气动机械手控制系统设计分析

气动机械手控制系统设计分析 本文关键词：机械手，控制系统，分析，设计

气动机械手控制系统设计分析 本文简介：摘要：现代工业越来越讲究节约成本、环保生产，往复移动式气动机械手具有简洁的构造、优良的性能、低廉的成本和环保特性等优点，它的精确位置控制被生产企业大量应用在自动生产上。这种气动机械手是经过一系列的精确数据计算和生产工艺设计，在模块化的条件下诞生的。本文从想法的提出，到思路的构建，再到计算设计，直到最

气动机械手控制系统设计分析 本文内容：

摘要：现代工业越来越讲究节约成本、环保生产，往复移动式气动机械手具有简洁的构造、优良的性能、低廉的成本和环保特性等优点，它的精确位置控制被生产企业大量应用在自动生产上。这种气动机械手是经过一系列的精确数据计算和生产工艺设计，在模块化的条件下诞生的。本文从想法的提出，到思路的构建，再到计算设计，直到最终的模拟试运行。在设计中考虑到机械手的可行性和实用性，选择三菱PLC控制系统作为控制机械手的气动部件和装置中心。PLC控制设计，先对PLC内部构造分析，再到设计外部接线的连接，最后通过手动和自动操作完成程序设计。

关键词：气动机械手；PLC；精确位置

机械手是一台复杂、高技术含量的机械设备。该系统底座为工业型材构架，核心小部件使用选好的端口；各机械模块可单独控制，接口开放，可以多级开发，能够实现往复式移动并且能够及时到达用户预定的点位。通过程序控制机械手能够快速、精确地进行位置定位，并满足承载能力强、运动自由灵活等性能要求。

1往复移动式气动机械手的气动回路及PLC控制系统的硬件电路设计如下：

1.1气动回路

气动回路大体是由多种类控制阀、执行气缸和供气源等组成。(1)气源：就是保证由气压作为传动的系统拥有动力源，气动系统气源由高压空气泵站压缩供应，但是由于在输入之前已经经过了减压、降温、洁净等一系列的处理，输入的压力稳定值在0.25MPa，并且为了让压缩空气不影响各个气缸腔，气源会通过过滤减压阀进行一次过滤和减压，经过这次处理后压缩空气才能通过控制阀进入到各个气缸腔。(2)换向阀：在气动控制过程有着不可或缺的作用，执行元件的运动方向可以由换向阀控制管道中的气流开断以及改变气流的方向来实现控制。与气动换向阀不同的是，电磁换向阀的换向是由通电电磁力改变阀芯的移动变化实现。而电磁换向阀可以与PLC实现信息交互和电气联合。(3)执行机构及其相关气动部件：机械手系统的执行机构主要包括三个气缸，即X轴无杆气缸、Y轴无杆气缸和Z轴双作用气缸，以及真空发生器和真空吸盘等部件。在控制回路方面，各气缸回路与真空吸盘回路共同组成了机械手的气动控制回路。控制阀采用集成安装，其阀板取自SMC公司。这种安装方式PLC集中控制7个电磁阀，其系统更稳定，易安装，节约空间。配备有减压阀、消音器和管接头等设备，确保机械手的运行。气动回路原理图如图1机械手气压传动系统工作原理图。通过一系列连贯的动作，机械手完成一次抓放件的指令，在返回到初始状态后，它又准备下一个指令动作。

1.2PLC控制系统的硬件电路设计

1.2.1PLC系统组成及其选型PLC发展迅猛，各个厂家核心上的功能和编程系统有很多关联。PLC系统主要由七个部分组成，分别是中央处理单元CPU、输入输出接口、存储器、电源、I/O扩展接口、外部设备接口和编程器。PLC硬件的基本结构如图2。三菱、SIEMENS和欧姆龙是目前PLC中使用广泛、功能全面、性能较好的品牌。气动机械手在选择PLC控制系统时，一方面要充分考虑PLC系统的性价比和市场应用度，同时也要考虑系统的工艺要求、被控制对象的I/O点数以及PLC扩展项，另外还要注意PLC系统的扫描速度和自我诊断等方面的能力。1.2.2控制系统构成图控制系统构成图分为两部分，一是控制面板的设计，设计要点为选择按钮控制其运动方式及操作方式，如图3所示控制面板的设计；二是机械手节制要领的细化布局如图4节制要领分解图。1.2.3控制系统的硬件接线图PLC硬件设计就是设计随气动机械手运行的PLC设备。它的核心是可独立实现智能化运行。PLC硬件能实时收集状态数据以及传输相关运行数据，并控制程序中数据的处理，通过串口通信将收集的状态数据上传到监控界面，CPU发出指令来控制调节动作。硬件设计是PLC控制系统设计非常重要的组成部分，在PLC控制系统下协调各部件和保证稳定可靠运行。综合分析机械手的运动过程和开关量的控制，再根据PLC的内部结构，分配I/O端口地址，设计好PLC输入输出电路。PLC的硬件接线图如图5。

2结论

在机械手总体结构的设计过程中，通过分解为执行机构设计，驱动系统完成机械手的总体设计，按照手指结构的设计要求，实现手臂的升降、伸缩、回转等功能要求，再确定手指等部件的型号和工作范围，高效完成高负荷、高难度的生产任务。

参考文献：

[1]史国生.PLC在机械手步进控制中的应用[J].中国工控信息网,2005,1.

[2]常斗南.可编程序控制器原理、应用、实验[M].北京：机械工业出版社,2012.

[3]朱凌宏.基于PLC的液压驱动式机械手动作设计[J].机床与液压,2011（6）。

作者：冯蕾 单位：湖北工程职业学院