4轴工业机械手设计模型
高令
艾沛克斯工具（山东）有限公司，山东日照 262300
摘 要 本文结合工业机械手在现代生产中的应用，设计了一种基于PLC控制的高效、简单、实用的机械手，文章具有一定的实际指导作用。
关键词 机械手；设计；PLC
中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）13-0076-02
机械手被广泛应用于现代工业自动控制领域中，其可以有效完成物件搬运、零件装配、部件切割以及机械喷染等工作。同时，因为PLC顺序控制具有简单、可靠、灵活等优点，对其进行研究已经成为影响现代工业进步的关键因素之一。
1 工业机械手在现代生产中的应用
目前，我国机械手通常被用于完成注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送至下一个生产的工序以及加工行业中取料和送料操作。另外，在浇铸行业中提取高温熔液等也常用到机械手。
2 整体设计方案拟定
2.1 结构设计
以圖1展示设计的机械手为例，此机械手有3个方向的自由度，主要由腰关节、肩关节以及肘关节3个关键结构进行独立控制与联动，在此简单介绍其结构特性。
1）机械把柄的腰部组织构件。这个部分主要的功能是协调机械在水平地面内运转。机械手柄的腰部组织部件同样是通过直流电带动这个部分运作的。这个部分的齿轮是其特点之一，制作过程简单，运作范围不大，但是，需要带动整个机械的运作，运作准确度高，且运作效率高。
2）机械部件的肩关节。机械手柄的肩关节悬臂结构，同样采用直流电进行操控和运作，同时借涡轮技术加以辅助运作。
3）机械部件的肘关节。机械部件的肘关节的运作采用的是钟表摆动类似的结构，时钟状摆动结构不易磨损、结构紧密、使用时间长，不易损坏，机械寿命比同类型其他机械部件寿命更长。机械手柄的肘关节运作部件同样采用的是直流电电动机进行运作。
2.2 控制设计
机械把手的PLC掌控操作顺序会根据系统设计划分为以下3个步骤运作。1）注重输出电路的线路选择，选择合适的运输器的输出型号的PLC，这个类型的PLC运输直流电流，启动电动机在一定程度上降低了机械运作是的复杂程度。2）在输送电流时，观察电流在机械运作时的运送情况，在机械运作时，电流能否恰当及时充分的传递到机械的各个部件，通过PLC判断机械运作是否到位。3）根据信号的输入路径和输出方向来选择PLC的适用类型，使整个机械运作零件完整。
下面以腰关节为例说明机械手的控制原理。为了实现腰关节从静止状态到启动的控制，该机械手的点位控制由PLC顺序控制实现，如图2展示了PLC顺序控制的原理。
首先，电动机的旋转需要利用输出电路来带动，而电动机则会在齿轮的传动作用下带动腰关节的转动运动。
腰关节的实际转角位置信号需要利用位置检测电位器将其传送至运作部件的电路里。将正常情况下部件运转的范围和幅度与在部件角落的机器御座的幅度相比较，如果特殊角落部件运转的幅度与正常情况下部件预装幅度相同，则证明特殊角落也能接收到正常电流，机械整体各个部件都能撑场运作，就把输入电路的信号送达到PLC。
在以上基础上，PLC便会通过输出电路让电动机发生制动，这样就可以保证腰关节运动的完成。
图3和4分别展示了输入电路与输出接口的原理。
对于机械手的其他关节，其顺序控制方法大致与腰关节一致，在此不在具体细说。
2.3 PLC选型
在确定了顺序控制系统的输入电路和输出电路的基础上，需要按照其输入方式和输出方式以及实际需要的接触点个数对PLC进行选择。
在本文所涉及的机械手中，其基本需要包括：5个定时器、11个直流电流的控制开关、12个输出电流线路快关设置。
基于以上分析，最终选则了日本立石公司C28P型PLC，该型号的PLC可以较好的满足机械手顺序控制的要求，图5给出了其主机箱的结构。
3 机械手技术参数
PLC顺序控制系统软件可以满足以下条件：1）机械工作完毕结束时，腰、肩部、肘部等运动范围较大的部分先复位，重复运动到部件能运动所及的最大范围；2）在机械各个部件运动到运动范围的极限时，机械会出现短暂的暂停，再重新开始运作。运作过程部件的运动速度由快到慢再到快；3）总开关能控制整个机械的全部部件。抓重：300N；坐标型式：圆柱坐标；最大工作半径：800mm；手臂最大中心高：1 115mm；驱动方式：液压驱动。
4 结论
通过PLC控制的机械把手符合腰关节、肩部肌肉、肘部组织既能单独运作又能共通协作运作的要求，实践操作性和运用性较强。
参考文献
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