機械手臂設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：機械手臂設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：陸地鉆機 二層臺機械手臂 石油鉆桿排放系統(tǒng) 伺服驅(qū)動

1.引言

鉆井作業(yè)過程中，二層臺井架工的作業(yè)環(huán)境非常惡劣，高空露天作業(yè)，起下鉆井架工在26米高的猴臺上一站就是十多個小時，風(fēng)吹日曬。為了改善井架工的作業(yè)環(huán)境，勝利油田鉆井三公司機動辦公室開始著手設(shè)計二層臺機械手臂井架工伺服操作系統(tǒng)，井架工在鉆臺偏房內(nèi)或是在司鉆房內(nèi)遙控操作二層臺機械手臂，實現(xiàn)鉆桿、鉆鋌擺正入指梁。該設(shè)計著重考慮四點：①適用于公司內(nèi)部40、50、70型陸地鉆機k型自起井架，方便安裝和井隊設(shè)備搬遷。②無需對二層臺的承重進行改裝，機械手臂小巧輕便，總重量控制在250kg以內(nèi)。③操作簡單、動作迅速靈敏準(zhǔn)確，井架工在鉆臺面或司鉆房內(nèi)利用監(jiān)控視頻對機械手臂進行可視化遙控操作，鉆桿擺放速度不低于人工擺放速度。④機械手臂露天作業(yè)，皮實耐用，防水防爆。

2.現(xiàn)有二層臺機械手臂成型產(chǎn)品的介紹

針對以上四個要求，我們考察了國內(nèi)外現(xiàn)有的鉆井二層臺鉆桿擺放系統(tǒng)，都無法滿足上訴四個要求。國內(nèi)外鉆桿擺放系統(tǒng)成型的設(shè)計目前可以大致分為兩類，一類是將鉆桿整柱提起，再利用液壓手臂旋轉(zhuǎn)擺正推送入指梁。該設(shè)計優(yōu)點在于可以同時省去鉆臺面上兩個鉆工和二層臺上井架工共三個人的工作量，但這種設(shè)計對于二層臺的承重要求很高，必須對井架和二層臺的結(jié)構(gòu)進行全新的設(shè)計， 顯然對現(xiàn)有井架進行改造不現(xiàn)實。例如，NOV（國民油井）公司和挪威MH公司的海上平臺鉆柱擺放系統(tǒng)（圖1），國內(nèi)杰瑞石油工程機械有限公司的二層臺智能排管系統(tǒng)（圖2）。第二種設(shè)計是鉆工先把鉆桿立柱的下端推到鉆桿盒內(nèi)，下放游車，鉆桿立柱下端立在鉆桿盒上，打開液壓吊卡，然后用機械手臂抓住鉆桿立柱擺正推送入指梁。這種設(shè)計只能節(jié)省井架工的人工勞動，鉆臺面上還需要人工完成，但是這種設(shè)計的好處是結(jié)構(gòu)簡單，二層臺不承受鉆柱的重量，只需要一個很小的力就可以將鉆桿擺正就位。在現(xiàn)有鉆機上增加二層臺機械手臂，只能采用這種設(shè)計。目前采用第二種設(shè)計思路的成型產(chǎn)品只有NOV（國民油井）公司開發(fā)的，二層臺液壓機械手臂（圖3）。我們在NOV的設(shè)計上大膽改進，采用全新的機器人設(shè)計理念，自主研發(fā)出了適用于40、50、70型陸地鉆機K型自起井架的二層臺機械手臂井架工伺服操作系統(tǒng)（圖4）。

3.二層臺機械手臂井架工伺服操作系統(tǒng)的設(shè)計

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計和NOV的設(shè)計大致相同，都包含導(dǎo)軌、滑臺、旋轉(zhuǎn)臺、伸縮手臂、機械手（圖5）。整個機械手臂可以在導(dǎo)軌上前后滑動，左右轉(zhuǎn)動，機械手臂向前伸出和向后縮回。 但是不同于NOV設(shè)計之處在于，我們的機械手臂安裝在舌臺的上部。這樣有兩個好處，第一，搬家無需將機械手臂拆掉，二層臺擋風(fēng)墻上有自動固定位置，機械手臂滑到擋風(fēng)墻邊上自動固定，二層臺下部就是裝車面，所以，機械手臂是一次安裝，無需拆卸。這對于陸地鉆機，平均一兩個月就搬遷一次的搬家頻率，大大節(jié)省拆卸安裝時間。第二，機械手臂安裝在舌臺上部，安裝電纜、保養(yǎng)、維修都非常方便。維修人員觸手可及。NOV的設(shè)計一但出現(xiàn)任何問題，維修人員下去檢修都非常困難。

（2）近幾年伺服電機技術(shù)發(fā)展非常迅速，NOV的設(shè)計采用液壓缸、液壓馬達(dá)驅(qū)動機械手臂我們的設(shè)計在二層臺機械手臂上大膽采用機器人的設(shè)計理念，所有的驅(qū)動全部采用伺服電機加減速機的形式作為動力。導(dǎo)軌滑臺采用滾珠絲杠傳動，傳動平穩(wěn)、動作迅速、阻力小。旋轉(zhuǎn)臺和機械手臂部位全部采用渦輪蝸桿傳動。相比NOV的液壓系統(tǒng)，伺服電動機驅(qū)動，省去了液壓站，液壓管線，制造成本大大降低，伺服電機的維護保養(yǎng)和日常消耗成本也比液壓系統(tǒng)小很多。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的安裝、維護、操控相比液壓驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。

（3）操控方面采用伺服電機速度控制系統(tǒng)，機構(gòu)簡單，控制手柄模擬信號直接控制伺服驅(qū)動器。井架工一只手握住操控手柄，前后左右推動手柄就可以控制機械手臂的伸縮，滑臺的左右移動，旋轉(zhuǎn)手柄可以控制旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動，拇指部位的按鈕可以控制機械手抓的開合（圖6）。機械手臂上安裝有攝像頭，機械手臂的所有操作全部在顯示屏幕上可以看到，井架工在司鉆房內(nèi)可視化遙控操作，無需再爬上二層臺。徹底解放井架工的體力勞動，改善工作環(huán)境，。

（4）滑塊采用回型結(jié)構(gòu)設(shè)計，絲杠和導(dǎo)軌上面鋪設(shè)承重板材，機械手臂出現(xiàn)故障，無法工作，可以用搖把將機械手臂退回到擋風(fēng)墻一邊，井架工站在承重板材上面進行人工排鉆桿作業(yè)（圖7）。同時承重板材對絲杠和導(dǎo)軌起到防雨作用。

（5）該設(shè)計目前唯一的缺點就是，起鉆過程中，必須有液壓吊卡的配合才能開啟吊卡。所以只能安裝在配備有頂驅(qū)和液壓吊卡的井架上。下鉆過程中，利用機械手臂推送鉆桿的撞擊力就可以將吊卡口上。下一步的重點是將開吊卡的裝置和機械抓手都安裝到機械手臂上。實現(xiàn)無需液壓吊卡的起下鉆作業(yè)。

4.結(jié)束語

目前，數(shù)字樣機的研發(fā)過程已經(jīng)完成，全程通過delmia仿真軟件進行數(shù)字樣機的開發(fā)、有限元分析和仿真演示。模型樣機零部件的設(shè)計、相關(guān)產(chǎn)品的選型和采購已經(jīng)完成，下一步工作將圍繞地面試驗臺的搭建，系統(tǒng)模型樣機的組裝和地面試驗展開，計劃年底能將模型樣機安裝到公司新出50DB鉆機進行現(xiàn)場試驗。

參考文獻：

[1]蔡文軍，張慧峰，孫，等. 鉆柱自動化排放技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].石油機械，2008，36 （ 12）

[2]袁建民，趙保忠. 油管柱立式自動排架設(shè)計[J]石油機械，2006，34

[3]童征等.陸地鉆機用二層臺管具擺放系統(tǒng)的設(shè)計[J]石油機械 2011，39

作者簡介：

田成輝，男，（1966.4?―）鉆井三公司機動辦主任

徐元春，男，（1980.6―）鉆井三公司機動辦干事

第2篇：機械手臂設(shè)計范文

1 汽車玻璃企業(yè)機械手臂的種類

?榱嗽諫?產(chǎn)過程中減少消耗、提高勞動效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，因此汽車玻璃企業(yè)都已經(jīng)廣泛使用了機械手臂。機械手臂的使用能夠更好地利用平衡原理，在保證玻璃安全的前提下，更加快捷、高效的在狹小空間內(nèi)完成玻璃的移動定位，這一過程只需要作業(yè)人員的簡單點動。現(xiàn)階段使用的機械手臂按照結(jié)構(gòu)形式，我們可以將其分為兩類，分別是硬臂式機械手臂以及軟索式機械手臂兩種，企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程中的實際情況進行選擇。下面我們分別對兩種機械手臂進行分析、描述：

1.1 硬臂式機械手臂

硬臂式機械手臂由四部分組成，分別是夾具部分、機械手主機、氣路控制系統(tǒng)以及地面行走機構(gòu)。硬臂式機械手臂能夠在廠房高度有限、工件重心遠(yuǎn)離懸掛點，并且工件需要傾斜或者反轉(zhuǎn)的情況下使用。與此同時，硬臂式機械手臂配備有儲氣罐，能夠保證在斷氣狀態(tài)下繼續(xù)使用一循環(huán)，而且還能夠發(fā)出警報，在壓力下降到一定程度時，啟動自鎖功能，保證零件的安全。由于硬臂式機械手臂配備有安全系統(tǒng)，因此操作人員無法在工件在運輸過程中、未妥善方式的情況下進行釋放。通過非標(biāo)夾具的配合使用，硬臂式機械手臂的適用范圍大幅擴展，幾乎可以起吊任意形狀的工件，因此這種機械手臂的適用范圍極為廣闊。

1.2 軟索式機械手臂

軟鎖式機械手臂的功能與硬臂式機械手臂基本一樣，而且通過配備儲氣罐的方式，斷氣狀態(tài)下繼續(xù)使用一循環(huán)，并且能夠向操作者提出警報。軟鎖式機械手臂通過配合使用各種非標(biāo)夾具的方式能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)范圍的擴大，這種生產(chǎn)方式具有簡單實用、價格低廉的特點。

2 機械手臂的特點

機械手臂具有通用性高、可編程、體積小、重量輕、擬人化以及機電一體化等特點。除了部分專門設(shè)計的非標(biāo)機械手臂外，絕大多數(shù)的機械手臂都能夠執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。例如：通過更換末端操作工具執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)，而且機械手臂在結(jié)構(gòu)上類似于人體，由電腦控制可以進行多種動作，完成不同的任務(wù)。由于機械手臂能夠進行再編程，因此我們可以完成小批量、多品種的生產(chǎn)制造。此外，由于機械手臂涉及到多種專業(yè)技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及機械技術(shù)的綜合應(yīng)用。

機械手臂最顯著的特點就是能夠降低作業(yè)人員的勞動強度，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，提高生產(chǎn)效率。機械手臂的動力是電能，設(shè)備本身通過提前輸入程序，過程中進行有效保養(yǎng)，就可實現(xiàn)機械手臂的快速、敏捷、不停頓、精確地動作，因此能夠在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時，提高生產(chǎn)效率。最后，機械手臂的應(yīng)用，避免了企業(yè)作業(yè)人員在危險環(huán)境下作業(yè)的幾率，有效提高了企業(yè)的安全生產(chǎn)水平，為企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展提供了有力支持。

3 機械手臂在實際中的應(yīng)用

汽車玻璃均為安全性玻璃，主要有鋼化玻璃以及夾層玻璃兩種，在前風(fēng)擋上采用的是夾層玻璃，避免由于玻璃碎裂而對駕駛員造成安全威脅，而汽車的側(cè)后風(fēng)擋大多數(shù)都采用鋼化玻璃，保證在被外力破壞時，能夠碎裂成碎小鈍角顆粒，避免對汽車內(nèi)成員的二次傷害。雖然這兩種玻璃在使用過程中都能夠有效保證駕駛員以及車內(nèi)其他成員的人參安全，但是生產(chǎn)過程中，由于半成品玻璃未經(jīng)過熱處理，仍舊會給作業(yè)人員產(chǎn)生安全隱患，因此絕大多數(shù)的汽車玻璃企業(yè)都通過加大機械手臂的應(yīng)用來緩解這種情況。

汽車玻璃加工過程中最為危險的一道工序就是將原片玻璃搬上工作臺，而且由于原片玻璃的尺寸過大，極易在運輸過程中造成損傷，導(dǎo)致玻璃碎裂的可能性增加?，F(xiàn)階段汽車玻璃企業(yè)中應(yīng)用的六軸機械手臂就有效解決了上述問題。

在機械手臂前段安裝波紋真空吸盤、頂針、光控以及超聲波傳感器等零件來協(xié)調(diào)機械手位置，自動進行玻璃的吸附，保證能夠平穩(wěn)將其從貨架上運至輸送臺上。絕大多數(shù)的六軸機械手臂前段至少安裝三個控制系統(tǒng)，使玻璃面與吸盤整體面平行。六軸機械手能夠多方位隱形調(diào)節(jié)使其達(dá)到滿意的平面及角度，通過歸納總結(jié)，這種機械手具有精度高、靈活性強、適應(yīng)性好的優(yōu)點，但是由于價格高、維修困難，需要固定底座位置等原因，也在一定程度上限制了技術(shù)的應(yīng)用。

現(xiàn)階段，很多汽車玻璃企業(yè)都與大學(xué)、設(shè)計院等進行有機聯(lián)合，根據(jù)企業(yè)的實際生產(chǎn)情況設(shè)計機械手臂，例如：北京某汽車玻璃企業(yè)同北京某大學(xué)聯(lián)合，設(shè)計了一套既經(jīng)濟實惠，又能夠滿足生產(chǎn)需求的機械手臂，由于企業(yè)的生產(chǎn)車間內(nèi)空間狹小，將手臂設(shè)計成吊掛式，這種手臂在實際的應(yīng)用過程中展現(xiàn)出了效率高、操作簡單、結(jié)構(gòu)簡單以及維修方便的優(yōu)勢，在初加工階段應(yīng)用的效果非常明顯，但是由于對吸附玻璃時對擺放精度要求較高，因此不能在復(fù)雜工序中使用。

最后，我們常用的汽車玻璃有錫面和非錫面兩種，通過六軸機械手臂我們能夠?qū)㈠a面相反的玻璃翻轉(zhuǎn)過來，這就通過搬運過程中檢測的方式，保證了玻璃的擺放順序，還能夠加快生產(chǎn)流程，避免安裝錯誤情況的發(fā)生。

機械手臂作為汽車玻璃企業(yè)中應(yīng)用頻率最高的設(shè)備之一，很大程度上決定了企業(yè)的未來發(fā)展情況，因此現(xiàn)階段大量的資金以及人力偏向于機械手臂的研究與改進。相關(guān)資料表明，未來的機械手臂必然會向著精度高、定位準(zhǔn)確、模塊化、機電一體化、多臂機械手以及聯(lián)網(wǎng)機械手等方向發(fā)展。未來的機械手臂在完成現(xiàn)有工作的同時，通過大量先進技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)更高精度的生產(chǎn)與運輸，將隨機誤差控制在最小范圍內(nèi)；而且機械手臂還能夠通過不同模塊組合的方式，完成不同的生產(chǎn)任務(wù)，具有極高的靈活性；機電一體化的實現(xiàn)，還能夠減少設(shè)備的占地面積，降低維修、檢查難度，提高可靠性；鑒于未來復(fù)雜的生產(chǎn)條件，以及較高的生產(chǎn)效率要求，多臂機械手必然會應(yīng)運而生；與此同時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也會使機械手的生產(chǎn)更加靈活多變。

第3篇：機械手臂設(shè)計范文

目前，由于機械手技術(shù)有了快速的發(fā)展，同時PLC控制技術(shù)以及點控制技術(shù)也在生產(chǎn)實踐中得到應(yīng)用，所以，適合在工業(yè)自動化生產(chǎn)中使用的通過機械手也有了不小的進展。因為氣動機械手具有諸多優(yōu)勢，比如結(jié)構(gòu)簡單、定位精確、控制便捷等，因此被自動化生產(chǎn)線大量采用。本文將結(jié)合自動化生產(chǎn)線的實際情況，進行基于PLC與步進電機的氣動手搬運機械手控制的探討。

一、起動機械手的機構(gòu)及原理

1、氣動機械手的結(jié)構(gòu)

該氣動機械手的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中1為推料氣缸，2為工作庫，3為單桿氣缸，4為雙導(dǎo)桿氣缸，5為氣動手抓，6為轉(zhuǎn)軸，7為步進電機，8為傳送帶。在以上組成元件中，燃料氣缸主要負(fù)責(zé)在工件庫中推送工件；氣動手抓則是用來抓緊工件或放松工件；雙導(dǎo)桿氣缸是用來控制機械手臂進行縮回或者伸出動作；單桿氣缸可以提升或者降低氣動手抓；不僅電機控制著機械手臂的旋轉(zhuǎn)，并且依據(jù)脈沖數(shù)量來保障定位準(zhǔn)確。

2、氣動機械手的工作原理

本文探討的氣動系統(tǒng)包括了推料氣缸、升降氣缸、伸縮氣缸和氣動手抓等組成部分。其中，單電控制二位五通閥負(fù)責(zé)控制推料氣缸、升降氣缸以及伸縮氣缸。而氣動手抓則是被雙電控制二位五通閥來進行控制。至于氣缸動作過程中的穩(wěn)定性，一般通過單向節(jié)流閥來控制其速度，速度得到控制以后，氣缸在運動過程中的穩(wěn)定性即可大大提高。該氣動機械手在工作中遵循以下流程：工件存料后氣動機械手向前伸出―前臂降低―工件被氣動手指夾住―前臂抬升并縮回―手臂向右旋轉(zhuǎn)―手臂前屈―手爪把工件放進料口―手臂縮回―機械手復(fù)位，直到下一個工件就位，這一過程循環(huán)進行達(dá)到工作的目的。在本系統(tǒng)中，為了保障機械手的定位準(zhǔn)確，把電感傳感器裝置在機械手底座處，當(dāng)作其基準(zhǔn)傳感器。并且在機械手向左、向右旋轉(zhuǎn)到最大位置處加裝限制裝置。

二、氣動機械手控制標(biāo)準(zhǔn)

對于氣動機械手控制標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在搬運工件的工作中，不僅要準(zhǔn)確控制其操作，還要同步呈現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)。在遇到緊急事件時，可以進行相應(yīng)的處理。具體要求分三個方面：（1）機械手在工件到位后向前伸出手臂，當(dāng)傳感器檢測后，手爪氣缸延遲0.5秒后下降，在限位傳感器感應(yīng)后，同樣延遲0.5秒再抓取工件，手抓接受到加緊信號之后，延遲0.5秒上升氣缸，到位后手臂氣缸回縮，縮回限位到位之后右旋轉(zhuǎn)，到達(dá)一定角度之后手臂向前伸出，伸出限位后手爪氣缸降低，下降限位后，手動手爪延遲0.5秒松開工件，手爪提高限位后，手臂氣缸向后縮，縮回限位后手臂進行左旋轉(zhuǎn)，直到下一個工件就位，再重復(fù)以上要求。（2）啟動、停止、復(fù)位、警告。在該系統(tǒng)通電，“復(fù)位”被點動后系統(tǒng)復(fù)位，并且清除干凈存料臺。點擊“啟動”按鈕之后，表示缺料情況的黃燈會閃爍，設(shè)備在放進工件后再運轉(zhuǎn)。當(dāng)點動“停止“按鈕后，全部元件都會暫停工作，警告燈也會點亮，同時缺料黃燈也會繼續(xù)閃爍。（3）系統(tǒng)意外斷電的處理。設(shè)備會在系統(tǒng)意外斷電后暫停工作。直到電源供應(yīng)恢復(fù)之后，點擊“復(fù)位”按鈕，并且再次點動“啟動”按鈕，這個時候機械手會執(zhí)行控制要求（1）中的有關(guān)內(nèi)容。

三、氣動機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、氣動機械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)在動作流程上主要根據(jù)氣動機械手控制系統(tǒng)的工作原理，并且結(jié)合電磁鐵的狀態(tài)和步進電機的方向信號DIR和脈沖信號的狀態(tài)來安排氣動機械手的動作順序。在PLC I/O口分配方面，主要依據(jù)該系統(tǒng)輸出與輸入的數(shù)量特征。決定將控制器選擇為西門子S7-200系列PLC。該氣動搬運機械手控制系統(tǒng)的I/O口分配情況如表1所示。

2、氣動機械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在本文中的機械手軟件設(shè)計過程中，步進電機的控制是比較復(fù)雜的難點。對于步進電機控制系統(tǒng)而言，其驅(qū)動器的方向信號DIR和脈沖信號PLU是由Q0.1和Q0.0分別提供的。利用程序?qū)Σ竭M電機的旋轉(zhuǎn)方向和脈沖數(shù)目進行相應(yīng)設(shè)置后，基本上可以保障機械手向左、向右旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確度。結(jié)合步進電機的動作特征，應(yīng)用S7-200PLC的脈沖指令PLS來保證步進電機的定位。其中，高速脈沖指令包括寬度可變脈沖PWM和高速脈沖PTO這兩種類型。由于PTO方式能夠有效控制脈沖數(shù)量和周期，所以被該系統(tǒng)采納。步進電機一旦在啟動瞬間發(fā)生高頻脈沖增加的情況，會導(dǎo)致電機出現(xiàn)失步等故障。為此，步進電機在進行啟動、運行、停止、高速運行、減速等階段時，可以在PTO指令過程中運用多管線控制手段。

結(jié)論

本文進行基于PLC與步進電機的氣動手搬運機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過相關(guān)實驗，證明了該機械手控制方便、定位精確，可以長期穩(wěn)定的運行。在實際生產(chǎn)過程中可以結(jié)合需要來調(diào)整機械手動作流程，提高其適應(yīng)性。

參考文獻

第4篇：機械手臂設(shè)計范文

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.

關(guān)鍵詞： 機械手；PLC；圖形監(jiān)控；組態(tài)技術(shù)

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

中圖分類號：TP241 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）36-0227-03

0 引言

隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)日新月異，計算機應(yīng)用的日益普及，在專業(yè)教學(xué)中，利用計算機進行仿真教學(xué)已經(jīng)引起人們充分關(guān)注。從組態(tài)軟件的內(nèi)涵上說，組態(tài)軟件是指在軟件領(lǐng)域內(nèi)，操作人員根據(jù)應(yīng)用對象及控制任務(wù)的要求，配置（包括對象的定義、制作和編輯，對象狀態(tài)特征屬性參數(shù)的設(shè)定等）用戶應(yīng)用程序的過程，也就是把組態(tài)軟件視為“應(yīng)用程序生成器”。從應(yīng)用角度講，組態(tài)軟件是完成系統(tǒng)硬件與軟件溝通、建立現(xiàn)場與監(jiān)控層溝通的人機界面的軟件平臺，它的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅局限于工業(yè)自動化領(lǐng)域，還可應(yīng)用于仿真教學(xué)和技能鑒定考核等領(lǐng)域。

圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺是一種適合大中專學(xué)生的具有開放式特征的教學(xué)平臺。是多種高科技的融合，可以完成電工、電子、PLC、機械設(shè)計、傳感器、機電控制、觸摸屏技術(shù)、組態(tài)技術(shù)等許多課程的幾百個實訓(xùn)實驗。圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺的作用主要以展示機械結(jié)構(gòu)、運動特征和功能關(guān)系為主。相對于工業(yè)機器人具有它的特殊性：首先，一臺圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺相當(dāng)于一個試驗平臺，要能顯示多種運動性能。因此，利用組態(tài)軟件可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、可視畫面同步和實時監(jiān)測從而構(gòu)成一個集動作控制、過程監(jiān)測與控制的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化、組態(tài)化的自動控制，在我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展進程中將起到巨大的推動作用。本文采用三自由度圓柱坐標(biāo)型機械手結(jié)構(gòu)，圖形監(jiān)控示教器采用組態(tài)軟件和觸摸屏，控制系統(tǒng)采用可編程序控制器，設(shè)計了圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺，具有造價低、調(diào)控容易、重復(fù)性好的特點。

1 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺描述

如圖1所示，圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺主要由圖形監(jiān)控示教器、機械手（手部和運動機構(gòu)）和控制系統(tǒng)四大部分構(gòu)成。

1.1 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺功能及模塊

①圖形監(jiān)控示教器：是人機交互（即運動軌跡的錄入、編輯、儲存，支持的圖案元素，輸入方法為引導(dǎo)示教式），主要由PC、組態(tài)軟件和觸摸屏來實現(xiàn)。

②機械手：主要由手部和運動機構(gòu)組成。

1）手部是用來抓取工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種形式，如夾持型、托持型和吸附型等，主要由氣缸、氣控機械抓手來實現(xiàn)。

2）運動機構(gòu)是使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式；主要由電機、步進電機及驅(qū)動模塊來實現(xiàn)。

③控制系統(tǒng)：完成插補計算，脈沖輸出及與電機驅(qū)動器信號的連接，位置測量，邏輯處理（限位信號，操作信號等），具有在線控制和離線控制功能（在線控制通過上位機控制軟件實現(xiàn)控制，離線控制采用面板控制），主要由步進電機、驅(qū)動模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、旋轉(zhuǎn)碼盤、單片機及PLC控制電路來實現(xiàn)。

1.2 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺控制方式 圖形監(jiān)控機械手的控制方式為手動和自動兩種。工作過程為：

①進行手動控制時，手臂的升降、伸縮和腰部的回轉(zhuǎn)、夾鉗等張合的各流程需要進行點動控制。

②自動控制時，機械手首先回到初始位置，接著水平手臂伸出，碰到限位開關(guān)后停止，然后垂直手臂下降，碰到下限位開關(guān)停止運動，手爪電，夾緊工件，然后垂直手臂上升，碰到上限位開關(guān)停止，腰部順時針旋轉(zhuǎn)，直到碰到限位開關(guān)停止，手臂下降到下限位開關(guān)后，手爪電機反轉(zhuǎn)，松開工件，最后垂直手臂再上升，水平手臂縮回，腰部逆時針旋轉(zhuǎn)，回到初始狀態(tài)。整個過程實現(xiàn)了將工件從A位置搬運到B位置。

2 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺系統(tǒng)設(shè)計

2.1 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺控制要求

①圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺具有啟動、停止、水平移動（左移、右移）、垂直移動（上升、下降）、夾緊、放松等動作功能。

②可以通過啟動、停止按鈕控制機械手的啟動、停止。

③機械手在原點位置，按下啟動按鈕后，機械手下降至工件處夾緊工件攜工件上升至上限位右移至右限位（下一個工位上方）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。此過程反復(fù)循環(huán)執(zhí)行。

④機械手運動過程中，如果按下停止按鈕，機械手并不馬上停止，而是繼續(xù)工作，直到完成本周期操作，回到原始位置，之后停止，不再循環(huán)。如果按下急停按鈕，機械手停在當(dāng)前位置，解除急停后，按下復(fù)位按鈕，機械手復(fù)位，停在初始位置等待重新開始操作。

⑤機械手的水平移動、垂直移動、夾緊、放松通過PLC控制的電磁閥實現(xiàn)。

2.2 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺硬件設(shè)計 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺的控制系統(tǒng)一般包括兩個進步電機、一個直流電機、一個電磁閥，該系統(tǒng)可以讓單臺PLC進行多個對象控制，只有適當(dāng)?shù)倪x用高性能的PLC，才能實現(xiàn)該系統(tǒng)完全的控制功能。為了師生直觀方便的使用，給予上位機/觸摸屏（圖形監(jiān)控示教器）進行監(jiān)控，如圖2所示的控制結(jié)構(gòu)。用于發(fā)訊息的開關(guān)如按鈕、光電開關(guān)和行程開關(guān)作為PLC的輸入信號，PLC的輸出控制步進電機驅(qū)動器、繼電器和電磁閥，用于完成手臂的升降/伸縮（左右）步進電機、手爪旋轉(zhuǎn)直流電機和手爪夾緊/放松等控制。

①圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺控制系統(tǒng)的核心是三菱FX1N-24MT型PLC。該PLC有14點輸入，10點輸出，輸出接口為晶體管型。步進電機、直流電機與PLC一般是不直接相連的，PLC與步進電機驅(qū)動器、接觸器或者繼電器的線圈相連。為了實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)及安全互鎖等問題，PLC輸出端子接中間繼電器，該繼電器為直流繼電器，具有4對常開常閉觸點，額定電壓為12V，能夠滿足直流電機互鎖要求。

②圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺的控制系統(tǒng)中有兩個步進電機、一個直流電機和一個電磁閥分別控制垂直手臂升降、水平手臂伸縮（左右）、腰部旋轉(zhuǎn)和手爪夾緊/放松。垂直手臂步進電機由升/降步進電機驅(qū)動器控制上升和下降；水平手臂步進電機由左/右步進電機驅(qū)動器控制手臂伸出和縮回；腰部旋轉(zhuǎn)直流電機由繼電器分別控制順時針轉(zhuǎn)和逆時針轉(zhuǎn)；手爪夾緊/放松由電磁閥分別控制夾緊和松開。同時為腰部旋轉(zhuǎn)和手爪夾緊/放松輸出端設(shè)置了互鎖，這就實現(xiàn)了腰部旋轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)、手爪夾緊和放松之間的互鎖，防止輸出相反的兩個繼電器和電磁閥同時為“ON”。

③圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺的控制系統(tǒng)還設(shè)置6個限位開關(guān)，分別安裝在機械手的垂直手臂的最高位和最低位、水平手臂的最長位和最短位、腰部兩側(cè)，用于檢測機械手的位置，機械手手爪的夾緊/放松由PLC內(nèi)部的時間繼電器控制。

④為了便于生產(chǎn)加工和維修、調(diào)整，設(shè)置了工作方式選擇開關(guān)。當(dāng)開關(guān)置于“自動”位時，機械手將工件從一個位置搬運到指定位置卸下，并返回原位等待下一個工件到來，全部自動進行；置于“手動”位時，通過按鈕機械手垂直手臂的升降、水平手臂的伸縮、腰部的旋轉(zhuǎn)、手爪的放松、夾緊等各動作流程進行點動控制。同時，為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器，在PLC開始運行時按下“負(fù)載電源”按鈕，使交流接觸器線圈得電并自鎖，交流接觸器的主觸點接通，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負(fù)載電源。

2.3 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺軟件設(shè)計 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺運行方式有兩種，首先在控制面板上或圖形監(jiān)控示教器選擇運行方式，如果選擇了“手動”方式，程序按照手動程序運行，如果選擇“自動”方式，程序首先檢查機械手是否位于原點位置，也就是滿足初始狀態(tài)，滿足的話則進入自動運行程序，不滿足的話先完成回原點程序再進行自動程序的運行。控制系統(tǒng)的流程圖如圖3所示。

2.4 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計（圖形監(jiān)控示教器）

2.4.1 實現(xiàn)機圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺運行的動態(tài)演示

組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)，人機界面技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體的計算機語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控軟件設(shè)計，降低了監(jiān)控畫面開發(fā)難度。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向?qū)?，使開發(fā)人員避免了軟件設(shè)計中許多重復(fù)性的開發(fā)工作，可提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，已成為監(jiān)控系統(tǒng)主要的軟件開發(fā)工具之一。

組態(tài)軟件提供了多種控制器件庫、圖形控制和功能組件，可組態(tài)各種顯示與控制功能，創(chuàng)建畫面和信息并將其與PLC程序鏈接，以圖形形式顯示系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過程值及故障信息，提供友好的人機界面來操作被監(jiān)控的設(shè)備或系統(tǒng)，對PLC系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)進行顯示、記錄、存儲、處理，滿足各種監(jiān)控要求。

利用組態(tài)軟件創(chuàng)建一個工程項目，在工程項目中創(chuàng)建一個“初級演示”畫面，在“初級演示”畫面上可以設(shè)計如圖4所示的圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺監(jiān)控示意圖，再設(shè)置垂直手臂升降、水平手臂伸縮（左右）、手爪夾緊/放松、工件、運行標(biāo)志a、次數(shù)a等內(nèi)存變量，設(shè)置矩形A、B、C等圖形部件相關(guān)的動畫組態(tài)，并設(shè)計初級演示畫面的命令語言程序，反復(fù)調(diào)試，完成該工程項目的組態(tài)。

2.4.2 圖形監(jiān)控示教器控制PLC實現(xiàn)機械手動作 利用組態(tài)軟件在工程瀏覽器中創(chuàng)建一個“簡易控制”畫面，在“簡易控制”畫面可以設(shè)計如圖5所示的圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺控制圖。

將三菱FX系列PLC與計算機或觸摸屏的COM口連接，在工程瀏覽器中配置設(shè)備三菱PLC，再設(shè)置放松、夾緊、下移、上移、右移、左移等變量，這些變量分別與三菱PLC的輸出端相關(guān)聯(lián)，設(shè)置運行標(biāo)志b、次數(shù)b等內(nèi)存變量。設(shè)置圖形部件、指示燈等圖素相關(guān)的動畫組態(tài)，并設(shè)計控制畫面的命令語言程序，反復(fù)調(diào)試，完成“控制”畫面的組態(tài)。

運行該工程項目，打開“簡易控制”畫面，可實現(xiàn)圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺控制運行的仿真動態(tài)演示。運行過程中，伴隨機械手的動作，相關(guān)的指示燈點亮或熄滅。

2.4.3 實現(xiàn)圖形監(jiān)控示教器與PLC聯(lián)動的仿真教學(xué) 利用組態(tài)軟件在工程瀏覽器中創(chuàng)建一個“仿真控制”畫面，在“仿真控制”畫面可以設(shè)計如圖6所示的圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺仿真控制圖。

設(shè)置運行標(biāo)志c、次數(shù)c等內(nèi)存變量。打開圖庫，選擇開關(guān)圖形，在六個指示燈旁放置六個開關(guān)。根據(jù)簡易機械手的控制要求，在PLC內(nèi)編制圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺控制程序。設(shè)置圖形部件、指示燈、開關(guān)等圖素相關(guān)的動畫組態(tài)，并設(shè)計仿真控制畫面的命令語言程序，反復(fù)調(diào)試，完成“仿真控制”畫面的組態(tài)。

運行PLC程序，運行圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺控制組態(tài)工程，用組態(tài)軟件實時顯示圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺的動作過程，用PLC控制圖形監(jiān)控械手教學(xué)平臺步進電機、直流電機和電磁閥，實現(xiàn)組態(tài)軟件與PLC聯(lián)動的仿真教學(xué)。

2.5 圖形監(jiān)控機械手教學(xué)平臺運行調(diào)試 為了保存所有的組態(tài)設(shè)置，就需要關(guān)不所有組態(tài)監(jiān)控程序。這時候?qū)LC程序下傳到PLC裝置中讓其運行，為了進入組態(tài)工程運行界面，就需要切換到離線狀態(tài)，然后在啟動組態(tài)軟件。在運行過程中，我們可以通過按鈕的操作檢測出所編的程序是否正確。經(jīng)過運行測試后，該教機械手教學(xué)平臺控制系統(tǒng)的動作才能進行有效監(jiān)控，PLC程序才能達(dá)到控制要求。

3 結(jié)論

圖形監(jiān)控對機械手控制系統(tǒng)進行監(jiān)控的時候，要以最少的人員配置來加強對機械手的管理，這樣能夠提供較為清晰、準(zhǔn)確的機械手運行狀態(tài)，以此來為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。本文通過介紹圖形監(jiān)控機械手對教學(xué)有很好的輔助作用，機械手控技術(shù)既是一項復(fù)雜的隨機系統(tǒng)又是一項綜合型的技術(shù)。

參考文獻：

[1]北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.MCGS用戶指令.

[2]朱慧玲.教學(xué)機器人的開發(fā)與設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，20（2）：17.

第5篇：機械手臂設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：氣動機械手；可編程控制器；控制系統(tǒng)

引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，氣動機械手由于有氣源使用方便，沒有環(huán)境污染，工作安全可靠，易于維修，廣泛應(yīng)用于流水線生產(chǎn)，機械加工，注塑，儀表等工業(yè)中，提高生產(chǎn)效率。本文以三自由度機械手為研究對象，設(shè)計了基于PLC的機械手控制系統(tǒng)，并在西門子S7-200的PLC上得到實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能介紹

氣動機械手的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

機械手氣動控制回路原理見圖2，主要由升降氣缸、導(dǎo)桿氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸組成。其中升降氣缸、導(dǎo)桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸使用單電控?fù)Q向閥，通電時氣缸伸出，斷電后氣缸自動縮回。手指夾緊氣缸使用雙電控?fù)Q向閥。由于雙電控?fù)Q向閥具有記憶作用，如果在氣缸伸出的途中突然失電，手指夾緊氣缸仍將保持原來的狀態(tài)，可保證夾持工件不會掉下。

機械手的動作過程如下：

（1）檢查機械手是否處于初始位置。初始位置：升降氣缸處于上升位置，旋轉(zhuǎn)氣缸位于左邊位置，導(dǎo)桿氣缸位于縮回位置，夾緊氣缸位于放松位置。若不在初始位置，按下復(fù)位按鈕，讓其恢偷匠跏嘉恢謾

（2）按下啟動按鈕，機械手在工位1進行抓取工件過程：手臂伸出手爪夾緊抓取工件提升臺上升手臂縮回。

（3）機械手到達(dá)工位2位置進行釋放工件過程：手臂伸出提升臺下降手爪松開放下工件手臂縮回。

（4）放下工件之后，機械手要回到初始位置，自動進行下一個工作周期。

（5）在工作過程中若按下停止按鈕，機械手完成一個工作周期，回到初始位置。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)機械手控制要求，有11個輸入信號，6個輸出信號，選用S7-200系列的CPU226 DC/DC/DC型號的PLC，I/O分配表見表1：

根據(jù)其控制要求，可以得到其控制流程圖，見圖3。

其編程實現(xiàn)可以通過三種方法實現(xiàn)：

（1）利用起保停程序?qū)崿F(xiàn)。

（2）步進指令。

（3）左移位指令。

3 結(jié)束語

氣動機械手價格低，動作準(zhǔn)確，便于維護，易于控制，可靠性高，能在惡劣的環(huán)境下工作，減輕了人工成本，改善了工作環(huán)境，具有很強的實用價值。

參考文獻

[1]姜繼海，宋錦春，高常識[M].高等教育出版社，2002.

第6篇：機械手臂設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：機械手；PLC；自動控制

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：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是一種工業(yè)控制用的計算機，在設(shè)計理念上，是計算機技術(shù)和繼電-接觸器控制電路相結(jié)合的產(chǎn)物，它將繼電器系統(tǒng)的優(yōu)點與計算機控制系統(tǒng)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣、計算功能強大等優(yōu)點結(jié)合起來，避免了電氣控制固定接線的缺點，有逐步取代繼電接觸器邏輯控制的趨勢，在電氣控制領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。PLC具有微機的許多特點，但它的工作方式卻和微機有很大的不同。微機一般采用等待命令的工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放。CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回到第一條，如此不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。

二、卸料機械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

（一）卸料機械手的控制要求。機械手的所有定位可根據(jù)第四章所求的運動結(jié)果來安裝限位開關(guān)，由限位開關(guān)來控制，把機械手抓取在第一段生產(chǎn)線上的電機座的位姿和第二段線上電機座的位姿代入相應(yīng)公式可求出對應(yīng)的關(guān)節(jié)變量，通過這些關(guān)節(jié)變量來確定機械手的限位開關(guān)的位置。機械手的全部動作由油缸和液壓馬達(dá)驅(qū)動，而油缸和液壓馬達(dá)的控制又由相應(yīng)的電磁換向閥控制。如前伸電磁閥通電時，機械手才前伸，當(dāng)前伸電磁閥斷電時，機械手的前伸動作才停止；機械手的縮回電磁閥通電時，手臂才執(zhí)行縮回動作，當(dāng)機械手的縮回電磁閥斷電時，機械手的縮回動作才停止。

當(dāng)機械手位于原點時，按下啟動按鈕，如果光電開關(guān)檢測到有工件，則前伸電磁閥通電，機械手開始執(zhí)行前伸動作，當(dāng)前進到一定距離后前限位開關(guān)動作，前進停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊工件后上升電磁閥通電，機械手上升，上升到頂時碰到上限位開關(guān)上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通臂部右轉(zhuǎn)電磁閥，機械手臂開始右轉(zhuǎn)，碰到手臂右轉(zhuǎn)限位開關(guān)時右轉(zhuǎn)即停止；同時接通手腕順時針回轉(zhuǎn)電磁閥，手腕開始順時針回轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到限位開關(guān)后，手腕回轉(zhuǎn)動作停止；同時接通下降電磁閥，手臂開始下降，當(dāng)碰到下限位開關(guān)時，下降動作停止；同時接通松開電磁閥，機械手松開工件；松開工件后接通縮回電磁閥，手臂縮回，當(dāng)碰到后限位開關(guān)后縮回動作停止；同時接通臂部左轉(zhuǎn)電磁閥，機械手臂圍繞軸線左轉(zhuǎn)，碰到左轉(zhuǎn)限位開關(guān)后左轉(zhuǎn)停止；接通手腕逆時針回轉(zhuǎn)電磁閥，手腕產(chǎn)生回轉(zhuǎn)動作，回轉(zhuǎn)180度后逆時針回轉(zhuǎn)電磁閥斷電，機械手回到初始位置。機械手經(jīng)過十步動作完成一個工作周期。

機械手的操作方式分為手動操作和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。

為了滿足整個系統(tǒng)的調(diào)試與維修和應(yīng)付某些緊急情況，本機械手采用手動和自動操作相結(jié)合的操作方式。

手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每一種運動進行單獨控制。如：當(dāng)選擇前伸/縮回運動時，按下啟動按鈕時機械手就前伸，按下停止按鈕，機械手就下降；當(dāng)選擇上升/下降運動時，按下啟動按鈕，機械手上升，按下停止按鈕，機械手下降；當(dāng)選擇右轉(zhuǎn)/左轉(zhuǎn)運動時，按下啟動按鈕，機械手右轉(zhuǎn)，按下停止按鈕，機械手左轉(zhuǎn)；當(dāng)選擇手腕順/逆時針運動時，按下啟動按鈕時，手腕順轉(zhuǎn)，按下停止按鈕時手腕左轉(zhuǎn)。

單步操作：就是每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。

單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后自動停止。在工作中如果按下停止按鈕則機械手動作停止，重新啟動時需要用手動操作方式將機械手移回原點，然后按下啟動按鈕，機械手又重新開始單周期操作。

循環(huán)操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕機械手將自動的、連續(xù)不斷的循環(huán)工作。在運行中如果按下停止按鈕，則機械手動作停止，重新啟動時需要用手動操作方式將機械手移回原點，然后按下啟動按鈕，機械手又重新開始連續(xù)操作。工作中如果按下復(fù)位按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。

（二）輸入/輸出設(shè)備及I/O點數(shù)。1．輸入設(shè)備：用來產(chǎn)生輸入控制信號。操作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)：該開關(guān)有手動、單步、單周期、循環(huán)等四個位置可供選擇。手動時的運動選擇開關(guān)：該開關(guān)有前伸/縮回、夾緊/放松、右轉(zhuǎn)/左轉(zhuǎn)、上升/下降、腕順轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)等五個位置可供選擇。啟動、停止和復(fù)位按鈕。位置檢測元件：主要是前限、后限；上限、下限；左轉(zhuǎn)限位、右轉(zhuǎn)限位；腕順轉(zhuǎn)限位、逆轉(zhuǎn)限位都是用限位開關(guān)來來檢測的。工件到位檢測：使用光電開關(guān)檢測工件是否運送到位。2．輸出設(shè)備：由PLC的輸出信號驅(qū)動的執(zhí)行元件。該系統(tǒng)中包括前伸電磁閥、縮回電磁閥、夾緊電磁閥、放松電磁閥、上升電磁閥、下降電磁閥、臂部右轉(zhuǎn)電磁閥、臂部左轉(zhuǎn)電磁閥、腕部順轉(zhuǎn)電磁閥、腕部逆轉(zhuǎn)電磁閥。原點指示燈用以使機械手處于原點時進行指示。

三、PLC程序設(shè)計

當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“手動”時，執(zhí)行手動操作。當(dāng)操作選擇開關(guān)置于“單步”、“單周期”、“循環(huán)”時，其對應(yīng)的輸入點接通，執(zhí)行自動操作。執(zhí)行自動操作時，當(dāng)操作開關(guān)位于“連續(xù)”時，啟動后，輔助繼電器M200接通，程序自動循環(huán)；當(dāng)操作開關(guān)位于單步時，M200同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次啟動按鈕執(zhí)行一步；如果操作開關(guān)位于“單周期”或運行過程中按下復(fù)位按鈕，則M200復(fù)位，程序執(zhí)行完一個周期后自動停止。由于手動程序采用跳轉(zhuǎn)指令，所以這兩個程序段可以采用同一套輸出繼電器。

參考文獻：

第7篇：機械手臂設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：PLC，模擬機械手，電磁閥，工作周期，輸入輸出地址，梯形圖

今天微電子技術(shù)與計算機自動控制技術(shù)的交叉飛速發(fā)展，推動了電工新技術(shù)應(yīng)用迅速推廣。THJDQG-1型生產(chǎn)線是天煌教儀為職業(yè)教育培訓(xùn)研制的通用性模擬生產(chǎn)線設(shè)備，可以滿足實訓(xùn)教學(xué)或技能競賽需求，由上料皮帶輸送線、搬運機械手、分類倉儲和PLC等組成，它在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場的基礎(chǔ)上又針對教學(xué)實驗實訓(xùn)進行了專門設(shè)計，強化了機電一體化的安裝與調(diào)試能力，適合機電一體化、電氣自動化等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)、培訓(xùn)和競賽，并且是多省維修電工職工技術(shù)運動會考核設(shè)備。我院2010年采購2臺此設(shè)備，有幸參與河南省第三屆職工競賽，經(jīng)過與同事反復(fù)交流探討以及近幾年電工類學(xué)生PLC實訓(xùn)發(fā)現(xiàn)，搬運機械手模塊在PLC梯形圖設(shè)計中較為典型，企業(yè)用到的機械手看起來較復(fù)雜，其實質(zhì)原理相同，僅僅多增加一些動作環(huán)節(jié)，通過對搬運機械手模塊PLC梯形圖的反復(fù)練習(xí)，可以迅速掌握PLC設(shè)計方法，快速培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的機電一體化高技能人才。

圖1是搬運機械手模塊，能將工件由上料皮帶輸送線搬運到分類倉儲處，由氣動手爪、導(dǎo)桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、單線圈二位電磁閥等組成。

圖1 搬運機械手模塊

下降/上升、逆時針旋轉(zhuǎn)/順時針旋轉(zhuǎn)和夾緊/放松分別由三個單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電分別執(zhí)行下降、逆時針旋轉(zhuǎn)和夾緊動作，線圈斷電時分別執(zhí)行上升、順時針旋轉(zhuǎn)和放松動作，設(shè)備裝有上/下限位和左/右限位和夾緊限位磁性開關(guān)。主要完成下列動作：氣動機械手手臂下降，氣動手爪夾緊物料，機械手手臂上升，手臂旋轉(zhuǎn)到位，手臂下降，手爪松開將物料放入運料小車，機械手手臂上升，機械手返回原位，等待下一個物料到位，重復(fù)上面的動作。工作過程如圖2所示，有八個動作，即為：

圖2 工作過程示意圖

中間沒有按下停止按鈕，那么，接著上述過程重復(fù)執(zhí)行；中間按下停止按鈕，僅執(zhí)行一個周期，需重新按下啟動按鈕，才能從新執(zhí)行上述動作。

首先 完成輸入輸出地址的分配

采用三菱FX2N系列PLC，地址分配如表1所示。

其次 完成PLC外部接線圖設(shè)計

如圖3所示：

圖3 PLC外部接線圖

最后 根據(jù)動作過程編寫梯形圖

鑒于目前PLC應(yīng)用廣泛，但在梯形圖編寫過程中時常感到無法下手的困惑，我們將采取三個不同方法編寫機械手程序，以更好的進行PLC梯形圖快速設(shè)計。

1.使用基本指令編寫

分清動作過程，完善定位條件，從復(fù)的動作過程分開編寫、統(tǒng)一輸出，按動作順序依次編寫。基本指令看似比較簡單，但邏輯性特別強，邏輯關(guān)系只要錯一步，動作就很難保證實現(xiàn)。因為機械手有很多重復(fù)環(huán)節(jié)，例如經(jīng)過兩次下降和上升，其限位條件是共用的，不能簡單直接就進行輸出繼電器線圈輸出，這樣容易忽略條件或?qū)е码p線圈現(xiàn)象。

下降到下限位1B2后進行夾緊和放松，只考慮1B2（X13）一個條件，不能正確識別出是夾緊還是放松，需要判斷出是在上料皮帶輸送線上方還是在分類倉儲上方，可以通過順時針限位2B1（X14）和逆時針限位2B2（X15）來完成。因輸出為單線圈電磁閥，可以直接通過置位SET和復(fù)位RST實現(xiàn)。

上升到上限位1B1后進行順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)，同樣，只考慮1B1一個條件，也不能正確識別出是順時針旋轉(zhuǎn)還是逆時針旋轉(zhuǎn)，也需要判斷出是在上料皮帶輸送線上方還是在分類倉儲上方，通過順時針限位2B1（X14）和逆時針限位2B2（X15）來完成，還可以通過是否取到工件來判斷完成。

按下啟動按鈕SB1（X2）和逆時針旋轉(zhuǎn)到2B2（X15）后需進行下降，夾緊和放松后需進行上升，因兩次下降和上升，如果直接編寫，很容易產(chǎn)生雙線圈和邏輯混亂現(xiàn)象，可使用輔助繼電器分開獨立編寫動作，最后合并輸出統(tǒng)一驅(qū)動輸出繼電器線圈，或合并條件直接輸出。

2.使用步進指令編寫

格式性較強，邏輯性一般，因為只執(zhí)行當(dāng)前程序步，轉(zhuǎn)移切換也在當(dāng)前步進行，只要滿足一般的限位切換條件即可實現(xiàn)。

3.使用移位指令編寫

與步進指令類似，格式性較強，邏輯性一般，因為當(dāng)前位與限位條件共同構(gòu)成切換條件，盡管限位條件反復(fù)滿足，輔助繼電器只有當(dāng)前位接通，輸出繼電器通過直接由當(dāng)前輔助繼電器分別輸出。

按照接線圖完成PLC與模塊之間的接線，認(rèn)真檢查，確保正確無誤。通過計算機編輯梯形圖，進行轉(zhuǎn)換，通過 SC-09通訊編程電纜將下載程序至PLC中，進行機械手程序調(diào)試，通過監(jiān)控觀察觸點、線圈動作情況。經(jīng)過模擬調(diào)試、反復(fù)編寫，可以快速提高PLC梯形圖設(shè)計。■

參考文獻

第8篇：機械手臂設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：PLC和觸摸屏；氣動機械手；控制系統(tǒng)；設(shè)計

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)程度的提升，機械設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中已經(jīng)占據(jù)大部分的生產(chǎn)工作內(nèi)容，在減少了人員開支的同時也極大的提升了生產(chǎn)工作的效率，促進我國工業(yè)的發(fā)展。隨著近年來的科技水平的提升，氣動化設(shè)備的發(fā)展得到了迅速的發(fā)展，使得工業(yè)系統(tǒng)自動化的水平進一步提升。下面我們對PLC和觸摸屏下的氣動機械手控制系統(tǒng)進行設(shè)計。

1 機械手控制功能需求分析

機械手在實際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用，有效的提升了工作的效率。同時機械手在實際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用主要功能是將生產(chǎn)線上的零部件進行組裝，并能夠根據(jù)零件是否合格進行辨別，完成一個流水線上的工作。在完成一個作業(yè)任務(wù)的過程中，機械手的操作流程是：伸出機械手臂―夾緊零部件―上升―順時針合格/逆時針不合格―下降―放松―縮回手臂。這是機械手在完成一整套工作任務(wù)的流程[1]。

機械手能夠完成上述的任務(wù)，必須要有相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)進行控制。其中組成部分包括兩只氣缸和一只三位擺臺，其中還需要一只電動手抓。其中兩個氣缸控制上升與下降還有伸出和縮回。三位擺臺是控制機械手臂的左右擺動要求，其中的氣動手爪是抓取零件的重要部分[2]。

機械手是現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中重要的組成部分，其中的安全性和性能性是保障機械手能夠正常運行的關(guān)鍵，同時離不開控制系統(tǒng)地控制，在實際的控制當(dāng)中應(yīng)該具備以下控制功能。第一，單一步驟運行，在操作中完成一步動作。第二，連續(xù)步驟動作，在機械手運行中完成連續(xù)的步驟，完成一步搬運工作。第三，設(shè)置權(quán)限，對于操作人員進行限制，減少使用過程中出現(xiàn)失誤。第四，自動預(yù)警，在發(fā)生故障的過程中自動預(yù)警，使得能夠及時進行處理，避免影響正常的生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制方案設(shè)計

在整個方案的集體實施當(dāng)中，應(yīng)該具有一定的控制方案進行控制。在整個控制系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)該采取主站加從站相互配合的方式進行相應(yīng)的系統(tǒng)控制，主站進行統(tǒng)一的控制，從站進行各個單元的控制工作。并且每一個從站在控制的過程中都配備觸摸屏。

機械手單元的控制系統(tǒng)應(yīng)該采用PLC加觸摸屏的模式進行控制，觸摸屏主要是對于機械手進行操作，形成人機交互的形勢，整個系統(tǒng)當(dāng)中的壓力變速器和按鈕，以及報警器和電磁開關(guān)等零部件組成，只有基于PLC和觸摸屏進行控制才能夠使得整個氣動機械手正常的完成工業(yè)生產(chǎn)，提升整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性能[3]。

2.2 PLC程序設(shè)計

在程序的設(shè)定過程中應(yīng)該注意機械手對每一個零部件的確認(rèn)，并將信號進行傳輸，將零件辨別后進行傳送，確定零件的傳送方向。在實際的從站操作當(dāng)中，之間不能夠進行通訊工作。因此，這樣在實際的信號傳遞過程中，主站與檢測單元進行通訊傳輸，獲得檢測結(jié)果信號。

程序的開發(fā)過程具有一定的步驟，在實際開發(fā)程序過程中應(yīng)該首先確定I/O地址的分配工作，在地址分配的過程中包括開關(guān)量的地址分配和模擬量地址的分配。并且在觸摸屏當(dāng)中的軟件元素也要設(shè)置。其中進行程序的設(shè)定也是其中至關(guān)重要的一個系統(tǒng)設(shè)計的環(huán)節(jié)。在機械手進行運動的過程中具有一定的邏輯順序，對于各個控制環(huán)節(jié)都有一定的單元進行完成控制工作。在程序的編程過程中應(yīng)該重視信號的干擾，避免產(chǎn)生一定的誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)偏差。在進行程序的控制時要在系統(tǒng)的內(nèi)部進行程序塊的編輯工作，運用函數(shù)程序進行控制機械手臂的運行[4]。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)備的運行中，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效的減少系統(tǒng)故障的發(fā)生。在進行設(shè)置過程中應(yīng)該在機械手的各個環(huán)節(jié)進行傳感器的設(shè)置，確保在運行當(dāng)中出現(xiàn)故障得到及時的預(yù)警。在進行機械手的操作過程中，人為控制在其中也有重要的作用。因此，在進行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的過程中應(yīng)該重視設(shè)備運行的安全性。只有這樣，才能夠控制機械水平的正常運行，保證操作安全性[5]。

綜上所述，在現(xiàn)代的工業(yè)水平當(dāng)中，我國的氣動機械手在工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸的成熟。在PLC和觸摸屏基礎(chǔ)之下要完善和發(fā)展氣動機械手，使其在工業(yè)生產(chǎn)中能夠具備一定的效率，使其操作更加簡單便捷，促進我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[參考文獻]

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[2]張永壽，劉乃智.基于PLC和觸摸屏的數(shù)字閉環(huán)流量控制水處理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2009，12（11）：12-14.

[3]程永強.基于PLC和觸摸屏的砌塊成型機控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].黎明職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，10（03）：137-139.

第9篇：機械手臂設(shè)計范文

關(guān)鍵詞 六工位；控制；機械手

中圖分類號TH13 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0177-02

隨著市場向著多維度的發(fā)展，在機械制造行業(yè)出現(xiàn)了很多集靈活性、微小型于一身的零部件產(chǎn)品，為了滿足市場的這種多元化的需求，很多加工企業(yè)都在不斷地更新加工技術(shù)和加工機械，在技術(shù)上追求生產(chǎn)結(jié)構(gòu)柔性化、通用化、智能化。所以，一些傳統(tǒng)的設(shè)計與加工方法都已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)前的市場，一個企業(yè)要發(fā)展，就必須要經(jīng)過不斷的更新產(chǎn)品和加工方式，才能滿足市場的競爭要求。六工位機械手就是在這個環(huán)境中產(chǎn)生的，它具有通用型、智能型、靈活型，還能夠模擬人的手臂等高難度動作進行加工和生產(chǎn)，在機械的裝配過程中大大地提高了工人裝配的工作效率和加工產(chǎn)品的性能，同時還為節(jié)約成本保證質(zhì)量提供了保障，還在不同程度上滿足所有用戶間的使用特性以及企業(yè)成批生產(chǎn)的要求，由于他的交貨時間比較短，完全適用當(dāng)前市場這種多變性的要求，從而大大提高了在市場中的占有率。

1 六工位機械手的功能與結(jié)構(gòu)

1.1 機器手的概念及功能

機械手就是一種能夠模擬人的手和臂動作的工業(yè)機器人，它能夠依據(jù)設(shè)計者所預(yù)定的軌跡、程序和要求，進行準(zhǔn)確靈敏地抓取、搬運和操縱各種工具，屬于一種智能化的自動裝置系統(tǒng)，機器手它有著很大的發(fā)展前景和適用范圍，它屬于機電一體化高科技典型產(chǎn)品，在工業(yè)加工行業(yè)他將逐漸替代人類，走進一些柔性自動化生產(chǎn)場所，完成所有惡劣環(huán)境條件人工無法完成的所有工作。

因為六工位機械手有6條“手臂”，他們依次是閥體工位、安全閥檢測工位、安全閥組裝工位、墊片工位、彈簧工位、閥心工位，根據(jù)這些工位可完成6個工位的裝配、轉(zhuǎn)運和機械手的工作流程，主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，在實際設(shè)計中要結(jié)合機械手的加工的具體功能和特點進行組裝，總體結(jié)構(gòu)通常都是大臂、機身、小臂、手爪等幾個部分所組成。

1.2 機械手單元的特點與結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計了關(guān)節(jié)型機械手，手爪屬于懸掛式的手爪，利用氣動和電動聯(lián)合控制進行驅(qū)動，大臂、機身、小臂都是選用了步進電動機進行控制，手爪的抓取和升降選用了氣動的控制裝置。選擇步進電動機主要原因就是為了更方便地將機械手和計算機相連接，從而實現(xiàn)數(shù)字控制，選擇步進電動機控制的特點是如果輸入1個電脈沖，就會相對應(yīng)只能轉(zhuǎn)動1步，也就是說當(dāng)電動機繞組接受到了幾個電脈沖，轉(zhuǎn)子就會對應(yīng)著轉(zhuǎn)過幾個步距角，他的優(yōu)點就是容易實現(xiàn)開環(huán)控制。

2 六工位機械手的控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)

依據(jù)電動機實現(xiàn)驅(qū)動，機械手的大臂、機身、小臂都是選用步進電動機進行驅(qū)動的；手爪部分的驅(qū)動系統(tǒng)工作原理是機械手的手爪部分的氣動系統(tǒng)。

2.2 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使用的是PLC控制系統(tǒng)，選擇PLC是因為考慮到PLC的靈活性，如果裝配零件的數(shù)量和尺寸發(fā)生改變的時候，I/O繼電器的分配和I/O點的接線都會出現(xiàn)不同的變化?？刂频木唧w要求是機械手一定要按設(shè)計的動作順序逐步完成相應(yīng)6個工位上的工件接收和傳送，具體流程圖如圖1所示；PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計主要是依據(jù)機械手手臂和機身的驅(qū)動元件（步進電動機）進行驅(qū)動的，所以，第一步就是了解步進電動機的PLC控制，當(dāng)PLC的移位寄存器指令SHRB之后，就能得到步進電動機所需的脈沖序列。DATA數(shù)值輸入，指令執(zhí)行的時候會將該位的值移入移位寄存器；N為移位寄存器的長度（1~64）；S_BIT為寄存器的最低位；N為負(fù)值時右移位（由高位到低位），N 為正值時左移位（由低位到高位）。如果10.0“ON”時，使能端EN有效，整個移位寄存器開始移位，從M1.0到M1.5，左移6位，如果10.0為“OFF”則移位結(jié)束。

3 結(jié)論

機械手即工業(yè)機器人是一種能模擬人的手、臂等部分動作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其他要求實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具的自動化裝置，是具有發(fā)展前途的機電一體化典型產(chǎn)品，將在實現(xiàn)柔性自動化生產(chǎn)、代替人在惡劣環(huán)境條件下工作發(fā)揮重要作用。機械手的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都是采用PLC控制。PLC控制器本身具有通用性、靈活性、可靠性強、易維修、易改裝等特點，從而大大提高了機械手的通用性和靈活性，擴大了機械手的使用范圍，降低了成本。

參考文獻

[1]機械設(shè)計編委會.機械設(shè)計手冊第4卷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]陸一心.液壓與氣動技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.