隨著科學技術的進步，機械在現實生活中的普遍應用，以及我國機械自動化的不斷提高，機械手已經被廣泛應用。機械手在控制器的控制下，可以模仿人的手、腕、臂的動作，按照固定的動作流程進行工作。因此，在許多的工業領域可以代替人的勞動，達到生產自動化。使用機械手，不但降低的人的體力勞動，減少人力資源的浪費，而且提高了工作效率，為企業帶來更大的經濟效益，更有利于企業的發展。

　　機械手的控制，可以用單片機來控制，也可以用PLC來控制。但使用單片機進行控制，需要有相當的研發力量和行業經驗，才能使系統穩定可靠地運行；而用PLC控制，相對簡單并且信號處理時間短，速度快，可靠性高，容易維護。因此，PLC在機械手的控制領域被越來越廣泛的使用。

1 機械手的動作要求和結構設計

　　1.1 工作背景

　　生產線上有兩個傳輸線和—個自動裝箱機械手。傳輸帶1是使用來傳送閥體的，傳輸帶2是用來傳送箱子的。兩個生產線上都有傳感器，是用來控制傳輸線的運動。初始時，機械手處于復位狀態，控制系統檢測是否傳輸帶1上已經有一個閥體停在指定位置，傳輸帶2上已經有一個箱子停在指定位置上。首先，機械手將傳輸帶I上的閥體移到傳輸帶2的箱子里，同時傳輸帶1將另—個閥體傳送到指定位置后停止移動，接著機械手將傳輸帶1上的閥體移到箱子里，同時傳輸帶l又將一個新閥體傳送到指定位置后停止，接著機械手將閥體移到箱子里，直到箱子裝滿了，傳輸帶2運動，把裝滿閥體的箱子移走，送來一個空箱子，待第二個箱子到達指定位置后，傳輸帶2停止運動，與此同時傳輸帶1也將一個閥體送到位后停止，待兩個傳輸帶都停止后，機械手又開始新的裝箱工作。

　　1.2 工作要求

　　機械手機械設計要求：根據生產線的要求，該裝箱機械手需要有一個繞豎軸的旋轉，一個橫軸方向的移動，—個豎軸方向的移動，一個手爪的抓取和放開動作。

　　(1)旋轉動作。旋轉角度范圍為2700；

　　(2)豎軸移動。豎軸移動范圍0—750 nm'l。

　　(3)橫軸移動橫軸移動范圍0.750 m／n。

　　(4)末端執行結構。氣動的手爪，能實現對工件的夾緊和放松，能抓起2 kg的重物。

　　1.3 機械手的結構設計

　　根據機械手的工作背景以及工作要求，選取不同型號的雙作用氣壓缸來實現機械手的豎向升降、橫向伸縮、手爪的抓緊以及放松等作，機械手的旋轉動作通過使用單葉片式擺動氣壓缸來實現，將擺動氣壓缸放在豎向氣缸的下面，這樣機械手的驅動系統只需要一個適當的氣壓泵，就可以驅動機械手動作，并且氣壓傳動動作迅速，反應快，維護簡單，工作介質清潔，不存在變質問題。考慮到經濟因素，氣壓傳動的成本相對較低。

　　擺動氣壓缸的選擇。根據工作壓力以及額定轉速來選擇擺動氣壓缸，由于擺動氣壓缸放置在豎向氣壓缸的底部，所以擺動氣壓缸要提供較大的轉矩，因此擺動氣壓缸在選擇時，要注意輸出周徑應該較大一些。

2 機械手的控制設計

　　2.1 機械手的控制要求

　　(1)通過機械手實現物品的到位自動檢測、搬運、傳輸等功能。

　　(2)功能上分手動和自動兩個設計。手動時，由—個按鈕控制(不帶鎖)，第一次按下按鈕，機械手復位，然后每次按下時，機械手執行一步，直到完成所有動作；自動時，由啟動、停止、急停按鈕來控制。要求分清停止和急停的功能；停止時，機械手執行完此次任務后，回到復位狀態而停止；急停時，機械手無條件的立即停止，但是注意機械手爪上如有物體，應注意抓緊防止手爪松動而使物體落下。

　　(3)要求有指示燈進行功能指示，如：手動，自動指示燈、啟動指示燈、停止指示燈等。

　　(4)設計計數功能，每抓取—個物件計數器值加一。計數器顯示抓取的總個數。

　　2.2 硬件系統設計

　　(1)I／O點數的確定。

　　輸入——控制按鈕需要6個，限位傳感器需要8個，檢測手爪是否抓起物體的壓力傳感器需要1個，檢測箱體和閥體是否到位的光電傳感器需要2個。共需要17個輸入點；輸出——按鈕指示燈需要4個，計數器需要1個，電磁閥需要8個，共需要13個。

　　(2)PLC的型號。歐姆龍CPMlA(24輸入點，16輸出點，雙向晶閘管輸出型)。

　　(3)I／O分配點。

　　(4)子接線圖(如圖1所示)。

圖1子接線圈

　　2.3 軟件系統設計

　　(1)工作原理(如圖2所示)。機械手的動作由氣缸驅動，氣缸則由相應的電磁閥控制。選用二位電磁閥控制。例如當下降電磁閥通電時，機械手下降，斷電則停止。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升。其他左移，右移，左旋，右旋，抓緊，放松原理一樣。

圖2 工作流程圖

　　機械手的動作分解。從原點開始，按下氣動按鈕，下降電磁閥通電，機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，

　　機械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。手動操作。就是用按鈕操作對機械手的每一種運動單獨進行控制。

　　自動操作。機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動的、連續不斷的周期性循環。

　　(2)自動控制系統。當箱體和閥體都到位后，按下啟動按鈕，機械手才開始運動，運動的起始位置，是復位狀態即機械手的豎向氣缸伸出，橫向氣缸縮回，手爪松開，機械手旋向閥體方向，按下按鈕后，機械手將自動的周期性循環。

3 結束語

　　小型搬運機械手可以代替人的體力勞動，減少了人力資源的浪費，而且提高了工作效率；使用氣壓系統可靠性高，氣動電路簡單，成本低，結構緊湊；使用PLC控制機械手的運動，靈活性和通用性強，抗干擾能力強，可靠性高，并且本身具備擴展功能，成本低，適用于工業生產條件，使用效果好。