汽车玻璃企业中应用频率最高的设备之一，很大程度上决定了企业的未来发展情况，因此现阶段大量的资金以及人力偏向于机械手臂的研究与改进。相关资料表明，未来的机械手臂必然会向着精度高、定位准确、模块化、机电一体化、多臂机械手以及联网机械手等方向发展。未来的机械手臂在完成现有工作的同时，通过大量先进技术的应用实现更高精度的生产与运输，将随机误差控制在最小范围内；而且机械手臂还能够通过不同模块组合的方式，完成不同的生产任务，具有极高的灵活性；机电一体化的实现，还能够减少设备的占地面积，降低维修、检查难度，提高可靠性；鉴于未来复杂的生产条件，以及较高的生产效率要求，多臂机械手必然会应运而生；与此同时网络技术的发展，也会使机械手的生产更加灵活多变。

第3篇：机械手臂设计范文

目前，由于机械手技术有了快速的发展，同时PLC控制技术以及点控制技术也在生产实践中得到应用，所以，适合在工业自动化生产中使用的通过机械手也有了不小的进展。因为气动机械手具有诸多优势，比如结构简单、定位精确、控制便捷等，因此被自动化生产线大量采用。本文将结合自动化生产线的实际情况，进行基于PLC与步进电机的气动手搬运机械手控制的探讨。

一、起动机械手的机构及原理

1、气动机械手的结构

该气动机械手的结构如图1所示，其中1为推料气缸，2为工作库，3为单杆气缸，4为双导杆气缸，5为气动手抓，6为转轴，7为步进电机，8为传送带。在以上组成元件中，燃料气缸主要负责在工件库中推送工件；气动手抓则是用来抓紧工件或放松工件；双导杆气缸是用来控制机械手臂进行缩回或者伸出动作；单杆气缸可以提升或者降低气动手抓；不仅电机控制着机械手臂的旋转，并且依据脉冲数量来保障定位准确。

2、气动机械手的工作原理

本文探讨的气动系统包括了推料气缸、升降气缸、伸缩气缸和气动手抓等组成部分。其中，单电控制二位五通阀负责控制推料气缸、升降气缸以及伸缩气缸。而气动手抓则是被双电控制二位五通阀来进行控制。至于气缸动作过程中的稳定性，一般通过单向节流阀来控制其速度，速度得到控制以后，气缸在运动过程中的稳定性即可大大提高。该气动机械手在工作中遵循以下流程：工件存料后气动机械手向前伸出―前臂降低―工件被气动手指夹住―前臂抬升并缩回―手臂向右旋转―手臂前屈―手爪把工件放进料口―手臂缩回―机械手复位，直到下一个工件就位，这一过程循环进行达到工作的目的。在本系统中，为了保障机械手的定位准确，把电感传感器装置在机械手底座处，当作其基准传感器。并且在机械手向左、向右旋转到最大位置处加装限制装置。

二、气动机械手控制标准

对于气动机械手控制标准，主要体现在搬运工件的工作中，不仅要准确控制其操作，还要同步呈现系统的状态。在遇到紧急事件时，可以进行相应的处理。具体要求分三个方面：（1）机械手在工件到位后向前伸出手臂，当传感器检测后，手爪气缸延迟0.5秒后下降，在限位传感器感应后，同样延迟0.5秒再抓取工件，手抓接受到加紧信号之后，延迟0.5秒上升气缸，到位后手臂气缸回缩，缩回限位到位之后右旋转，到达一定角度之后手臂向前伸出，伸出限位后手爪气缸降低，下降限位后，手动手爪延迟0.5秒松开工件，手爪提高限位后，手臂气缸向后缩，缩回限位后手臂进行左旋转，直到下一个工件就位，再重复以上要求。（2）启动、停止、复位、警告。在该系统通电，“复位”被点动后系统复位，并且清除干净存料台。点击“启动”按钮之后，表示缺料情况的黄灯会闪烁，设备在放进工件后再运转。当点动“停止“按钮后，全部元件都会暂停工作，警告灯也会点亮，同时缺料黄灯也会继续闪烁。（3）系统意外断电的处理。设备会在系统意外断电后暂停工作。直到电源供应恢复之后，点击“复位”按钮，并且再次点动“启动”按钮，这个时候机械手会执行控制要求（1）中的有关内容。

三、气动机械手控制系统的设计

1、气动机械手控制系统的硬件设计

本系统在动作流程上主要根据气动机械手控制系统的工作原理，并且结合电磁铁的状态和步进电机的方向信号DIR和脉冲信号的状态来安排气动机械手的动作顺序。在PLC I/O口分配方面，主要依据该系统输出与输入的数量特征。决定将控制器选择为西门子S7-200系列PLC。该气动搬运机械手控制系统的I/O口分配情况如表1所示。

2、气动机械手控制系统的软件设计

在本文中的机械手软件设计过程中，步进电机的控制是比较复杂的难点。对于步进电机控制系统而言，其驱动器的方向信号DIR和脉冲信号PLU是由Q0.1和Q0.0分别提供的。利用程序对步进电机的旋转方向和脉冲数目进行相应设置后，基本上可以保障机械手向左、向右旋转的准确度。结合步进电机的动作特征，应用S7-200PLC的脉冲指令PLS来保证步进电机的定位。其中，高速脉冲指令包括宽度可变脉冲PWM和高速脉冲PTO这两种类型。由于PTO方式能够有效控制脉冲数量和周期，所以被该系统采纳。步进电机一旦在启动瞬间发生高频脉冲增加的情况，会导致电机出现失步等故障。为此，步进电机在进行启动、运行、停止、高速运行、减速等阶段时，可以在PTO指令过程中运用多管线控制手段。

结论

本文进行基于PLC与步进电机的气动手搬运机械手控制系统的设计，通过相关实验，证明了该机械手控制方便、定位精确，可以长期稳定的运行。在实际生产过程中可以结合需要来调整机械手动作流程，提高其适应性。

参考文献

第4篇：机械手臂设计范文

Abstract： In today's society， science and technology has rapid development， and also the graphic monitoring has great improvement in the field of industrial automation. This design from the teaching point of view， introduces the overall structure of graphic monitoring robot teaching platform， using graphic monitoring to complete the simulated operation can not only monitor the manipulator， but also can simulate control. Through powerful animation function of configuration software can display the action process of manipulator in real time， through the simulation manipulator drawing， doing variables， programming to realize the simulation of the manipulator operation， the application of animation to simulate the effect of the manipulator operation reduces the difficulty of learning， but also can absorb the experience in a large extent and master knowledge.

关键词： 机械手；PLC；图形监控；组态技术

Key words： manipulator；PLC；graphic monitoring；configuration technology

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0227-03

0 引言

随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，计算机应用的日益普及，在专业教学中，利用计算机进行仿真教学已经引起人们充分关注。从组态软件的内涵上说，组态软件是指在软件领域内，操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置（包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等）用户应用程序的过程，也就是把组态软件视为“应用程序生成器”。从应用角度讲，组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台，它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域，还可应用于仿真教学和技能鉴定考核等领域。

图形监控机械手教学平台是一种适合大中专学生的具有开放式特征的教学平台。是多种高科技的融合，可以完成电工、电子、PLC、机械设计、传感器、机电控制、触摸屏技术、组态技术等许多课程的几百个实训实验。图形监控机械手教学平台的作用主要以展示机械结构、运动特征和功能关系为主。相对于工业机器人具有它的特殊性：首先，一台图形监控机械手教学平台相当于一个试验平台，要能显示多种运动性能。因此，利用组态软件可实现远程控制、可视画面同步和实时监测从而构成一个集动作控制、过程监测与控制的网络化、智能化、综合化、组态化的自动控制，在我国现代化工业发展进程中将起到巨大的推动作用。本文采用三自由度圆柱坐标型机械手结构，图形监控示教器采用组态软件和触摸屏，控制系统采用可编程序控制器，设计了图形监控机械手教学平台，具有造价低、调控容易、重复性好的特点。

1 图形监控机械手教学平台描述

如图1所示，图形监控机械手教学平台主要由图形监控示教器、机械手（手部和运动机构）和控制系统四大部分构成。

1.1 图形监控机械手教学平台功能及模块

①图形监控示教器：是人机交互（即运动轨迹的录入、编辑、储存，支持的图案元素，输入方法为引导示教式），主要由PC、组态软件和触摸屏来实现。

②机械手：主要由手部和运动机构组成。

1）手部是用来抓取工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种形式，如夹持型、托持型和吸附型等，主要由气缸、气控机械抓手来实现。

2）运动机构是使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式；主要由电机、步进电机及驱动模块来实现。

③控制系统：完成插补计算，脉冲输出及与电机驱动器信号的连接，位置测量，逻辑处理（限位信号，操作信号等），具有在线控制和离线控制功能（在线控制通过上位机控制软件实现控制，离线控制采用面板控制），主要由步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、单片机及PLC控制电路来实现。

1.2 图形监控机械手教学平台控制方式 图形监控机械手的控制方式为手动和自动两种。工作过程为：

①进行手动控制时，手臂的升降、伸缩和腰部的回转、夹钳等张合的各流程需要进行点动控制。

②自动控制时，机械手首先回到初始位置，接着水平手臂伸出，碰到限位开关后停止，然后垂直手臂下降，碰到下限位开关停止运动，手爪电，夹紧工件，然后垂直手臂上升，碰到上限位开关停止，腰部顺时针旋转，直到碰到限位开关停止，手臂下降到下限位开关后，手爪电机反转，松开工件，最后垂直手臂再上升，水平手臂缩回，腰部逆时针旋转，回到初始状态。整个过程实现了将工件从A位置搬运到B位置。

2 图形监控机械手教学平台系统设计

2.1 图形监控机械手教学平台控制要求

①图形监控机械手教学平台具有启动、停止、水平移动（左移、右移）、垂直移动（上升、下降）、夹紧、放松等动作功能。

②可以通过启动、停止按钮控制机械手的启动、停止。

③机械手在原点位置，按下启动按钮后，机械手下降至工件处夹紧工件携工件上升至上限位右移至右限位（下一个工位上方）下降至指定位置放下工件后上升至上限位左移至左限位，回到原始位置。此过程反复循环执行。

④机械手运动过程中，如果按下停止按钮，机械手并不马上停止，而是继续工作，直到完成本周期操作，回到原始位置，之后停止，不再循环。如果按下急停按钮，机械手停在当前位置，解除急停后，按下复位按钮，机械手复位，停在初始位置等待重新开始操作。

⑤机械手的水平移动、垂直移动、夹紧、放松通过PLC控制的电磁阀实现。

2.2 图形监控机械手教学平台硬件设计 图形监控机械手教学平台的控制系统一般包括两个进步电机、一个直流电机、一个电磁阀，该系统可以让单台PLC进行多个对象控制，只有适当的选用高性能的PLC，才能实现该系统完全的控制功能。为了师生直观方便的使用，给予上位机/触摸屏（图形监控示教器）进行监控，如图2所示的控制结构。用于发讯息的开关如按钮、光电开关和行程开关作为PLC的输入信号，PLC的输出控制步进电机驱动器、继电器和电磁阀，用于完成手臂的升降/伸缩（左右）步进电机、手爪旋转直流电机和手爪夹紧/放松等控制。

①图形监控机械手教学平台控制系统的核心是三菱FX1N-24MT型PLC。该PLC有14点输入，10点输出，输出接口为晶体管型。步进电机、直流电机与PLC一般是不直接相连的，PLC与步进电机驱动器、接触器或者继电器的线圈相连。为了实现直流电机的正反转及安全互锁等问题，PLC输出端子接中间继电器，该继电器为直流继电器，具有4对常开常闭触点，额定电压为12V，能够满足直流电机互锁要求。

②图形监控机械手教学平台的控制系统中有两个步进电机、一个直流电机和一个电磁阀分别控制垂直手臂升降、水平手臂伸缩（左右）、腰部旋转和手爪夹紧/放松。垂直手臂步进电机由升/降步进电机驱动器控制上升和下降；水平手臂步进电机由左/右步进电机驱动器控制手臂伸出和缩回；腰部旋转直流电机由继电器分别控制顺时针转和逆时针转；手爪夹紧/放松由电磁阀分别控制夹紧和松开。同时为腰部旋转和手爪夹紧/放松输出端设置了互锁，这就实现了腰部旋转左转和右转、手爪夹紧和放松之间的互锁，防止输出相反的两个继电器和电磁阀同时为“ON”。

③图形监控机械手教学平台的控制系统还设置6个限位开关，分别安装在机械手的垂直手臂的最高位和最低位、水平手臂的最长位和最短位、腰部两侧，用于检测机械手的位置，机械手手爪的夹紧/放松由PLC内部的时间继电器控制。

④为了便于生产加工和维修、调整，设置了工作方式选择开关。当开关置于“自动”位时，机械手将工件从一个位置搬运到指定位置卸下，并返回原位等待下一个工件到来，全部自动进行；置于“手动”位时，通过按钮机械手垂直手臂的升降、水平手臂的伸缩、腰部的旋转、手爪的放松、夹紧等各动作流程进行点动控制。同时，为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断PLC的负载电源，设置了交流接触器，在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使交流接触器线圈得电并自锁，交流接触器的主触点接通，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。

2.3 图形监控机械手教学平台软件设计 图形监控机械手教学平台运行方式有两种，首先在控制面板上或图形监控示教器选择运行方式，如果选择了“手动”方式，程序按照手动程序运行，如果选择“自动”方式，程序首先检查机械手是否位于原点位置，也就是满足初始状态，满足的话则进入自动运行程序，不满足的话先完成回原点程序再进行自动程序的运行。控制系统的流程图如图3所示。

2.4 图形监控机械手教学平台监控系统设计（图形监控示教器）

2.4.1 实现机图形监控械手教学平台运行的动态演示

组态软件集成了图形技术，人机界面技术，数据库技术，控制技术，网络与通信技术，使控制系统开发人员不必依靠某种具体的计算机语言，只需通过可视化的组态方式，就可完成监控软件设计，降低了监控画面开发难度。组态软件拥有丰富的工具箱、图库和操作向导，使开发人员避免了软件设计中许多重复性的开发工作，可提高开发效率，缩短开发周期，已成为监控系统主要的软件开发工具之一。

组态软件提供了多种控制器件库、图形控制和功能组件，可组态各种显示与控制功能，创建画面和信息并将其与PLC程序链接，以图形形式显示系统操作状态、当前过程值及故障信息，提供友好的人机界面来操作被监控的设备或系统，对PLC系统中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，满足各种监控要求。

利用组态软件创建一个工程项目，在工程项目中创建一个“初级演示”画面，在“初级演示”画面上可以设计如图4所示的图形监控械手教学平台监控示意图，再设置垂直手臂升降、水平手臂伸缩（左右）、手爪夹紧/放松、工件、运行标志a、次数a等内存变量，设置矩形A、B、C等图形部件相关的动画组态，并设计初级演示画面的命令语言程序，反复调试，完成该工程项目的组态。

2.4.2 图形监控示教器控制PLC实现机械手动作 利用组态软件在工程浏览器中创建一个“简易控制”画面，在“简易控制”画面可以设计如图5所示的图形监控机械手教学平台控制图。

将三菱FX系列PLC与计算机或触摸屏的COM口连接，在工程浏览器中配置设备三菱PLC，再设置放松、夹紧、下移、上移、右移、左移等变量，这些变量分别与三菱PLC的输出端相关联，设置运行标志b、次数b等内存变量。设置图形部件、指示灯等图素相关的动画组态，并设计控制画面的命令语言程序，反复调试，完成“控制”画面的组态。

运行该工程项目，打开“简易控制”画面，可实现图形监控械手教学平台控制运行的仿真动态演示。运行过程中，伴随机械手的动作，相关的指示灯点亮或熄灭。

2.4.3 实现图形监控示教器与PLC联动的仿真教学 利用组态软件在工程浏览器中创建一个“仿真控制”画面，在“仿真控制”画面可以设计如图6所示的图形监控机械手教学平台仿真控制图。

设置运行标志c、次数c等内存变量。打开图库，选择开关图形，在六个指示灯旁放置六个开关。根据简易机械手的控制要求，在PLC内编制图形监控械手教学平台控制程序。设置图形部件、指示灯、开关等图素相关的动画组态，并设计仿真控制画面的命令语言程序，反复调试，完成“仿真控制”画面的组态。

运行PLC程序，运行图形监控械手教学平台控制组态工程，用组态软件实时显示图形监控械手教学平台的动作过程，用PLC控制图形监控械手教学平台步进电机、直流电机和电磁阀，实现组态软件与PLC联动的仿真教学。

2.5 图形监控机械手教学平台运行调试 为了保存所有的组态设置，就需要关不所有组态监控程序。这时候将PLC程序下传到PLC装置中让其运行，为了进入组态工程运行界面，就需要切换到离线状态，然后在启动组态软件。在运行过程中，我们可以通过按钮的操作检测出所编的程序是否正确。经过运行测试后，该教机械手教学平台控制系统的动作才能进行有效监控，PLC程序才能达到控制要求。

3 结论

图形监控对机械手控制系统进行监控的时候，要以最少的人员配置来加强对机械手的管理，这样能够提供较为清晰、准确的机械手运行状态，以此来为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。本文通过介绍图形监控机械手对教学有很好的辅助作用，机械手控技术既是一项复杂的随机系统又是一项综合型的技术。

参考文献：

[1]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS用户指令.

[2]朱慧玲.教学机器人的开发与设计[J].机电产品开发与创新，2007，20（2）：17.

第5篇：机械手臂设计范文

关键词：气动机械手；可编程控制器；控制系统

引言

在现代工业生产过程中，气动机械手由于有气源使用方便，没有环境污染，工作安全可靠，易于维修，广泛应用于流水线生产，机械加工，注塑，仪表等工业中，提高生产效率。本文以三自由度机械手为研究对象，设计了基于PLC的机械手控制系统，并在西门子S7-200的PLC上得到实现。

1 系统结构和功能介绍

气动机械手的结构如图1所示。

机械手气动控制回路原理见图2，主要由升降气缸、导杆气缸和旋转气缸组成。其中升降气缸、导杆气缸、旋转气缸使用单电控换向阀，通电时气缸伸出，断电后气缸自动缩回。手指夹紧气缸使用双电控换向阀。由于双电控换向阀具有记忆作用，如果在气缸伸出的途中突然失电，手指夹紧气缸仍将保持原来的状态，可保证夹持工件不会掉下。

机械手的动作过程如下：

（1）检查机械手是否处于初始位置。初始位置：升降气缸处于上升位置，旋转气缸位于左边位置，导杆气缸位于缩回位置，夹紧气缸位于放松位置。若不在初始位置，按下复位按钮，让其恢偷匠跏嘉恢谩

（2）按下启动按钮，机械手在工位1进行抓取工件过程：手臂伸出手爪夹紧抓取工件提升台上升手臂缩回。

（3）机械手到达工位2位置进行释放工件过程：手臂伸出提升台下降手爪松开放下工件手臂缩回。

（4）放下工件之后，机械手要回到初始位置，自动进行下一个工作周期。

（5）在工作过程中若按下停止按钮，机械手完成一个工作周期，回到初始位置。

2 PLC控制系统设计

根据机械手控制要求，有11个输入信号，6个输出信号，选用S7-200系列的CPU226 DC/DC/DC型号的PLC，I/O分配表见表1：

根据其控制要求，可以得到其控制流程图，见图3。

其编程实现可以通过三种方法实现：

（1）利用起保停程序实现。

（2）步进指令。

（3）左移位指令。

3 结束语

气动机械手价格低，动作准确，便于维护，易于控制，可靠性高，能在恶劣的环境下工作，减轻了人工成本，改善了工作环境，具有很强的实用价值。

参考文献

[1]姜继海，宋锦春，高常识[M].高等教育出版社，2002.

第6篇：机械手臂设计范文

关键词：机械手；PLC；自动控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 07-0000-01

PLC Automatic Control of Unloading Manipulator

Liu Xuesheng

(Weifang Branch of Shandong Special Equipment Inspection Institute,Weifang261061,China)

Abstract:Industrial robots have been developed in foreign countries more and more applications,but also present in relatively small domestic applications,the paper discharge PLC automatic control of the robot has been studied in the hope that the relevant departments Reference.

Keywords:Manipulator;PLC;Automatic control

一、前言

PLC是一种工业控制用的计算机，在设计理念上，是计算机技术和继电-接触器控制电路相结合的产物，它将继电器系统的优点与计算机控制系统的编程灵活、功能齐全、应用面广、计算功能强大等优点结合起来，避免了电气控制固定接线的缺点，有逐步取代继电接触器逻辑控制的趋势，在电气控制领域已得到广泛应用。PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却和微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放。CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。

二、卸料机械手的PLC控制系统设计

（一）卸料机械手的控制要求。机械手的所有定位可根据第四章所求的运动结果来安装限位开关，由限位开关来控制，把机械手抓取在第一段生产线上的电机座的位姿和第二段线上电机座的位姿代入相应公式可求出对应的关节变量，通过这些关节变量来确定机械手的限位开关的位置。机械手的全部动作由油缸和液压马达驱动，而油缸和液压马达的控制又由相应的电磁换向阀控制。如前伸电磁阀通电时，机械手才前伸，当前伸电磁阀断电时，机械手的前伸动作才停止；机械手的缩回电磁阀通电时，手臂才执行缩回动作，当机械手的缩回电磁阀断电时，机械手的缩回动作才停止。

当机械手位于原点时，按下启动按钮，如果光电开关检测到有工件，则前伸电磁阀通电，机械手开始执行前伸动作，当前进到一定距离后前限位开关动作，前进停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧工件后上升电磁阀通电，机械手上升，上升到顶时碰到上限位开关上升电磁阀断电，上升停止；同时接通臂部右转电磁阀，机械手臂开始右转，碰到手臂右转限位开关时右转即停止；同时接通手腕顺时针回转电磁阀，手腕开始顺时针回转，当碰到限位开关后，手腕回转动作停止；同时接通下降电磁阀，手臂开始下降，当碰到下限位开关时，下降动作停止；同时接通松开电磁阀，机械手松开工件；松开工件后接通缩回电磁阀，手臂缩回，当碰到后限位开关后缩回动作停止；同时接通臂部左转电磁阀，机械手臂围绕轴线左转，碰到左转限位开关后左转停止；接通手腕逆时针回转电磁阀，手腕产生回转动作，回转180度后逆时针回转电磁阀断电，机械手回到初始位置。机械手经过十步动作完成一个工作周期。

机械手的操作方式分为手动操作和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。

为了满足整个系统的调试与维修和应付某些紧急情况，本机械手采用手动和自动操作相结合的操作方式。

手动操作：就是用按钮操作对机械手的每一种运动进行单独控制。如：当选择前伸/缩回运动时，按下启动按钮时机械手就前伸，按下停止按钮，机械手就下降；当选择上升/下降运动时，按下启动按钮，机械手上升，按下停止按钮，机械手下降；当选择右转/左转运动时，按下启动按钮，机械手右转，按下停止按钮，机械手左转；当选择手腕顺/逆时针运动时，按下启动按钮时，手腕顺转，按下停止按钮时手腕左转。

单步操作：就是每按一次启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。

单周期操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后自动停止。在工作中如果按下停止按钮则机械手动作停止，重新启动时需要用手动操作方式将机械手移回原点，然后按下启动按钮，机械手又重新开始单周期操作。

循环操作：机械手从原点开始，按下启动按钮机械手将自动的、连续不断的循环工作。在运行中如果按下停止按钮，则机械手动作停止，重新启动时需要用手动操作方式将机械手移回原点，然后按下启动按钮，机械手又重新开始连续操作。工作中如果按下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

（二）输入/输出设备及I/O点数。1．输入设备：用来产生输入控制信号。操作方式转换开关：该开关有手动、单步、单周期、循环等四个位置可供选择。手动时的运动选择开关：该开关有前伸/缩回、夹紧/放松、右转/左转、上升/下降、腕顺转/逆转等五个位置可供选择。启动、停止和复位按钮。位置检测元件：主要是前限、后限；上限、下限；左转限位、右转限位；腕顺转限位、逆转限位都是用限位开关来来检测的。工件到位检测：使用光电开关检测工件是否运送到位。2．输出设备：由PLC的输出信号驱动的执行元件。该系统中包括前伸电磁阀、缩回电磁阀、夹紧电磁阀、放松电磁阀、上升电磁阀、下降电磁阀、臂部右转电磁阀、臂部左转电磁阀、腕部顺转电磁阀、腕部逆转电磁阀。原点指示灯用以使机械手处于原点时进行指示。

三、PLC程序设计

当操作方式选择开关置于“手动”时，执行手动操作。当操作选择开关置于“单步”、“单周期”、“循环”时，其对应的输入点接通，执行自动操作。执行自动操作时，当操作开关位于“连续”时，启动后，辅助继电器M200接通，程序自动循环；当操作开关位于单步时，M200同样接通，程序也可以循环，但必须是每按一次启动按钮执行一步；如果操作开关位于“单周期”或运行过程中按下复位按钮，则M200复位，程序执行完一个周期后自动停止。由于手动程序采用跳转指令，所以这两个程序段可以采用同一套输出继电器。

参考文献：

第7篇：机械手臂设计范文

关键词：PLC，模拟机械手，电磁阀，工作周期，输入输出地址，梯形图

今天微电子技术与计算机自动控制技术的交叉飞速发展，推动了电工新技术应用迅速推广。THJDQG-1型生产线是天煌教仪为职业教育培训研制的通用性模拟生产线设备，可以满足实训教学或技能竞赛需求，由上料皮带输送线、搬运机械手、分类仓储和PLC等组成，它在接近工业生产制造现场的基础上又针对教学实验实训进行了专门设计，强化了机电一体化的安装与调试能力，适合机电一体化、电气自动化等相关专业的教学、培训和竞赛，并且是多省维修电工职工技术运动会考核设备。我院2010年采购2台此设备，有幸参与河南省第三届职工竞赛，经过与同事反复交流探讨以及近几年电工类学生PLC实训发现，搬运机械手模块在PLC梯形图设计中较为典型，企业用到的机械手看起来较复杂，其实质原理相同，仅仅多增加一些动作环节，通过对搬运机械手模块PLC梯形图的反复练习，可以迅速掌握PLC设计方法，快速培养可持续发展的机电一体化高技能人才。

图1是搬运机械手模块，能将工件由上料皮带输送线搬运到分类仓储处，由气动手爪、导杆气缸、旋转气缸、单线圈二位电磁阀等组成。

图1 搬运机械手模块

下降/上升、逆时针旋转/顺时针旋转和夹紧/放松分别由三个单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电分别执行下降、逆时针旋转和夹紧动作，线圈断电时分别执行上升、顺时针旋转和放松动作，设备装有上/下限位和左/右限位和夹紧限位磁性开关。主要完成下列动作：气动机械手手臂下降，气动手爪夹紧物料，机械手手臂上升，手臂旋转到位，手臂下降，手爪松开将物料放入运料小车，机械手手臂上升，机械手返回原位，等待下一个物料到位，重复上面的动作。工作过程如图2所示，有八个动作，即为：

图2 工作过程示意图

中间没有按下停止按钮，那么，接着上述过程重复执行；中间按下停止按钮，仅执行一个周期，需重新按下启动按钮，才能从新执行上述动作。

首先 完成输入输出地址的分配

采用三菱FX2N系列PLC，地址分配如表1所示。

其次 完成PLC外部接线图设计

如图3所示：

图3 PLC外部接线图

最后 根据动作过程编写梯形图

鉴于目前PLC应用广泛，但在梯形图编写过程中时常感到无法下手的困惑，我们将采取三个不同方法编写机械手程序，以更好的进行PLC梯形图快速设计。

1.使用基本指令编写

分清动作过程，完善定位条件，从复的动作过程分开编写、统一输出，按动作顺序依次编写。基本指令看似比较简单，但逻辑性特别强，逻辑关系只要错一步，动作就很难保证实现。因为机械手有很多重复环节，例如经过两次下降和上升，其限位条件是共用的，不能简单直接就进行输出继电器线圈输出，这样容易忽略条件或导致双线圈现象。

下降到下限位1B2后进行夹紧和放松，只考虑1B2（X13）一个条件，不能正确识别出是夹紧还是放松，需要判断出是在上料皮带输送线上方还是在分类仓储上方，可以通过顺时针限位2B1（X14）和逆时针限位2B2（X15）来完成。因输出为单线圈电磁阀，可以直接通过置位SET和复位RST实现。

上升到上限位1B1后进行顺时针旋转和逆时针旋转，同样，只考虑1B1一个条件，也不能正确识别出是顺时针旋转还是逆时针旋转，也需要判断出是在上料皮带输送线上方还是在分类仓储上方，通过顺时针限位2B1（X14）和逆时针限位2B2（X15）来完成，还可以通过是否取到工件来判断完成。

按下启动按钮SB1（X2）和逆时针旋转到2B2（X15）后需进行下降，夹紧和放松后需进行上升，因两次下降和上升，如果直接编写，很容易产生双线圈和逻辑混乱现象，可使用辅助继电器分开独立编写动作，最后合并输出统一驱动输出继电器线圈，或合并条件直接输出。

2.使用步进指令编写

格式性较强，逻辑性一般，因为只执行当前程序步，转移切换也在当前步进行，只要满足一般的限位切换条件即可实现。

3.使用移位指令编写

与步进指令类似，格式性较强，逻辑性一般，因为当前位与限位条件共同构成切换条件，尽管限位条件反复满足，辅助继电器只有当前位接通，输出继电器通过直接由当前辅助继电器分别输出。

按照接线图完成PLC与模块之间的接线，认真检查，确保正确无误。通过计算机编辑梯形图，进行转换，通过 SC-09通讯编程电缆将下载程序至PLC中，进行机械手程序调试，通过监控观察触点、线圈动作情况。经过模拟调试、反复编写，可以快速提高PLC梯形图设计。■

参考文献

第8篇：机械手臂设计范文

关键词：PLC和触摸屏；气动机械手；控制系统；设计

随着现代化生产程度的提升，机械设备在工业生产当中已经占据大部分的生产工作内容，在减少了人员开支的同时也极大的提升了生产工作的效率，促进我国工业的发展。随着近年来的科技水平的提升，气动化设备的发展得到了迅速的发展，使得工业系统自动化的水平进一步提升。下面我们对PLC和触摸屏下的气动机械手控制系统进行设计。

1 机械手控制功能需求分析

机械手在实际的工业生产当中的应用，有效的提升了工作的效率。同时机械手在实际的工业生产当中的应用主要功能是将生产线上的零部件进行组装，并能够根据零件是否合格进行辨别，完成一个流水线上的工作。在完成一个作业任务的过程中，机械手的操作流程是：伸出机械手臂―夹紧零部件―上升―顺时针合格/逆时针不合格―下降―放松―缩回手臂。这是机械手在完成一整套工作任务的流程[1]。

机械手能够完成上述的任务，必须要有相应的设备系统进行控制。其中组成部分包括两只气缸和一只三位摆台，其中还需要一只电动手抓。其中两个气缸控制上升与下降还有伸出和缩回。三位摆台是控制机械手臂的左右摆动要求，其中的气动手爪是抓取零件的重要部分[2]。

机械手是现代工业当中重要的组成部分，其中的安全性和性能性是保障机械手能够正常运行的关键，同时离不开控制系统地控制，在实际的控制当中应该具备以下控制功能。第一，单一步骤运行，在操作中完成一步动作。第二，连续步骤动作，在机械手运行中完成连续的步骤，完成一步搬运工作。第三，设置权限，对于操作人员进行限制，减少使用过程中出现失误。第四，自动预警，在发生故障的过程中自动预警，使得能够及时进行处理，避免影响正常的生产。

2 系统设计

2.1 控制方案设计

在整个方案的集体实施当中，应该具有一定的控制方案进行控制。在整个控制系统当中应该采取主站加从站相互配合的方式进行相应的系统控制，主站进行统一的控制，从站进行各个单元的控制工作。并且每一个从站在控制的过程中都配备触摸屏。

机械手单元的控制系统应该采用PLC加触摸屏的模式进行控制，触摸屏主要是对于机械手进行操作，形成人机交互的形势，整个系统当中的压力变速器和按钮，以及报警器和电磁开关等零部件组成，只有基于PLC和触摸屏进行控制才能够使得整个气动机械手正常的完成工业生产，提升整个系统的稳定性能[3]。

2.2 PLC程序设计

在程序的设定过程中应该注意机械手对每一个零部件的确认，并将信号进行传输，将零件辨别后进行传送，确定零件的传送方向。在实际的从站操作当中，之间不能够进行通讯工作。因此，这样在实际的信号传递过程中，主站与检测单元进行通讯传输，获得检测结果信号。

程序的开发过程具有一定的步骤，在实际开发程序过程中应该首先确定I/O地址的分配工作，在地址分配的过程中包括开关量的地址分配和模拟量地址的分配。并且在触摸屏当中的软件元素也要设置。其中进行程序的设定也是其中至关重要的一个系统设计的环节。在机械手进行运动的过程中具有一定的逻辑顺序，对于各个控制环节都有一定的单元进行完成控制工作。在程序的编程过程中应该重视信号的干扰，避免产生一定的误差，导致系统运行过程中出现偏差。在进行程序的控制时要在系统的内部进行程序块的编辑工作，运用函数程序进行控制机械手臂的运行[4]。

2.3 监控系统设计

在设备的运行中，监控系统的应用能够有效的减少系统故障的发生。在进行设置过程中应该在机械手的各个环节进行传感器的设置，确保在运行当中出现故障得到及时的预警。在进行机械手的操作过程中，人为控制在其中也有重要的作用。因此，在进行监控系统设置的过程中应该重视设备运行的安全性。只有这样，才能够控制机械水平的正常运行，保证操作安全性[5]。

综上所述，在现代的工业水平当中，我国的气动机械手在工业当中的应用已经逐渐的成熟。在PLC和触摸屏基础之下要完善和发展气动机械手，使其在工业生产中能够具备一定的效率，使其操作更加简单便捷，促进我国工业的可持续发展。

[参考文献]

[1]江华生，欧阳玉霞，曾延波.基于PLC和触摸屏的步进电机控制系统的设计[J].机械与电子，2010，10（10）：175-178.

[2]张永寿，刘乃智.基于PLC和触摸屏的数字闭环流量控制水处理系统的设计及应用[J].中国医学装备，2009，12（11）：12-14.

[3]程永强.基于PLC和触摸屏的砌块成型机控制系统的设计[J].黎明职业大学学报，2010，10（03）：137-139.

第9篇：机械手臂设计范文

关键词 六工位；控制；机械手

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）43-0177-02

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。

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。

参考文献

[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.

[2]陆一心.液压与气动技术[M].北京：化学工业出版社，2006.