机械手

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机械手范文第1篇

关键词：工业机械手；PLC控制；直流力矩电动机

【分类号】：TP241.2

目前，我国的科技发展迅速，加工制造行业也越来越趋向于自动化，在机械加工、机械制造行业已经普遍运用机械手来帮助完成工作，机械手大部分是用于自动安装及自动包装工作，还用来帮忙上下料这种高重复性的工作。PLC控制技术不断发展，使用其的益处越发明显，尤其是在控制系统的结构、是否可靠、是否灵活等方面都有其特有的优势，所以，现在的PLC控制技术已经普遍运用到自动化生产的控制工作中了，它可以帮助不同的机械完成自动化操控，下面文章中主要阐述了由PLC控制的工业机械手的系统的设计过程。

1机械手系统组成与工作原理

下面文章中主要以三自由度机械手为研究对象具体阐述工业机械手的设计，这种类型的机械手灵活、自由，能够对机械手的各个部位进行独立控制。机械手的设计结构大致是：机械手的腰关节主要是为了帮助机身在平面上实现旋转动作，此部位的驱动电机属于直流力矩电机，这一类型的电机结构属于三级齿轮减速传动结构，由于这种传动结构的构造简单，所以它工作起来的效率很高，并且准确度高。肩关节的主要结构是悬臂梁式的结构，工作原理是通过直流力矩电机带动涡轮副杆完成传动工作。肘关节的主要结构是摆动螺旋式的结构，这一关节的特点是比较稳定、构造简单。并且这一关节的电机也是直流力矩电机。

在实现以上三个关节活动的过程中，机械手采用的是电位器反馈的方式来完成对各关节运动位置的判断，电位器安装在腰关节驱动系统的末级齿轮中心轴同轴，肩关节蜗杆轴以及肘关节连接销轴同轴。其顺序控制形式是通过PLC电位控制来实现，比如要完成腰关节从静止位置到旋转一个设定的角度这个动作，PLC控制系统其通过输出电路驱动负责腰关节的直流力矩电机旋转从而带动该关节机械转动，到达设定的角度位置时候，电位器检测到该位置的反馈信号，PLC控制系统判断机械手已经完成了目标指令，其控制输出回路断电，驱动电机旋转停止，则腰关节正好到达程序命令的转动位置，则PLC自动进入下一步程序进行动作输出。

2控制系统硬件结构

根据上文提到的各关节动作控制完成方式可以看出，PLC控制系统的设计应包含输入电路、输出电路以及控制系统本身三个部分。

2.1输出电路

作为输出电路的执行部件，直流力矩电机在线性度以及反应速度方面具有其它电机无法比拟的优势，同时该类型电机也可以满足长期运行在低速甚至堵转的工作状态。

为了满足PLC对各关节动作的顺序控制，输出电路对电机控制通常采用开关控制的形式，只要使用符合控制要求的继电器输出型PLC，就能使用该PLC对直流电机进行直接的驱动，从而从电路设计角度就大大简化了控制系统的复杂程度，这种设计结构非常直接，PLC内部程序得到执行指令后，其设定用于控制动作输出的继电器线圈得点，相应串接在电机驱动回路的继电器触点OUT闭合，执行电机得电开始转动，带动执行元件按照设计的运动方式进行运动，直到接受到完成系统指令后，继电器触点OUT打开，电机驱动回路断开，电机停转等待下一个指令。如同常用电路一样，电机控制回路也可以通过桥式以及分级的接线方式来实现对电机正反转和顺序控制。

2.2输入电路

PLC控制系统的输入量IN直接取自安装在机械手各个关节的电位器，电位器的安装位置需要根据规定的机械手动作范围来设定，当机械手的动作范围到达设定的某个位置时，对应位置的电位器其输出的模拟电压信号直接反馈给PLC控制系统，PLC通过比较给定位置的电位与接受到位置电位的大小来判断，当达到设定值时，PLC内部程序驱动相应结点的输出电路动作，来实现该指令执行的完毕，从而转入下一指令。IN点的内部设有光电耦合电路，来实现内外部强电弱电的隔离。一旦活动关节在执行指令时候电位器返回的信号与设定的范围比较失败，则程序自动判断执行失败，该关节返回到初始位置后，该程序重新被执行，这种回路的设计从硬件层面保护了机械部件，避免电机将执行机构错误的拖入不应该的位置而造成设备损坏。

2.3选择PLC

在确定了控制系统的外部输入输出电路之后，接下来就可以进行输入输出方式的设计阶段，决定PLC选型的主要参数就是满足输入输出方式所需要的输入点、输出点、内部用于延时的时间继电器数量。在本次的PLC选型的过程中，考虑到这种机械手有12个输入点，9个输出点以及7个用于延时的时间继电器，综合考虑到造价成本以及后续拓展需要，方案选择日本欧姆龙公司生产OMRON- C28P型PLC。这种PLC完全能满足三自由度工业机械手的顺序控制要求。

3控制系统软件设计

控制系统的软件设计按照以下六步的顺序进行：1）确定系统顺序控制次序及功能；2）制定输入输出分配表；3）建立适合系统的控制关系；4）绘制梯形逻辑分析图；5）编译代码程序；6）通过终端输入到P LC主机.

PLC顺序控制系统软件必须满足以下三个原则：1）系统总开关闭合时，各关节部分分别复位回到各自的初始位置，之后开始执行顺序动作命令；2）当各关节运动到上限或下限位置时，在接近设定动作位置时电机要有减速过程，同时在到达位置后执行机构停止1秒后才能进入到下一个动作过程；3）系统总开关断开，全部动作停止，在原位置待命。

4结语

基于PLC控制的工业机械手不仅能够实现三自由度机械手各关节独立以及整体运动，完成生产线上下料的自动循环，同时综合控制系统还能完成多个机械手之间的协同配合，从而完成料物的连续搬运。同时该系统在运行过程中，也可以根据实际需要进行操作指令调整，满足了系统对实际应用的需要，维护简单。

【参考文献】

机械手范文第2篇

[关键词]自动卸车；行走机构

中图分类号：TH242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0095-02

[Abstract]Design a device along affixed track，automatic walking，automatically detect the location of goods vehicles and goods.According to the test results，transport the goods to the designated loction.To achieve the function of automatic unloading.

[Key words]Automatic Unloading；Walking Mechanism

1 引言

在物流}储企业中，物料存储、自动分拣、自动输送、自动识别、自动跟踪等设备都已实现了自动化，但通过货车运输的货物在卸货上，基本还是靠人工手动或人工辅助设备如叉车等来实现。这不仅增加了劳动者的劳动强度，而且严重影响了工作效率。通过调研和分析，对于一些规范的货物，如货物外观尺寸、货物包装方式和包装材料、货物重量、货物允许承受的压力等条件相对规范时，可设计一种自动卸车的机械手来实现货物卸车的自动化。从而提高工作效率和降低劳动强度。

2 方案设计

为了实现自动沿轨道行走、自动检测和自动夹取货物，自动卸车机械手需要有行走机构、检测杆、夹取机构以及其它一些安全保证的部件。设计完成后的自动卸包机械手结构如图1所示：

自动卸车机械手的工作流程为：自动卸车机械手的行走机构（1）在往前行走的过程中，检测杆（2）通过检查，判断物料的层数和位置，夹取机构（3）夹取物料后，上升使物料与下层脱离，脱离后自动卸车机械手向后行走，行走到设定位置后，将物料下降释放到输送通道上。其动作以水平和竖直方向的直线运动为主。其设计难度主要在于各个关键零件的力学分析和传动原件的参数选择。本文将着重论述行走机构的设计分析过程和计算过程。

3 行走机构设计

行走机构在自动卸车机械手的作用是行走到物料位置，夹取烟包后将烟包沿轨道输送到设定的位置。在现代工业中，类似机构最常用于生产车间内的桁车。在设计过程中，首先确定减速电机的类型。选择类型时首先对比了K系列斜齿轮-伞齿轮减速电机和S系列双级斜齿轮-蜗轮蜗杆减速电机的优缺点。两种电机在外形和安装方式上很接近，主要区别在于K系列减速电机传动效率不低于95%，而且可承受较大的径向载荷，而且可承受不大于径向力15%的轴向载荷。而S系列减速机传动效率最大可达到89%，可承受不大于径向力10%的轴向载荷。另外K系列减速电机价格明显高于S系列减速电机。综合考虑设备运行工况，选择K系列斜齿轮-伞齿轮减速电机作为行走机构的动力电机。

行走机构在设定的轨道上，通过计算，选定了GB/T11264-1989 15Kg/m的轻轨作为轨道，使用主动轮和从动轮的形式，其结构图如图2所示：

由图可以看出，动力通过齿轮传动，将动力传动到主动轮上。图中件6传感器支架安装了三组对射式的传感器。在之前的描述中，自动卸包机械手需要在行走过程中检测按图6码垛的烟包。自动卸包机械手运行在带有顶棚的室外，由于灰尘等原因可能出现误检测，特别是误检查车头为需要夹取的烟包，所以在设备中还增加了激光测距。通过对射式传感器和激光测距的双重检测，确保了设备的安全运行。

4 行走机构运行阻力计算

行走机构的设计过程类似于起重设备的设计，设计时需要进行运行阻力计算、电机参数计算、制动器参数计算、运行打滑验算、缓冲器选型计算等。计算在初步方案完成的前提下进行，已知全自动卸车机械手及货物总质量、运行速度、轮直径、轮轴直径为、机械手迎风面积、机械手效率为、风压qⅠ= 90N/m2、qⅡ=150N/m2、qⅢ=600N/m2、最小轮压。

卸包机械手在直线轨道上稳定运行的静阻力由摩擦阻力，坡度阻力与风阻力组成。

（1）摩擦阻力

电动机所配制动器型号：BMG2；Mmax=20N・m。

5.4 运行打滑验算

自动卸包机械手类似于起重机，为了使自动卸包机械手运行时可靠地启动或制动，防止出现驱动轮在轨道上的打滑现象，避免车轮打滑影响起重机的正常工作和加剧车轮的磨损，应分别对驱动轮作启动和制动时的打滑验算。

（1）启动时按下式验算

7 结束语

本文中所设计的行走机构已成功应用在卷烟厂的自动卸车机械手中。该设计过程可为类似的产品设计提供参考。

参考文献

[1] 成大先，机械设计手册，2015（5）.

[2] 张质文，起重机设计手册，1998（3）.

[3] 田奇，仓储物流机械与设备，01/2008.

[4] LENZE 公司，Servo motors ，03/2005.

[5] SEW-EURODRIVE集团公司，DRS减速电机样本，03/2013.

机械手范文第3篇

1、模仿人的手部动作，按给定程序，轨迹和要求实现自动抓取，搬运和操作的自动装置；

2、特别是在高温，高压，多粉尘，易燃，易爆，放射性等恶劣环境中，以及笨重，单调，频繁的操作中代替人作业，获得日益广泛的应用；

3、机械手一般由执行机构，驱动系统，控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。

（来源：文章屋网 ）

机械手范文第4篇

关键词：模内贴标 机械手 注塑成型 流程

中图分类号：TS80文献标识码：A文章编号：1009-5349（2016）11-0175-02

在现实生活中，随着智能化生产设备的应用，膜内标贴（IML）技术逐步流行起来。膜内贴标产品以其表面抗磨损、高清晰度、立体效果明显、美观、经济效益好等特性获得了市场的认可。模内贴标有两种贴标成型方式：注射成型和吹塑成型。目前欧洲80%的模内贴标是通过注射成型的。

模内贴标生产线中，机械手控制器可控制机械手完成自动拾取标签，精确放置标签至相关模腔。智能机械臂的广泛应用，大大降低了人工操作的危险性和劳动强度，提高了产品质量及生产效率。

一、模内贴标技术的生产工艺

模内贴标过程中，标签盒内放有以单张形式叠放的印刷好并模切的标签；随后模具开启，机械手吸附单张标签，定位放置到开启的模具内。标签印刷面朝内，标签外侧涂有固态粘合剂，并以真空负压或静电吸附的方式将标签吸附于模具壁；待模具闭合后，熔融的塑料注入模具而成型，此时借助模具的高温，模具内附有固态粘合剂的标签熔化并与塑料容器结合成一体；经冷却后，再次打开模具，标签和容器成为一体，成为成型容器的一部分。

模内贴标技术与传统贴标技术相比，具有以下几个优势：

（1）通过完整的生产线流程，模内贴标产品生产全部采用机械化和自动化生产，保证了生产效率和稳定性。

（2）产品质量高。通过尘绒麂皮及皮革对贴标膜的处理，提高产品的品质。

（3）通过技术的更新，为生产厂家提供质量和品牌的保护。

（4）由于是采用膜内贴标技术，因此标签不受外界温湿度环境的影响，延长了使用寿命。

二、智能机械臂的应用现状

在注塑机中，采用智能机械臂可以完成注塑工件、废料拿取等自动化生产操作动作。通过与注塑机进行整合，可以形成一套完整的自动化生产专业设备。随着注塑成型设备自动化程度的提高，机械手已成为注塑成型设备的关注焦点。

当前智能机械臂的应用类型多种多样。一般通过功能、运动轨迹、抓取方式及动力系统进行分类。机械臂在国内一般用于浇铸行业，并没有在其他行业中大规模使用。

三、机械手在注塑机模内贴标工艺中的应用

（一）机械手在注塑设备中操作流程

根据加工工艺，注塑成型模内贴标工艺主要分为图1所示的七大步骤。注塑成型模内贴标工艺是一个循环的过程，机械手主要完成取标和取件的工作。其中机械手如何准确而稳定地取标并精确地将其放入模腔内是生产系统中需要重点考虑的因素之一。

1.机械手取标、贴标流程

机械手的取标和贴标过程以模内静电吸附形式为例，在机械手上配置静电产生器，当机械手将标签移动至模具上方时，智能控制单元控制静电产生器让标签产生静电，这样标签将会自动贴在模具上。工序如图2所示。

在整个取标、贴标过程中，机械手主要完成水平移动、垂直移动、旋转等动作。

（二）机械手各系统间关系

在注塑成型模内贴标工艺的循环过程中，机械手的操作动作与整个系统是否协调配合、机械手位置定位的精确度直接决定了产品质量。将智能交互系统、控制系统及驱动系统有机结合，才能保证注塑用模内贴标工艺的品质。

1.控制系统

对各个执行单元发出控制信号，并对作业执行情况进行监控，根据反馈信息对机械臂动作进行调整及修正。包括机械臂位置定位及控制部分，通常采用连续轨迹控制及离散点控制两种方式。

2.动力系统

在生产线中，给各个器件提供动力驱动系统。目前有机械、电动、液压及气动等几种方式。在实际生产中通常采用液压及气动两种方式进行生产作业。气动式操作便捷、移动迅速、接口简单、造价低、维修方便；液压式结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好，具有精度高及持续操控的特性，但由于漏油会对产品造成污染。

3.智能交互系统

机械手的定位、抓取、释放等操作都需要机械臂、机械腕和抓取器等各个器件进行良好的交互。智能交互系统通过交互模块指令完成相应执行动作。

（三）机械手对模内贴标工艺的影响因素

在整个生产中，尤其是在取标和贴标过程中，机械手的位置检测能力、位置控制能力及网络通信能力对贴标产品质量和生产效率起到非常重要的作用。

生产线操作过程中，为了避免重复贴标现象的出现，机械手贴标作业时必须精确定位标签放置坐标。如果出现重标就可能出现贴标不正、未贴标等情况出现。如果机械手采取真空方式来吸附标签，就必须考虑真空吸附力度问题。若吸附力过大就会吸附多页待贴标签。当吸附力不够时，会出现掉标现象。气压和掉标问题还易导致缺标现象。针对这些问题，可以通过调节机械手的真空吸力、有效消除静电的方法来解决。

智能化机械手与注塑机交互模块的设计影响着整个生产线的效率。在生产线正常运转过程中，机械手各个环节的传感器将大量参数传递给位置控制系统，为控制系统调用不同的位置控制程序提供依据，机械手控制系统实时将大量控制数据传输到各执行部件。同时从图2可以看出机械手与注塑机在各生产环节协调配合才能更好实现“一模多腔”。这些因素使得整个生产系统需要具备完善的通信能力。

在模内贴标工艺中，规定智能机械臂放置标签的精确度在±02mm以内。并且必须保证机械臂运行的精度及其稳定性。机械臂定位精度可结合传感器位置定位技术和调节机械手的控制系统不同算法与参数的方式来实现。

（四）模内贴标机械手的研究热点

（1）模内贴标工艺中因重标导致的歪标、掉标等现象主要是因标签间静电过大引起的。消除静电是保障贴标质量的主要任务之一。全球静电控制与消除行业巨头英国制造商“密其国际”研制出消除静电的发生器，由该公司994IML型模内贴标高压发生器和微型静电发生器组合而成，通常应用于体积较小的拾标器中。

（2）针对机械手控制系统中的通信问题的研究，主要有基于CAN总线方式，及基于LabVIEW的串行通信方案，多数研究均是基于实际应用生产线、实际硬件及开发软件而制定不同的通信方案。

（3）机械手定位精度的研究一直是关注的焦点，主要有针对机身震动特性的分析、机械手动力学分析及机械手原点回归方案的研究。机械手最终定位的精度主要由控制系统的控制策略来决定。目前国内机械手控制系统中主要采用模糊控制、自适应控制、鲁棒控制及反馈控制等策略。

四、展望

当今欧洲市场约85%―95%的食品包装物采用模内贴标技术加工而成，欧美主要塑料制品公司通过引入模内贴标成型设备提升产品品质、生产效率，最终提升经营收益。模内贴标生产系统正向“一模多腔”“多模多腔”的趋势发展着，而该生产系统中主要部件机械臂必然随着智能化生产系统的发展而广泛应用。根据工业4.0的发展趋势，机械臂在今后几年的发展趋势如下：

（1）效率更高、精确度更高、易于维护；

（2）智能化、组件化、结构简单化；

（3）其控制系统向开放型控制器发展，采用模块化结构，提高系统的可靠性、易操作性和可维修性；

（4）智能交互能力更强；通过智能控制和自主系统的有机结合，构成完整的智能化生产系统。

参考文献：

[1]吴松琪，刘斌.塑件表面模内装饰技术应用现状分析[J].塑料工业，2015，01：42-46.

机械手范文第5篇

[关键词]PLC；涂料机械手；系统设计

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0114-02

0 引言

应用机械手代替人手进行工作，直接减少了很多的劳动力，同时由于机械手可以连续地工作，从某种角度上讲也是对人力资源的一种节省。因此，在综合加工自动生产线上，机械手变得随处可见。而本文设计的涂料机械手也使得生产自动化程度大大提高，而且也降低了工厂的成本，并且促进了生产线的柔性化或和集成化，更有利于提高产品的质量、数量和市场竞争力。

1 涂料机械手总体设计

1.1 涂料机械手的结构和工作原理

涂料机械手属于六个自由度和一个旋转的机械手。可以完成机械手转臂旋转、机械手主臂升降、机械手夹紧及松开工件和机械手转臂在卸料安装新料棒处停转6个自由度的运动。

该机械手属于气动机械手，其主要由固定支撑作用的主轴、主臂、横臂、转臂和夹紧器五部分组成。

具体工作原理是：从初始位置开始旋转

（1）A接近Y（定位）A执行涂料工艺动作；

（2）B接近Z（并定位）B执行淋沙工艺动作；

（3）C接近X（并定位）C执行装卸动作（完成一个动作的循环）。

1.2 涂料机械手工艺流程

本机械手有三个工位，分别为人工工位、涂料工位、淋砂工位。

人工工位是拆卸已完成的工件，安装新料棒，然后按下运行按钮。

涂料工艺动作：初始时，主臂上位，转臂在高位，一切到位后，转臂开始向低位转，主臂向下位运行，同时夹紧器旋转，20秒后，主臂到达下位。然后主臂向上运行，同时转臂向高位运行，20秒后，主臂到达上位。随后主臂向下，转臂向低，此时加紧器反向旋转，13秒后，主臂到达下位。然后主臂向上运行，同时转臂向高位运行，7秒后，此时，主臂、转臂到中间工位，旋转电机停止。完成一个循环。工艺流程图如图2所示。

2 涂料机械手硬件设计

在设计硬件电路时，主要用到的元器件是接近开关、电磁阀、减压阀、气缸。

本次设计采用的是三位五通带中位功能电磁阀。型号为4V330C-10。电压电流为AC220V，5.5A。每个臂2个，共用6个。三位电磁阀的阀芯有三个工作位置，平时不通电，处于微启状态，阀门关阀。阀门还带有手动装置，使得长期关阀时也不需耗电。其采用特殊工业加工，摩擦阻力小，启动气压低，使用寿命长，无需加油，附设手动装置，利于安装调试。三位电磁阀可视为一种结构更为紧凑的双联电磁阀，它很方便地实现三位调节，得到了很多应用。

本设计使用的是三线制直流型接近开关，每个臂6个，共12个。其型号为LJ12A3-4-Z/BX，NPN常开，工作电压为6-36V（DC），动作距离为4（2）mm，最大输出电流为300mA。其通电时所产生的电压降为0.3V左右，主要是输出晶体管导通时的晶体管本身所产生的电压降三线制“开关”静态消耗电流1-2mA。其中接近开关的引线长度在200米以内，以免电压压降过大。

3 涂料机械手软件设计

涂料机械手软件设计方案如下：

方案一：采用以转换为中心的编程方式。这种编程方式与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系，用它编制复杂的顺序功能图的梯形图时，会有很大帮助。

方案二：使用起保停电路的编程方式。使用一些辅助继电器，虽具有易阅读和易差错修改的特点，但它存在着自保护触点，编写的程序复杂且较长。

方案三：采用STL指令的编程方式。STL指令（步进梯形指令）是专门用于步进控制的指令。使用该指令可以使编制顺序控制程序更加方、清晰、直观，而且易于调试和维护，且代码较短。

故本次设计采用的就是STL指令的编程方法，即步进顺控。状态转移图如图3所示：

4 结论

机械手控制系统采用PLC进行控制，大大提高了该系统的自动化程度，减少了大量的交流接触器和硬件接线，且提高了控制系统的可靠性。同时，使用PLC进行控制，可方便更改生产流程，增强控制功能。可以根据工件变化的需要及工艺流程的要求随时更改相关参数，实现控制系统的不同工作需求，也为教学和科研提供了比较理想的平台。

参考文献