基于PLC的取放料气动机械手系统设计

马世鑫

摘 要：近年，随着计算机技术的发展，我国的工业结构发生了很大的变化，现代化技术很好的取代了传统的人工劳动力，随着人们对生产效率不断提出新的要求。在现代化工业生产过程中，越来越多的工业过程加入了现代化的技术。很好的避免了环境恶劣情况的影响。特别是机械手的应用，其系统组成相对简单并且不污染环境、组件价格便宜和系统安全可靠等特点，已经渗透到工业的各个领域，在工业的发展与成长中占据了重要的地位。

关键词：机械手;气动系统;控制系统;PLC

一、气动机械手相关技术概况

1.1 气动技术简介

顾名思义，很好的利用了气体的压力来完成动力的提供。该技术很好的符合了時代价值观念，具有绿色，环保，安全，稳定的优秀特性。另外来说，该技术能够避免外界环境的影响。取材容易，技术成本低，极大地提升了企业的整体效益。现阶段已经成熟的应用到了我国工业生产的各个层次，随着技术的发展，相信会在我国的医药领域大量的使用。

该技术已经大量的在工业生产中使用，并不断地朝着智能化的方向发展，从全球的范围来看，西方的资本主义国家在该领域发展的比较迅速，占领了大量的市场份额。我国在该领域起步较晚，技术方面不没有特别的娴熟。随着我国技术的进步，相信我国能够在该领域不断地实现进步，使得该技术朝着集成化，小型化，智能化的方向发展[6]。

1.2 控制技术简介

控制模块作为整个设备的核心模块，起到了举足轻重的影响。更好的实现有效稳定的控制，才会进一步的提升整个装置的运行效率。现阶段来看，我国在该领域主要是使用了PLC系统完成装置的控制。PLC系统又名可编程操作系统，很好的运用了自身强大的逻辑功能实现数据的计算与存储。这一控制系统很好的完成了我们所需要的各项任务。在过去时间里，我们工业上的控制模块主要是采用了继电器模块，该传统的控制方式存在着大量的缺点与不足，不能够很好的起到准确的控制作用。PLC系统作为新生代的控制系统，很好的代替了传统的工业装备控制模块。该控制系统能够很好避免外界环境对其的干扰，实现更加稳定的运行，另外该项技术采用了梯形语言，能够很好地实现逻辑控制，操作人员的整个操作过程变得更为简便理解。

二、控制系统设计

2.1 控制系统总体方案设计

2.1.1.控制系统的性能要求分析

机械手一般都是在左上限位的地方，除非工作才会有所移动。且不工作时候，机械手不会抓取任何东西，往往静止于原点。只有按下启动按钮，才会正式工作，并且这一工作是往返来回进行的，按下回停止按钮才会重新归于原点。启动按钮被按下时，机械手会下降到下限位，此时碰触到了下限位开关，并终止下降，同时夹紧电磁阀上电，机械手中的原有物品也会感受到一个更加紧的握力，不过距离物品被真正抓紧，需要一个2S的缓冲期。在这之后，物品就可以借助机械手的运输移动位置，实现它去往上限位的目的，并且可以控制机械手向右方运行，不过这还需要启动上限位开关配合，在右行到达右限为时，碰触到右限位开关从而机械手进行下行，到达下限位后，碰触到下限位开关，机械手电磁阀失电，机械手会感受到一个突然放松的力，放下手中原有物品，不过这同样需要一个2s的缓冲期，这一次启动上限位开关，则是为了控制机械手向左运动，以便它能重新在原点进行新一轮的工作，转入其他工作流程。

2.1.2.控制系统的功能模块分析

针对于本次设计，装置的控制系统主要是包含了自动功能模块以及回原位模块。后者实现的作用是能够稳定准确的确定装置的状态，并很好地判断是否在原位，若否，我们就可以采用人工控制的方式，使其归位。完成上述的一系列动作之后，前者就能够很好地实现功能，完成装置的自动工作要求。

2.2 PLC 控制系统硬件设计

2.2.1 PLC 选型

针对于本次设计，我们选用了如图3-1的控制模块。装置的气缸模块由限位开关提供有效的控制，很好地完成了对气缸位置的检测，以及驱动气缸的运动状态。本次方案中，气缸的两侧分别安装了两个开关，稳定了提供了信息的输入。对于整个控制模块，该包含了十六个接口，这一系列的扩展接口很好的完成了数据的输入与输出。为整个装置很好的提供了稳定的控制。另外该系统中包含了大量的指示灯，方便了操作人员的操作，能够很好地实现操作过程。另外，大量的该系统还包含了十八个输出接口。

2.2.2 PLC 与计算机通讯设计

随着我国计算机技术的发展，信息时代到来。PLC也伴随着到来，所以来说，该模块很好的实现了通讯的各项功能，很好的完成了各类信号的传递。该系统主要是采取了数字信号的传递模块，很好的解决了数据传递过程中的失真问题，更好的完成了装置之间的信息与数据的交流。总的来说，该系统的通讯模式包含了串行以及并行种类，具体来说如图3-3。前者主要是采取了一对一的传递过程，每一个输出对应一个输入，不能错位传递信号。而后者可以很好的完成输入端与输出端的不对应关系。更好的完成数据的传递。综上所述，前者的速度是慢于后者的速度。但是相对于成本来说，因为前者只需要两根简单的数据线即可，很好的实现了成本的节约。所以大量的使用在我国工业自动化领域[12]。对于计算机以及PLC系统来说，我们最终还是选择了串行通信模式，更好的实现通信功能。

三、总结

在本次设计中，我们很好地分析了机械手的设计过程。从装置的硬件入手，仔细分析了该装置的各类组成部分。还从程序方面进行了设计完善。最终基本上达到了我们的需求目的，很好地完成了我们本次设计目标，其中还有一系列的小细节没有做到完善处理。在之后的学习生活中，我一定要进行更完善的补充。另外，针对于我国的工业化生产来说，现在的基本趋势是装备的智能化以及人性化，这一系列高新技术的存在，极大地推动了我国工业的发展，为我国的经济发展提供了更充足的动力。

参考文献

[1]范勤，何丽君.基于ADAMS 的卧卷夹钳虚拟样机建模及动力学仿真[J].起重运输机械，2008（5）：55-58

[2]林海波，王延兵，张毅.基于ADAMS 的机械手的动力学分析[J].制造业自动化，2012，34（11）：80-83

[3]谢志江，孙玉等.基于 ANSYS Workbench 的搬运机械手结构优化设计[J].机械与电子，2010（1）：65-67

[4]齐进凯.气动机械手的结构设计、分析及控制的研究[D].上海：东华大学，2006