通用气动机械手的控制设计思路探讨

文承勇

摘要：气动机械手在我国各生产领域发挥着重要作用，现如今，传统的气动机械手已经很难满足企业发展的需求，对气动机械手的控制设计进行改造、更新是当前企业建设急需解决的首要问题。PLC控制的机械手具有价格便宜、结构简单、抗干扰能力强等特点，在实际应用过程中取得了较高的效益。文章结合笔者多年工作经验，从气动机械手的工作原理及控制要求着手，对通用气动机械手的控制设计思路做了简单介绍。

关键词：气动机械手；控制设计；设计思路；工作原理；控制要求；电子技术

中图分类号：HP138 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0029-02

伴随着经济的发展，生产行业向机械化、自动化的方向快速发展，机械手应运而生。进入21世纪以来，电子技术已经广泛应用于各行各业，机械手的研制和生产已经受到相关行业的广泛重视。在实际建设过程中，很多企业愿意在生产过程中采用机械手进行作业，这样不仅可以降低生产成本，还能减轻人力劳动强度。正因如此，在很大程度上促进了机械手的发展，使其更加符合生产企业的实际需求。气动机械手在生产领域发挥着不可替代的作用，具有结构简单、价格低廉以及可靠性高等特点。气动技术以压力为动力，压力主要来源于大气，对环境污染较小，是实现企业发展自动化的重要手段之一。本文以气动机械手的控制设计为主要研究对象，对其控制设计思路做了简单介绍。

1 工作原理及控制要求

1.1 气动机械手的基本结构

近几年，机械手在各生产领域得到了广泛应用，尤其是污染比较严重的生产企业更加注重机械手的使用。图1是气动机械手的结构示意图。从示意图中可以看出，气动机械手的结构比较简单，主要组成部分有步进电机、直线导轨、气缸（3个滑动气缸、1个摆动气缸）、传感器、开关以及支架等，可以同时在多个坐标内工作。启动装置和PLC控制系统共同组成该气动机械手的控制系统，主控器以PLC控制系统为主，主要目的是控制机械手的运行。

1.2 气动机械手的控制要求

气动机械手的控制要求有：第一，机械手启动后，立柱电磁阀必须保持通电状态，立柱开始上升；第二，机械手臂处于伸出状态，电磁阀通电正常；第三，机械手爪夹紧，电磁阀处在通电状态；第四，机械手缩回，处于限位开关动作；第五，立柱保持顺时针旋转状态；第六，立柱逐渐下降，电磁阀关闭；第七，机械手臂伸出，重复之前动作；第八，立柱处于逆时针旋转状态，停止机械手工作；第九，进行手动操作，每次按下START按钮，接收程序重复上述动作。

机械手自动控制的流程是：启动→立柱上升→手臂伸出→手抓夹紧→手臂缩回→立柱顺时针转→立柱下降→手臂伸出→放开工件→手臂回缩→立柱逆时针转，依次重复上述动作。

2 气动机械手气动系统设计

结合上文中介绍的机械手自动控制流程可以看出：为了保障机械手的正常运行，实际运行过程中的机械手通常需要4个气缸（摆动气缸、升降气缸、伸缩气缸以及气爪气缸）进行驱动。这4个气缸在实际使用过程中都以双作用气缸为主，对控制电磁阀有严格要求，通常情况下，对4个气缸进行控制的电磁阀必须由2个工作口、2个排气口以及1个供气口共同组成，因此，二位五通电磁阀是该过程电磁阀的首选。各个气缸入气口与出气口位置必须安装节流阀门，主要作用是调节进气和出气的流量大小，保障气缸的稳定和安全。为了提高机械手动作的安全性，通常会采用双电控电磁阀对摆动气缸进行控制，其他气缸均有单电控电磁阀控制。最后，运行中的4个气缸均采用活塞带磁性的气缸，气动机械手气动系统设计如图2所示：

3 通用气动机械手的控制设计思路

3.1 气动机械手的PLC控制设计

气动机械手的PLC控制设计受到了越来越多生产企业的重视，利用PLC控制机械手完成相关的生产动作，不仅可以提高生产效率，还能简化传统生产过程中复杂的控制线路、减少成本支出，从而推动企业的发展建设。气动机械手的PLC控制设计需要考虑以下要求：

3.1.1 确定PLC实际需要的输入点数量。结合上文内容可知，PLC控制系统中输入信号端作用非常明显，输入信号端的信号主要来源于机械手中的行程开关，目的是对机械手的升降、伸缩以及转动状态进行检测。为了满足系统控制的要求，需要结合多个按钮信号传达出的信息判断机械手的运行状态，确定PLC实际需要的输入点数量还要求设置按钮对机械手运行过程中使用的AUTO MAN旋动开关进行控制。

PLC运行过程中需要8个输出信号，目的是驱动4个气缸的电磁阀，其中有3个信号用来显示机械手的工作状态。综上所述，PLC实际需要的输入点数量应该大于或等于13个，输出点数应该大于或等于11个。

3.1.2 用户程序存储器容量的选择。从PLC实际需要的输入点数量的确定分析中可以看出，PLC气动机械手控制系统需要24个开关量控制，存储器的字数应该大于或等于输出点数量的8倍，也就是192字。

3.1.3 PLC型号的选择。从上述分析中可以看出，输入点个数必须大于或等于13个，输出点个数大于或等于11个，存储器的字数大于或等于192字，满足以上要求的PLC才符合实际运行需求。在实际使用过程中以S7-300型号的PLC和2个SM323数字量I/O模块为主。该模块由16个输入和输出点、48KB随机存储器、64个计数器以及128个定时器共同组成，具有结构紧凑、数据处理能力强以及指令丰富的特点。输出和输入点的分配以及PLC与器件的逻辑接线图如图3所示：

3.2 PLC的程序设计

本文中研究的气动机械手在PLC控制下的执行方式有两种，笔者对这两种方式做了如下介绍：

3.2.1 手动。按下START按钮后，机械手可以同时完成上升、伸出、缩回、转动、下降、伸出、松开、缩回以及转动等动作。手动执行方式主要运用于工艺参数的摸索研究。

3.2.2 自动。启动按钮开启后，机械手可以重复循环上升、伸出、缩回、转动、下降、伸出、松开、缩回以及转动等动作。自动执行方式主要运用于正常生产过程中。

3.3 利用PLC进行控制的特点

利用PLC对气动机械手进行控制，与传统的控制方式，如纯气动控制以及继电器/接触器控制相比具有明显的优势。笔者结合实际工作经验，将其优势做了以下介绍：第一，利用PLC进行控制的气动机械手工作可靠性和安全性高，在提高生产效率的同时，还降低了人力资源的劳动强度；第二，气动机械手控制系统由PLC控制部分和气动控制部分共同组成；第三，利用PLC进行控制可以利用双电控电磁阀或者单电控电磁阀以阀岛进行气路转换，具有结构紧凑、可靠性高的特点；第四，行程开关可以有效控制信号信息；第五，利用PLC进行控制的气动机械手可实现远程控制，在生产中应用效果明显。

4 结语

总之，气动机械手在生产领域的作用越来越明显，伴随着经济的发展，信息技术已经广泛应用于各行各业，在实际应用过程中，信息技术对通用PLC气动机械手的影响尤为明显。上文从机械手的工作原理及控制要求出发，分析了气动机械手气动系统设计思路，用PLC控制机械手与其他控制形式相比具有明显的优势，为了促进生产行业的发展，生产企业必须明确通用气动机械手的控制设计思路。

参考文献

[1] 张萍萍.基于PLC的气动机械手控制系统设计[D].电子科技大学，2013.

[2] 齐继阳，吴倩，何文灿.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统的设计[J].液压与气动，2013，（4）.

[3] 袁玉比.气动机械手夹持力控制系统的研究[D].昆明理工大学，2012.

[4] 汪欢欢，胡国清，周青辉.基于PLC的气动机械手控制系统设计与研究[J].液压与气动，2012，（9）.

摘要：气动机械手在我国各生产领域发挥着重要作用，现如今，传统的气动机械手已经很难满足企业发展的需求，对气动机械手的控制设计进行改造、更新是当前企业建设急需解决的首要问题。PLC控制的机械手具有价格便宜、结构简单、抗干扰能力强等特点，在实际应用过程中取得了较高的效益。文章结合笔者多年工作经验，从气动机械手的工作原理及控制要求着手，对通用气动机械手的控制设计思路做了简单介绍。

关键词：气动机械手；控制设计；设计思路；工作原理；控制要求；电子技术

中图分类号：HP138 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0029-02

伴随着经济的发展，生产行业向机械化、自动化的方向快速发展，机械手应运而生。进入21世纪以来，电子技术已经广泛应用于各行各业，机械手的研制和生产已经受到相关行业的广泛重视。在实际建设过程中，很多企业愿意在生产过程中采用机械手进行作业，这样不仅可以降低生产成本，还能减轻人力劳动强度。正因如此，在很大程度上促进了机械手的发展，使其更加符合生产企业的实际需求。气动机械手在生产领域发挥着不可替代的作用，具有结构简单、价格低廉以及可靠性高等特点。气动技术以压力为动力，压力主要来源于大气，对环境污染较小，是实现企业发展自动化的重要手段之一。本文以气动机械手的控制设计为主要研究对象，对其控制设计思路做了简单介绍。

1 工作原理及控制要求

1.1 气动机械手的基本结构

近几年，机械手在各生产领域得到了广泛应用，尤其是污染比较严重的生产企业更加注重机械手的使用。图1是气动机械手的结构示意图。从示意图中可以看出，气动机械手的结构比较简单，主要组成部分有步进电机、直线导轨、气缸（3个滑动气缸、1个摆动气缸）、传感器、开关以及支架等，可以同时在多个坐标内工作。启动装置和PLC控制系统共同组成该气动机械手的控制系统，主控器以PLC控制系统为主，主要目的是控制机械手的运行。

1.2 气动机械手的控制要求

气动机械手的控制要求有：第一，机械手启动后，立柱电磁阀必须保持通电状态，立柱开始上升；第二，机械手臂处于伸出状态，电磁阀通电正常；第三，机械手爪夹紧，电磁阀处在通电状态；第四，机械手缩回，处于限位开关动作；第五，立柱保持顺时针旋转状态；第六，立柱逐渐下降，电磁阀关闭；第七，机械手臂伸出，重复之前动作；第八，立柱处于逆时针旋转状态，停止机械手工作；第九，进行手动操作，每次按下START按钮，接收程序重复上述动作。

机械手自动控制的流程是：启动→立柱上升→手臂伸出→手抓夹紧→手臂缩回→立柱顺时针转→立柱下降→手臂伸出→放开工件→手臂回缩→立柱逆时针转，依次重复上述动作。

2 气动机械手气动系统设计

结合上文中介绍的机械手自动控制流程可以看出：为了保障机械手的正常运行，实际运行过程中的机械手通常需要4个气缸（摆动气缸、升降气缸、伸缩气缸以及气爪气缸）进行驱动。这4个气缸在实际使用过程中都以双作用气缸为主，对控制电磁阀有严格要求，通常情况下，对4个气缸进行控制的电磁阀必须由2个工作口、2个排气口以及1个供气口共同组成，因此，二位五通电磁阀是该过程电磁阀的首选。各个气缸入气口与出气口位置必须安装节流阀门，主要作用是调节进气和出气的流量大小，保障气缸的稳定和安全。为了提高机械手动作的安全性，通常会采用双电控电磁阀对摆动气缸进行控制，其他气缸均有单电控电磁阀控制。最后，运行中的4个气缸均采用活塞带磁性的气缸，气动机械手气动系统设计如图2所示：

3 通用气动机械手的控制设计思路

3.1 气动机械手的PLC控制设计

气动机械手的PLC控制设计受到了越来越多生产企业的重视，利用PLC控制机械手完成相关的生产动作，不仅可以提高生产效率，还能简化传统生产过程中复杂的控制线路、减少成本支出，从而推动企业的发展建设。气动机械手的PLC控制设计需要考虑以下要求：

3.1.1 确定PLC实际需要的输入点数量。结合上文内容可知，PLC控制系统中输入信号端作用非常明显，输入信号端的信号主要来源于机械手中的行程开关，目的是对机械手的升降、伸缩以及转动状态进行检测。为了满足系统控制的要求，需要结合多个按钮信号传达出的信息判断机械手的运行状态，确定PLC实际需要的输入点数量还要求设置按钮对机械手运行过程中使用的AUTO MAN旋动开关进行控制。

PLC运行过程中需要8个输出信号，目的是驱动4个气缸的电磁阀，其中有3个信号用来显示机械手的工作状态。综上所述，PLC实际需要的输入点数量应该大于或等于13个，输出点数应该大于或等于11个。

3.1.2 用户程序存储器容量的选择。从PLC实际需要的输入点数量的确定分析中可以看出，PLC气动机械手控制系统需要24个开关量控制，存储器的字数应该大于或等于输出点数量的8倍，也就是192字。

3.1.3 PLC型号的选择。从上述分析中可以看出，输入点个数必须大于或等于13个，输出点个数大于或等于11个，存储器的字数大于或等于192字，满足以上要求的PLC才符合实际运行需求。在实际使用过程中以S7-300型号的PLC和2个SM323数字量I/O模块为主。该模块由16个输入和输出点、48KB随机存储器、64个计数器以及128个定时器共同组成，具有结构紧凑、数据处理能力强以及指令丰富的特点。输出和输入点的分配以及PLC与器件的逻辑接线图如图3所示：

3.2 PLC的程序设计

本文中研究的气动机械手在PLC控制下的执行方式有两种，笔者对这两种方式做了如下介绍：

3.2.1 手动。按下START按钮后，机械手可以同时完成上升、伸出、缩回、转动、下降、伸出、松开、缩回以及转动等动作。手动执行方式主要运用于工艺参数的摸索研究。

3.2.2 自动。启动按钮开启后，机械手可以重复循环上升、伸出、缩回、转动、下降、伸出、松开、缩回以及转动等动作。自动执行方式主要运用于正常生产过程中。

3.3 利用PLC进行控制的特点

利用PLC对气动机械手进行控制，与传统的控制方式，如纯气动控制以及继电器/接触器控制相比具有明显的优势。笔者结合实际工作经验，将其优势做了以下介绍：第一，利用PLC进行控制的气动机械手工作可靠性和安全性高，在提高生产效率的同时，还降低了人力资源的劳动强度；第二，气动机械手控制系统由PLC控制部分和气动控制部分共同组成；第三，利用PLC进行控制可以利用双电控电磁阀或者单电控电磁阀以阀岛进行气路转换，具有结构紧凑、可靠性高的特点；第四，行程开关可以有效控制信号信息；第五，利用PLC进行控制的气动机械手可实现远程控制，在生产中应用效果明显。

4 结语

总之，气动机械手在生产领域的作用越来越明显，伴随着经济的发展，信息技术已经广泛应用于各行各业，在实际应用过程中，信息技术对通用PLC气动机械手的影响尤为明显。上文从机械手的工作原理及控制要求出发，分析了气动机械手气动系统设计思路，用PLC控制机械手与其他控制形式相比具有明显的优势，为了促进生产行业的发展，生产企业必须明确通用气动机械手的控制设计思路。

参考文献

[1] 张萍萍.基于PLC的气动机械手控制系统设计[D].电子科技大学，2013.

[2] 齐继阳，吴倩，何文灿.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统的设计[J].液压与气动，2013，（4）.

[3] 袁玉比.气动机械手夹持力控制系统的研究[D].昆明理工大学，2012.

[4] 汪欢欢，胡国清，周青辉.基于PLC的气动机械手控制系统设计与研究[J].液压与气动，2012，（9）.

摘要：气动机械手在我国各生产领域发挥着重要作用，现如今，传统的气动机械手已经很难满足企业发展的需求，对气动机械手的控制设计进行改造、更新是当前企业建设急需解决的首要问题。PLC控制的机械手具有价格便宜、结构简单、抗干扰能力强等特点，在实际应用过程中取得了较高的效益。文章结合笔者多年工作经验，从气动机械手的工作原理及控制要求着手，对通用气动机械手的控制设计思路做了简单介绍。

关键词：气动机械手；控制设计；设计思路；工作原理；控制要求；电子技术

中图分类号：HP138 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0029-02

伴随着经济的发展，生产行业向机械化、自动化的方向快速发展，机械手应运而生。进入21世纪以来，电子技术已经广泛应用于各行各业，机械手的研制和生产已经受到相关行业的广泛重视。在实际建设过程中，很多企业愿意在生产过程中采用机械手进行作业，这样不仅可以降低生产成本，还能减轻人力劳动强度。正因如此，在很大程度上促进了机械手的发展，使其更加符合生产企业的实际需求。气动机械手在生产领域发挥着不可替代的作用，具有结构简单、价格低廉以及可靠性高等特点。气动技术以压力为动力，压力主要来源于大气，对环境污染较小，是实现企业发展自动化的重要手段之一。本文以气动机械手的控制设计为主要研究对象，对其控制设计思路做了简单介绍。

1 工作原理及控制要求

1.1 气动机械手的基本结构

近几年，机械手在各生产领域得到了广泛应用，尤其是污染比较严重的生产企业更加注重机械手的使用。图1是气动机械手的结构示意图。从示意图中可以看出，气动机械手的结构比较简单，主要组成部分有步进电机、直线导轨、气缸（3个滑动气缸、1个摆动气缸）、传感器、开关以及支架等，可以同时在多个坐标内工作。启动装置和PLC控制系统共同组成该气动机械手的控制系统，主控器以PLC控制系统为主，主要目的是控制机械手的运行。

1.2 气动机械手的控制要求

气动机械手的控制要求有：第一，机械手启动后，立柱电磁阀必须保持通电状态，立柱开始上升；第二，机械手臂处于伸出状态，电磁阀通电正常；第三，机械手爪夹紧，电磁阀处在通电状态；第四，机械手缩回，处于限位开关动作；第五，立柱保持顺时针旋转状态；第六，立柱逐渐下降，电磁阀关闭；第七，机械手臂伸出，重复之前动作；第八，立柱处于逆时针旋转状态，停止机械手工作；第九，进行手动操作，每次按下START按钮，接收程序重复上述动作。

机械手自动控制的流程是：启动→立柱上升→手臂伸出→手抓夹紧→手臂缩回→立柱顺时针转→立柱下降→手臂伸出→放开工件→手臂回缩→立柱逆时针转，依次重复上述动作。

2 气动机械手气动系统设计

结合上文中介绍的机械手自动控制流程可以看出：为了保障机械手的正常运行，实际运行过程中的机械手通常需要4个气缸（摆动气缸、升降气缸、伸缩气缸以及气爪气缸）进行驱动。这4个气缸在实际使用过程中都以双作用气缸为主，对控制电磁阀有严格要求，通常情况下，对4个气缸进行控制的电磁阀必须由2个工作口、2个排气口以及1个供气口共同组成，因此，二位五通电磁阀是该过程电磁阀的首选。各个气缸入气口与出气口位置必须安装节流阀门，主要作用是调节进气和出气的流量大小，保障气缸的稳定和安全。为了提高机械手动作的安全性，通常会采用双电控电磁阀对摆动气缸进行控制，其他气缸均有单电控电磁阀控制。最后，运行中的4个气缸均采用活塞带磁性的气缸，气动机械手气动系统设计如图2所示：

3 通用气动机械手的控制设计思路

3.1 气动机械手的PLC控制设计

气动机械手的PLC控制设计受到了越来越多生产企业的重视，利用PLC控制机械手完成相关的生产动作，不仅可以提高生产效率，还能简化传统生产过程中复杂的控制线路、减少成本支出，从而推动企业的发展建设。气动机械手的PLC控制设计需要考虑以下要求：

3.1.1 确定PLC实际需要的输入点数量。结合上文内容可知，PLC控制系统中输入信号端作用非常明显，输入信号端的信号主要来源于机械手中的行程开关，目的是对机械手的升降、伸缩以及转动状态进行检测。为了满足系统控制的要求，需要结合多个按钮信号传达出的信息判断机械手的运行状态，确定PLC实际需要的输入点数量还要求设置按钮对机械手运行过程中使用的AUTO MAN旋动开关进行控制。

PLC运行过程中需要8个输出信号，目的是驱动4个气缸的电磁阀，其中有3个信号用来显示机械手的工作状态。综上所述，PLC实际需要的输入点数量应该大于或等于13个，输出点数应该大于或等于11个。

3.1.2 用户程序存储器容量的选择。从PLC实际需要的输入点数量的确定分析中可以看出，PLC气动机械手控制系统需要24个开关量控制，存储器的字数应该大于或等于输出点数量的8倍，也就是192字。

3.1.3 PLC型号的选择。从上述分析中可以看出，输入点个数必须大于或等于13个，输出点个数大于或等于11个，存储器的字数大于或等于192字，满足以上要求的PLC才符合实际运行需求。在实际使用过程中以S7-300型号的PLC和2个SM323数字量I/O模块为主。该模块由16个输入和输出点、48KB随机存储器、64个计数器以及128个定时器共同组成，具有结构紧凑、数据处理能力强以及指令丰富的特点。输出和输入点的分配以及PLC与器件的逻辑接线图如图3所示：

3.2 PLC的程序设计

本文中研究的气动机械手在PLC控制下的执行方式有两种，笔者对这两种方式做了如下介绍：

3.2.1 手动。按下START按钮后，机械手可以同时完成上升、伸出、缩回、转动、下降、伸出、松开、缩回以及转动等动作。手动执行方式主要运用于工艺参数的摸索研究。

3.2.2 自动。启动按钮开启后，机械手可以重复循环上升、伸出、缩回、转动、下降、伸出、松开、缩回以及转动等动作。自动执行方式主要运用于正常生产过程中。

3.3 利用PLC进行控制的特点

利用PLC对气动机械手进行控制，与传统的控制方式，如纯气动控制以及继电器/接触器控制相比具有明显的优势。笔者结合实际工作经验，将其优势做了以下介绍：第一，利用PLC进行控制的气动机械手工作可靠性和安全性高，在提高生产效率的同时，还降低了人力资源的劳动强度；第二，气动机械手控制系统由PLC控制部分和气动控制部分共同组成；第三，利用PLC进行控制可以利用双电控电磁阀或者单电控电磁阀以阀岛进行气路转换，具有结构紧凑、可靠性高的特点；第四，行程开关可以有效控制信号信息；第五，利用PLC进行控制的气动机械手可实现远程控制，在生产中应用效果明显。

4 结语

总之，气动机械手在生产领域的作用越来越明显，伴随着经济的发展，信息技术已经广泛应用于各行各业，在实际应用过程中，信息技术对通用PLC气动机械手的影响尤为明显。上文从机械手的工作原理及控制要求出发，分析了气动机械手气动系统设计思路，用PLC控制机械手与其他控制形式相比具有明显的优势，为了促进生产行业的发展，生产企业必须明确通用气动机械手的控制设计思路。

参考文献

[1] 张萍萍.基于PLC的气动机械手控制系统设计[D].电子科技大学，2013.

[2] 齐继阳，吴倩，何文灿.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统的设计[J].液压与气动，2013，（4）.

[3] 袁玉比.气动机械手夹持力控制系统的研究[D].昆明理工大学，2012.

[4] 汪欢欢，胡国清，周青辉.基于PLC的气动机械手控制系统设计与研究[J].液压与气动，2012，（9）.