气动在机械手中的应用

李海雁

摘要：文章中所介绍的气动机械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用气缸与电磁换向阀模拟了实际生产中的物料转运系统，在分析控制要求的基础上，设计了气动控制系统及PLC控制系统。该机械手的气动回路简单，再加上用PLC控制，结构体积小，成本相对较低，经济适用，操作简单，易学易用。

关键词：气动机械手；FX1S可编程控制器；PLC控制

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0033-02

近几十年来，气动技术的应用领域越来越广泛，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。可编程控制技术与气动技术相互结合，使整个系统自动化程度更高，控制更加灵活，性能更可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制的时代，控制精度不断提高；随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

1 气动技术的优点

气压传动系统的使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、家电、化工，食品和药品的包装等自动化生产

线中。

2 气动及气动机械手的应用

气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递的工程技术，是实现各种生产控制与自动控制的重要手段之一。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术的广泛应用，机器人的研制和生产已经成为高科技领域内迅速发展起来的一门新型技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与自动化的有机结合，机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力，机械手越来越广泛地得到了应用，在机械行业中它可以用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更

普遍。

3 搬运气动机械手的工作过程

搬运机械手搬运工作全过程是由悬臂气缸、升降气缸、气爪气缸和旋转气缸四个气缸之间的动作组合完成。根据机械手的工作任务，该机械手的工作流程为：初始位置—启动—悬臂气缸伸出—升降气缸下降—气爪夹紧—升降气缸上升—悬臂气缸缩回—旋转气缸右转—悬臂气缸伸出—升降气缸下降—气爪放松—悬臂气缸缩回—旋转气缸左转—初始位置。机械手的上升、下降、左移、右移、夹紧、放松等动作，均由相应的非接触式位置检测开关来控制。机械手所有的动作均有气缸来驱动，它的伸出与缩回、上升与下降、左转与右转等动作均由二位五通双电控换向阀来控制，气爪的夹紧与放松动作是由二位五通单电控换向阀来控制，即当电磁阀线圈YA1得电时，气爪夹紧，YA1失电，电磁阀复位，气爪放松；电磁阀线圈YA4得电时，悬臂气缸伸出，YA5得电时，悬臂气缸缩回；电磁阀线圈YA2得电，机械手上升，YA3得电，机械手下降；电磁阀线圈YA6得电，机械手左转，YA7得电，机械手右转回到初始

位置。

4 机械手气动控制系统

机械手气动控制系统主要是驱动执行元件运动的传动装置，主要实现机械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左转右转和气爪的夹紧动作。原理图如下：

图1 机械手气动控制系统原理图

4.1 水平伸缩即悬臂气缸运动部分

在初始位置，二位五通双电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA4得电接通，二位五通双电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G5位置，YA4失电，机械手右移停止，当电磁阀线圈YA5得电时，使得二位五通双电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞

收缩到传感器G4位置时，活塞杆回到初始位置。

4.2 垂直升降运动部分

在初始位置，二位五通双电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA3得电接通，二位五通双电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G3位置，YA3失电，机械手下降停止，当电磁阀线圈YA2得电时，使得二位五通双电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞收缩到传感器G2位置时，活塞杆上升回到初始位置。

4.3 气爪夹紧、放松运动部分

在初始位置，二位五通单电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA1得电接通，二位五通单电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G5位置，YA1失电，机械手夹紧到位，当电磁阀线圈YA1失电时，使得二位五通单电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞收缩，机械手放松，活塞杆回到初始位置。

5 PLC控制系统

该搬运机械手的工作状态和操作需要9个输入端子，具体分配为：启动按钮、停止按钮需要占用2个端子，气爪夹紧限位需占1个端子，升降限位占2个端子，左右移动限位占2个端子，左右旋转限位占2个端子。机械手的输出信号需要7个端子，具体分配为：机械手的夹紧、升降、左右移动、左右旋转7个电磁阀线圈，需要7个端子，具体分布见表1：

表1

根据控制要求和端子数量，此处选用FX1S-30MR-001继电器型PLC。该PLC共有16个输入、14个输出，满足控制所需的端子数目，控制程序设计。

图2

6 结语

气动机械手是机电一体化及自动化生产系统中常用的装置，用来搬运物件或代替人工完成某项工作，提高生产效率，该机械手所采用控制系统是由“可编程序控制器—传感器—气动元件”组成的典型的控制系统，它目前仍然是自动化技术的重要方面。该机械手的气动回路简单，再加上用PLC控制，结构体积小，成本相对较低，经济适用，操作简单，易学易用。

参考文献

[1] 杨青峰，付骞.可编程控制器原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[2] 三菱电机自动化（上海）有限公司.三菱微型可编程控制器（FX1S）使用手册[M].

[3] 孙涛.液压与气动技术[M].长沙：中南大学出版社，2010.endprint

摘要：文章中所介绍的气动机械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用气缸与电磁换向阀模拟了实际生产中的物料转运系统，在分析控制要求的基础上，设计了气动控制系统及PLC控制系统。该机械手的气动回路简单，再加上用PLC控制，结构体积小，成本相对较低，经济适用，操作简单，易学易用。

关键词：气动机械手；FX1S可编程控制器；PLC控制

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0033-02

近几十年来，气动技术的应用领域越来越广泛，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。可编程控制技术与气动技术相互结合，使整个系统自动化程度更高，控制更加灵活，性能更可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制的时代，控制精度不断提高；随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

1 气动技术的优点

气压传动系统的使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、家电、化工，食品和药品的包装等自动化生产

线中。

2 气动及气动机械手的应用

气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递的工程技术，是实现各种生产控制与自动控制的重要手段之一。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术的广泛应用，机器人的研制和生产已经成为高科技领域内迅速发展起来的一门新型技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与自动化的有机结合，机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力，机械手越来越广泛地得到了应用，在机械行业中它可以用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更

普遍。

3 搬运气动机械手的工作过程

搬运机械手搬运工作全过程是由悬臂气缸、升降气缸、气爪气缸和旋转气缸四个气缸之间的动作组合完成。根据机械手的工作任务，该机械手的工作流程为：初始位置—启动—悬臂气缸伸出—升降气缸下降—气爪夹紧—升降气缸上升—悬臂气缸缩回—旋转气缸右转—悬臂气缸伸出—升降气缸下降—气爪放松—悬臂气缸缩回—旋转气缸左转—初始位置。机械手的上升、下降、左移、右移、夹紧、放松等动作，均由相应的非接触式位置检测开关来控制。机械手所有的动作均有气缸来驱动，它的伸出与缩回、上升与下降、左转与右转等动作均由二位五通双电控换向阀来控制，气爪的夹紧与放松动作是由二位五通单电控换向阀来控制，即当电磁阀线圈YA1得电时，气爪夹紧，YA1失电，电磁阀复位，气爪放松；电磁阀线圈YA4得电时，悬臂气缸伸出，YA5得电时，悬臂气缸缩回；电磁阀线圈YA2得电，机械手上升，YA3得电，机械手下降；电磁阀线圈YA6得电，机械手左转，YA7得电，机械手右转回到初始

位置。

4 机械手气动控制系统

机械手气动控制系统主要是驱动执行元件运动的传动装置，主要实现机械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左转右转和气爪的夹紧动作。原理图如下：

图1 机械手气动控制系统原理图

4.1 水平伸缩即悬臂气缸运动部分

在初始位置，二位五通双电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA4得电接通，二位五通双电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G5位置，YA4失电，机械手右移停止，当电磁阀线圈YA5得电时，使得二位五通双电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞

收缩到传感器G4位置时，活塞杆回到初始位置。

4.2 垂直升降运动部分

在初始位置，二位五通双电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA3得电接通，二位五通双电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G3位置，YA3失电，机械手下降停止，当电磁阀线圈YA2得电时，使得二位五通双电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞收缩到传感器G2位置时，活塞杆上升回到初始位置。

4.3 气爪夹紧、放松运动部分

在初始位置，二位五通单电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA1得电接通，二位五通单电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G5位置，YA1失电，机械手夹紧到位，当电磁阀线圈YA1失电时，使得二位五通单电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞收缩，机械手放松，活塞杆回到初始位置。

5 PLC控制系统

该搬运机械手的工作状态和操作需要9个输入端子，具体分配为：启动按钮、停止按钮需要占用2个端子，气爪夹紧限位需占1个端子，升降限位占2个端子，左右移动限位占2个端子，左右旋转限位占2个端子。机械手的输出信号需要7个端子，具体分配为：机械手的夹紧、升降、左右移动、左右旋转7个电磁阀线圈，需要7个端子，具体分布见表1：

表1

根据控制要求和端子数量，此处选用FX1S-30MR-001继电器型PLC。该PLC共有16个输入、14个输出，满足控制所需的端子数目，控制程序设计。

图2

6 结语

气动机械手是机电一体化及自动化生产系统中常用的装置，用来搬运物件或代替人工完成某项工作，提高生产效率，该机械手所采用控制系统是由“可编程序控制器—传感器—气动元件”组成的典型的控制系统，它目前仍然是自动化技术的重要方面。该机械手的气动回路简单，再加上用PLC控制，结构体积小，成本相对较低，经济适用，操作简单，易学易用。

参考文献

[1] 杨青峰，付骞.可编程控制器原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[2] 三菱电机自动化（上海）有限公司.三菱微型可编程控制器（FX1S）使用手册[M].

[3] 孙涛.液压与气动技术[M].长沙：中南大学出版社，2010.endprint

摘要：文章中所介绍的气动机械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用气缸与电磁换向阀模拟了实际生产中的物料转运系统，在分析控制要求的基础上，设计了气动控制系统及PLC控制系统。该机械手的气动回路简单，再加上用PLC控制，结构体积小，成本相对较低，经济适用，操作简单，易学易用。

关键词：气动机械手；FX1S可编程控制器；PLC控制

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0033-02

近几十年来，气动技术的应用领域越来越广泛，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。可编程控制技术与气动技术相互结合，使整个系统自动化程度更高，控制更加灵活，性能更可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制的时代，控制精度不断提高；随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

1 气动技术的优点

气压传动系统的使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、家电、化工，食品和药品的包装等自动化生产

线中。

2 气动及气动机械手的应用

气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递的工程技术，是实现各种生产控制与自动控制的重要手段之一。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术的广泛应用，机器人的研制和生产已经成为高科技领域内迅速发展起来的一门新型技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与自动化的有机结合，机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力，机械手越来越广泛地得到了应用，在机械行业中它可以用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更

普遍。

3 搬运气动机械手的工作过程

搬运机械手搬运工作全过程是由悬臂气缸、升降气缸、气爪气缸和旋转气缸四个气缸之间的动作组合完成。根据机械手的工作任务，该机械手的工作流程为：初始位置—启动—悬臂气缸伸出—升降气缸下降—气爪夹紧—升降气缸上升—悬臂气缸缩回—旋转气缸右转—悬臂气缸伸出—升降气缸下降—气爪放松—悬臂气缸缩回—旋转气缸左转—初始位置。机械手的上升、下降、左移、右移、夹紧、放松等动作，均由相应的非接触式位置检测开关来控制。机械手所有的动作均有气缸来驱动，它的伸出与缩回、上升与下降、左转与右转等动作均由二位五通双电控换向阀来控制，气爪的夹紧与放松动作是由二位五通单电控换向阀来控制，即当电磁阀线圈YA1得电时，气爪夹紧，YA1失电，电磁阀复位，气爪放松；电磁阀线圈YA4得电时，悬臂气缸伸出，YA5得电时，悬臂气缸缩回；电磁阀线圈YA2得电，机械手上升，YA3得电，机械手下降；电磁阀线圈YA6得电，机械手左转，YA7得电，机械手右转回到初始

位置。

4 机械手气动控制系统

机械手气动控制系统主要是驱动执行元件运动的传动装置，主要实现机械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左转右转和气爪的夹紧动作。原理图如下：

图1 机械手气动控制系统原理图

4.1 水平伸缩即悬臂气缸运动部分

在初始位置，二位五通双电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA4得电接通，二位五通双电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G5位置，YA4失电，机械手右移停止，当电磁阀线圈YA5得电时，使得二位五通双电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞

收缩到传感器G4位置时，活塞杆回到初始位置。

4.2 垂直升降运动部分

在初始位置，二位五通双电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA3得电接通，二位五通双电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G3位置，YA3失电，机械手下降停止，当电磁阀线圈YA2得电时，使得二位五通双电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞收缩到传感器G2位置时，活塞杆上升回到初始位置。

4.3 气爪夹紧、放松运动部分

在初始位置，二位五通单电控换向阀右位接入系统，压缩空气经阀的进气口1到达2出口，进入气缸的右腔，气缸活塞收回，当按下“启动”按钮时，电磁阀线圈YA1得电接通，二位五通单电控换向阀左位接入系统，压缩空气进入气缸的左腔，使得气缸活塞伸出到传感器G5位置，YA1失电，机械手夹紧到位，当电磁阀线圈YA1失电时，使得二位五通单电控换向阀右位接入系统，当气缸活塞收缩，机械手放松，活塞杆回到初始位置。

5 PLC控制系统

该搬运机械手的工作状态和操作需要9个输入端子，具体分配为：启动按钮、停止按钮需要占用2个端子，气爪夹紧限位需占1个端子，升降限位占2个端子，左右移动限位占2个端子，左右旋转限位占2个端子。机械手的输出信号需要7个端子，具体分配为：机械手的夹紧、升降、左右移动、左右旋转7个电磁阀线圈，需要7个端子，具体分布见表1：

表1

根据控制要求和端子数量，此处选用FX1S-30MR-001继电器型PLC。该PLC共有16个输入、14个输出，满足控制所需的端子数目，控制程序设计。

图2

6 结语

气动机械手是机电一体化及自动化生产系统中常用的装置，用来搬运物件或代替人工完成某项工作，提高生产效率，该机械手所采用控制系统是由“可编程序控制器—传感器—气动元件”组成的典型的控制系统，它目前仍然是自动化技术的重要方面。该机械手的气动回路简单，再加上用PLC控制，结构体积小，成本相对较低，经济适用，操作简单，易学易用。

参考文献

[1] 杨青峰，付骞.可编程控制器原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[2] 三菱电机自动化（上海）有限公司.三菱微型可编程控制器（FX1S）使用手册[M].

[3] 孙涛.液压与气动技术[M].长沙：中南大学出版社，2010.endprint