六工位機械手的驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)分析

吳云峰，李松年

沈陽機床股份有限公司中捷鉆鏜床廠，遼寧 沈陽 110142

隨著市場向著多維度的發(fā)展，在機械制造行業(yè)出現(xiàn)了很多集靈活性、微小型于一身的零部件產(chǎn)品，為了滿足市場的這種多元化的需求，很多加工企業(yè)都在不斷地更新加工技術(shù)和加工機械，在技術(shù)上追求生產(chǎn)結(jié)構(gòu)柔性化、通用化、智能化。所以，一些傳統(tǒng)的設(shè)計與加工方法都已經(jīng)很難適應(yīng)當前的市場，一個企業(yè)要發(fā)展，就必須要經(jīng)過不斷的更新產(chǎn)品和加工方式，才能滿足市場的競爭要求。六工位機械手就是在這個環(huán)境中產(chǎn)生的，它具有通用型、智能型、靈活型，還能夠模擬人的手臂等高難度動作進行加工和生產(chǎn)，在機械的裝配過程中大大地提高了工人裝配的工作效率和加工產(chǎn)品的性能，同時還為節(jié)約成本保證質(zhì)量提供了保障，還在不同程度上滿足所有用戶間的使用特性以及企業(yè)成批生產(chǎn)的要求，由于他的交貨時間比較短，完全適用當前市場這種多變性的要求，從而大大提高了在市場中的占有率。

1 六工位機械手的功能與結(jié)構(gòu)

1.1 機器手的概念及功能

機械手就是一種能夠模擬人的手和臂動作的工業(yè)機器人，它能夠依據(jù)設(shè)計者所預(yù)定的軌跡、程序和要求，進行準確靈敏地抓取、搬運和操縱各種工具，屬于一種智能化的自動裝置系統(tǒng)，機器手它有著很大的發(fā)展前景和適用范圍，它屬于機電一體化高科技典型產(chǎn)品，在工業(yè)加工行業(yè)他將逐漸替代人類，走進一些柔性自動化生產(chǎn)場所，完成所有惡劣環(huán)境條件人工無法完成的所有工作。

圖1 六工位機械手動作位置與機械手工作流程圖

因為六工位機械手有6條“手臂”，他們依次是閥體工位、安全閥檢測工位、安全閥組裝工位、墊片工位、彈簧工位、閥心工位，根據(jù)這些工位可完成6個工位的裝配、轉(zhuǎn)運和機械手的工作流程，主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，在實際設(shè)計中要結(jié)合機械手的加工的具體功能和特點進行組裝，總體結(jié)構(gòu)通常都是大臂、機身、小臂、手爪等幾個部分所組成。

1.2 機械手單元的特點與結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計了關(guān)節(jié)型機械手，手爪屬于懸掛式的手爪，利用氣動和電動聯(lián)合控制進行驅(qū)動，大臂、機身、小臂都是選用了步進電動機進行控制，手爪的抓取和升降選用了氣動的控制裝置。選擇步進電動機主要原因就是為了更方便地將機械手和計算機相連接，從而實現(xiàn)數(shù)字控制，選擇步進電動機控制的特點是如果輸入1個電脈沖，就會相對應(yīng)只能轉(zhuǎn)動1步，也就是說當電動機繞組接受到了幾個電脈沖，轉(zhuǎn)子就會對應(yīng)著轉(zhuǎn)過幾個步距角，他的優(yōu)點就是容易實現(xiàn)開環(huán)控制。

2 六工位機械手的控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)

依據(jù)電動機實現(xiàn)驅(qū)動，機械手的大臂、機身、小臂都是選用步進電動機進行驅(qū)動的；手爪部分的驅(qū)動系統(tǒng)工作原理是機械手的手爪部分的氣動系統(tǒng)。

2.2 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使用的是PLC控制系統(tǒng)，選擇PLC是因為考慮到PLC的靈活性，如果裝配零件的數(shù)量和尺寸發(fā)生改變的時候，Ⅰ/O繼電器的分配和Ⅰ/O點的接線都會出現(xiàn)不同的變化?？刂频木唧w要求是機械手一定要按設(shè)計的動作順序逐步完成相應(yīng)6個工位上的工件接收和傳送，具體流程圖如圖1所示；PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計主要是依據(jù)機械手手臂和機身的驅(qū)動元件（步進電動機）進行驅(qū)動的，所以，第一步就是了解步進電動機的PLC控制，當PLC的移位寄存器指令SHRB之后，就能得到步進電動機所需的脈沖序列。DATA數(shù)值輸入，指令執(zhí)行的時候會將該位的值移入移位寄存器；N為移位寄存器的長度（1～64）；S_BⅠT為寄存器的最低位；N為負值時右移位（由高位到低位），N 為正值時左移位（由低位到高位）。如果10.0“ON”時，使能端EN有效，整個移位寄存器開始移位，從M1.0到M1.5，左移6位，如果10.0為“OFF”則移位結(jié)束。

3 結(jié)論

機械手即工業(yè)機器人是一種能模擬人的手、臂等部分動作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其他要求實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具的自動化裝置，是具有發(fā)展前途的機電一體化典型產(chǎn)品，將在實現(xiàn)柔性自動化生產(chǎn)、代替人在惡劣環(huán)境條件下工作發(fā)揮重要作用。機械手的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都是采用PLC控制。PLC控制器本身具有通用性、靈活性、可靠性強、易維修、易改裝等特點，從而大大提高了機械手的通用性和靈活性，擴大了機械手的使用范圍，降低了成本。

[1]機械設(shè)計編委會.機械設(shè)計手冊第4卷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]陸一心.液壓與氣動技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]蔡少茵.PLC控制的機械手[J].微計算機信息，2008，18(2)：20.