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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。

　　目前，我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计出上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本文主要对机械手的总体设计进行简单说明。

　　目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：

　　（1）机械结构向模块化、可重构化发展。（2）工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。（3）机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。（4）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发； （5）焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。

　　总的来说，大体是两个方向：其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

　　3.1机械手总体结构的类型：工业机械手的结构形式主要有四种：直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：

　　（1）直角坐标机械手结构特点：直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。（2）圆柱坐标机械手结构特点：圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。其工作空间是一个圆柱状的空间。这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。（3）球坐标机械手结构特点：球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。其工作空间是一个类球形的空间。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。（4）关节型机械手结构特点：关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。关节型机械手又分为水平关节型和垂直关节型两种。

　　机械手手爪设计有如下要求 ：（1）机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的。既根据其应用场合设计手爪，在满足作业要求的前提下，机械手手爪还要求体积小、重量轻、结构紧凑。（2）机械手手爪的万能性与专用性是矛盾的。万能手爪在结构上很复杂，甚至很难实现，从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机械手手爪，加之以快速更换装置，以实现机械手的多种作业功能，而不主张用一个万能的手爪去完成多种作业，以考虑设计的经济效益。（3）机械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可适用于不同的机械手，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化。（4）机械手手爪要便于安装和维修，易于实现计算机控制。

　　3.2具体采用方案：根据实际操作的需要，该机械手在工作中需要3种运动,其中手臂的伸缩和立柱升降为直线运动,另一个为手臂的回转运动,因此其自由度数目为3，综合考虑，应选择圆柱坐标机械手结构，其结构简单，工作范围相对较大，且有较高的精度，满足设计要求。

　　本设计是一个特定功能、满足特殊要求的数控机床上下料机械手的设计。机械手采用可编程序控制器控制,可以实行手动调整、手动及自动控制。系统结构紧凑、工作可靠，设计周期短且造价较低。PLC有较高的灵活性，当机械手工艺流程改变时，只要对I/O点的接线稍作修改，或对I/O重新分配，在控制程序中作简单修改，补充扩展即可。经过重新编制相应的控制程序，就能够比较容易的推广到其他类似的加工情况。

　　［2］王田苗, 丑武胜. 机电控制基础理论及应用. 北京: 清华大学出版社, 2003.

　　［3］陈铁鸣, 王连明, 王黎钦. 机械设计(修订版). 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2003.

　　通过对相关文献进行查阅，文章根据多关节型搬运机械手的工作目的以及工作环境，对该机械的整体机构进行有效设计[1]。在本次设计过程中，多关节型搬运机械手由两个可移动关节与四个旋转关节所构成，在实际应用过程中可实现六个自由度变换，机械运动形式是多关节式。多关节型搬运机械手的设计过程中，机械原动件作为机械定位工作与运动工作的重要保障性因素，在设计过程中采用液压缸与电机，有效提升多关节型搬运机械手的定位精度与动力强度。对多关节型搬运机械手的前三个自由度，在设计过程中采用电机驱动的方式，以此保证多关节型搬运机械手在实际应用过程中能够实现更加准确的定位操作。在后三个自由度的设计过程中，由于考虑到多关节型搬运机械手的驱动力因素，所以，后三个自由度采用液压驱动装置，以此实现多关节型搬运机械手在满足定位精确的前提下，还能保证较高的驱动强度，使多关节型搬运机械手可以满足各种特殊操作的实际需要。多关节型搬运机械手在设计过程中，其基础部件构成分别为基座、手臂、电机、立柱、末端执行器、后壳体、小臂俯仰电机、腰部回转电机、盖板、腕部回转液压缸[2]。在实际设计过程中，由于考虑到多关节型搬运机械手实际运作过程中，机械前三个关节承受压力过大，以此在设计过程中，将基座与大臂的齿轮组减速方式进行统一化，以传递力矩的方式有效减少前三个关节处的受力。同时，为减小机械各级构件中受到的扭矩，设计过程中在大臂后端与基座的上方位置设置了电机，以此保证机械在实际运作过程中重心的稳定。最后，考虑到多关节型搬运机械手在实际工作环境，在设计过程中需要相对的极大机械载重能力，在设计过程中保证机械各个构件的稳固连接。

　　在本次多关节型搬运机械手的设计过程中，实现了多关节型搬运机械手六个自由度的变换，以此保证多关节型搬运机械手在实际运作过程中可以完成各种运动与姿态，详细设计方案如下：（1）多关节型搬运机械手的手部夹紧动作是该机械在实际工作过程中尤为重要的功用动作，在设计自由度的过程中，机械手部通过液压驱动装置进行夹紧控制，同时，连接轴与驱动摇杆在实际运作过程中控制机械夹持器的开合动作。（2）在多关节型搬运机械手自由度的设计过程中，对机械腕部进行回转关节设置，以此满足多关节型搬运机械手在实际工作中可以将圆柱形金属部件平稳的放置到工作台上，实现多关节型搬运机械手腕部的0°至180°的旋转。（3）在多关节型搬运机械手自由度的设计过程中，机械小臂设置为液压缸动力驱动，以此保证机械小臂的伸缩运动正常进行，小臂最大伸缩距离为600mm，在应用过程中可以很好的满足工程生产的实际需要。（4）在多关节型搬运机械手自由度的设计过程中，机械小臂与大臂作为多关节型搬运机械手的主要传动机构，在实际设计过程中使用旋转副链接，为保证小臂与大臂在实际工作中具有更大的活动空间，在设计过程中对小臂平面内进行±70°的俯仰设置。（5）大臂作为多关节型搬运机械手中最为直观的机械构造，其位于多关节型搬运机械手腰部上方，由机械后壳体进行支撑。该构件在实际工作中可以实现±360°的转动，在实际工作过程中其重要性不言而喻。在进行大臂自由度的设计过程中，需要在大臂竖直平面内的±70°范围内设置俯仰，以此保证大臂可以在这个范围内进行摆动作业。（6）在进行多关节型搬运机械手的自由度设计过程中，该机械的基座成为自由度设计过程中需要重点创新与改善的内容。基座作为多关节型搬运机械手中各个构件的支撑架，基座上的主轴在自由度的设计过程中可以实现±360°的回旋运动，以此带动机械手完成各种复杂的操作。

　　在进行多关节型搬运机械手的控制系统设计的过程中，控制系统的软件编程是其中的一个重要组成部分[3]。根据多关节型搬运机械手的实际操作内容，为满足该机械操作灵活的特点，机械手在软件编程过程中应分为手动与自动两个部分。

　　在进行多关节型搬运机械手自动操作系统设计的过程中，首先需要对该系统进行自动方式初始状态的设置，当系统状态转移开始的时候，设置系统原点位置条件，以此保证系统安全稳定的运行情况。通过系统控制机械手进行上升操作的过程中，对系统操作进行上限为设置；在机械手进行左移的过程中，对操作系统进行左移限位的设置；在机械后进行下移的过程中，需要对操作系统进行下限位的设置；当机械进行抓取工作的时候，需要进行抓限位的设置；当机械手进行右移的时候，需要对操作系统进行右移限位的设置；当操作系统需要下降的时候，应当对操作系统进行下限位的设置。诸如此类，通过这些有效设定，可以极大地保证自动化操作系统对机械手进行有效控制。

　　在进行多关节型搬运机械手手动操作系统设计的过程中，根据多关节型搬运机械手的工作内容及工作环境进行综合考虑，在进行系统手动操作设计的过程中，需要根据机械各个动作进行有效设定。以机械手进行抓取作业为例，在机械手抓取的过程中，需要考虑到机械手的驱动力情况，在操作系统中有效应用手动单步操作，以此满足机械手的驱动能力，同时通过操作系统控制可以极大地保证机械手抓取过程中的准确性；诸如此类，在系统设计的过程中，有效结合多关节型搬运机械手自身运行特点，将系统优势进行充分发挥。

　　本设计使用ROBO Pro（慧鱼）软件控制ROBO TX控制器，实现对基于慧鱼模型的机械手的操作控制。通过ROBO Pro程序可实现对机械手的控制，改变程序就可实现不同的控制要求。

　　经过历史的考验，机器人对我们的生产和生活越来越重要。单位时间内的次品率也越来越低，同时我们工作更加轻松，只需控制好操作面板，也就是机器人的控制系统。与此同时，生产出来的产品品质更加完美，这样可以显著节省成本开支。鉴于其重要作用，因此它被列入很多国家的高新技术产业。同时，机器人是一门综合了机电子、电子计算机及仿生人工智能等诸多专业的新兴学科。

　　本次设计以现有的工业机械手为基础，依靠慧鱼模型，设计以传送、运输为主要功能的新型工业机械手。

　　这是机械手的独立的执行部件，夹持部分采用蜗轮蜗杆机构控制手抓的加紧、释放。

　　由于工业机器人的手部通常是专用的装置，一种手爪往往只能夹取一种量上相近的工件，只能执行一种作业任务。

　　由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指（或手爪）和传动机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易构件，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。

　　起到连接手部和手臂的作用，主要起支撑作用，机器人一般要有6个自由度才能使末端操作器到达目标位置和处于期望的状态。

　　臂部有大臂小臂或多臂构成，一般有2～3个自由度，即伸缩回转，俯仰或则升降。同时再设计臂部的时候要考虑到臂部要有足够的承载能力和刚度，刚度小，影响手臂工作时运动的稳定性更严重地导致变形，导致臂部的承受载荷大小都发生变化，运动速度和定位精度也不行；运动平稳性要好，精度要高，它是机械手的重要指标；重量和转动惯量要小，为了提高运动运动速度，尽量减小臂部的重量，同时还要注意偏重力矩，也就是让臂部的重心与立柱的重心尽量靠近；导向性要好，一面手臂在直线运动过程中发生相对运动。

　　手臂在进行伸缩或升降移动时，为了使手臂在直线运动过程中不致发生相对运动，以保证手部运动方向的正确性。所以这就需要导向装置，同时在设计导向装置时要考虑到实际载荷的大小，手臂长度行程以及手臂安装方式的影响。同时常用减小或则消除偏重力矩的方法有：尽可能减少臂部重量，还有就是尽量使臂部的重心和立柱的重心重合，再有就是配重的方法。

　　立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。

　　机械手的各执行机构部件和驱动系统都安装在机座上，主要起支撑和连接的作用，底座部分采用蜗轮和齿轮结合的方式控制整个平台的旋转。采用杆机构，并由电机提供动力。

　　驱动机构用于把驱动原件的运动传递到机器人的各末端操作器，一般的常用的液压驱动，气压驱动和电气驱动。

　　控制系统向机械手发出各种指令，让其能够再找要求完成各种任务的装置。目前工业机械手的控制系统多半由电气定位系统和程序控制系统构成。它使机械手按规定的程序运动，并同时机械手接受的指令信息被存储起来，同时按其控制系统的按照接收的信息对各末端操作器发出指令，还可对机械手的动作进行监视，当未按照预定轨迹工作或出现错误时就会发出报警。

　　位置检测装置由一个线铙电阻和一个滑动触电组成。当被检测量的位置发生变化时，滑动触电也随之移动，从而改变了接入点路电阻值的大小，从而改变电压，来更清楚地反应位置的变化。

　　慧鱼模型主要包含三大类构件，包括机械类元件、电器类元件和气动元件。本次设计的慧鱼机械手主要由机械类元件、电器类元件构成。

　　运用慧鱼工业标准的基本元件，辅以传感器、控制器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，使得技术创新和生产批量化的可行性成为可能。

　　经过调试，发现了存在的一些问题，如重复精度不精确、往返行程过长、抓取不牢固等问题。经过改进、调试控制程序完成结构设计之后，设计ROBO Pro程序如图1所示。

　　此程序中机械手从初始位置开始，电机M2工作，使机械手的腕部向下偏转，到达指定位置后，电机M4工作，使机械手张开闭合抓取工件，接着电机M3工作，带动机械手臂上升至顶部，随后电机M1工作，带动机械手整体旋转一定角度后，电机M3工作，使机械手臂下降至指定高度，电机M2工作，使腕部偏转至工件释放位置，电机M4工作，释放工件完成搬运过程，最后机械手返回初始位置，重复上述过程。

　　（1）机械手是通用机械手，它的适用范围很广，选用圆柱坐标和三自由度体系。

　　（2）越复杂的运动，所需的自由度越多，本次设计包括垂直，直线）导向装置在此次的装配过程中我们选择采用丝杆与齿轮的配合，从而控制其按固定的方向运动。

　　[2]丹尼斯克拉克，迈克尔欧文斯.机器人设计与控制[M].北京：科学出版社，2004.

　　机械手移动到传送带B工件处夹紧工件――将工件移动到指定位置传送带A―放下工件―机械手回到初始位置五个过程完成，机械手通过三菱PLC来控制，可实现这五个过程全自动依次运行：A）械手移动到工件B处：机械手分别通过步进电机及直流电机来控制，使得机械手移到工件（传送带B）处，移动的最大位置通过相应的限位开关来控制；B）工件移动到指定位置：机械手分别通过步进电机及直流电机来控制，使得机械手移到工件（传送带A）处，移动的最大位置通过相应的限位开关来控制；）C夹放工件：通过夹紧/放下直流电机的正转来控制，夹紧工件通过定时器来控制，即凭经验设定一个时间（本系统设为55），在这个时间内机械手能完全夹紧工件；D）放下工件：通过夹紧/放下直流电机的反转来控制，通过松限开关来控制；E）机械手回到初始位置：机械手分别通过步进电机及直流电机来控制，使得机械手移到初始位置处，移动的最大位置通过相应的限位开关来控制。

　　机械手的操作方式可分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。（1）手动：用按钮操作对机械手的每一步运动单独进行控制，如：当选择上/下运动时，按下起动按钮，机械手上升，按下停止按钮，机械手下降；当选择左/右运动时，按下起动按钮，机械手左移，按下停止按钮，机械手右移；当选择夹紧/放松按钮时，按下起动按钮，机械手夹紧，按下停止按钮，机械手放松，该方式用于机械手系统的“回原位”操作本系统中，可用手动方式用于机械手的初始状态定位，用操作面板上的按钮来点动执行相应的各动作；（2洋步：每按一次起动按钮，机械手完成一步动作后，自动停止；（3洋周期操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后，返回原位（如果在动作过程中，按下停止按钮，机械手停在该工序上，再按下起动按钮，则又从该工序继续工作，最后停在原位），本系统采用单周期方式进行机械手的工艺过翟机械手移动到传送带B工件处―夹紧工件―将工件移动到指定位置传送带A―放下工件―机械手回到初始位置）；（4涟续操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮SB3，机械手的动作将自动地、连续不断地周期性循环，在工作中，若按一下停止按钮SB4，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

　　气动机械手硬件系统由四个气缸、三个真空吸盘、限位磁性接近开关、5个两位五通电磁气阀和1个两位两通电磁气阀组成的阀岛、控制面板、接线端子、三菱PLC、按钮开关及指示灯等相关电气元件组成。当按钮开关或磁性接近开关发出信号传递到三菱PLC输入端子，经过三菱PLC程序处理，三菱PLC发出动作控制信号驱动相应主控阀电磁线圈的通断，控制压缩空气的运动方向，使气缸产生对应的动作。要实现前述控制任务要求，其控制部分包括气动回路与三菱PLC控制部分。气动机械手的气压控制回路如图3所示。气源产生压缩空气，经三联件处理后，经两位五通阀和单向节流阀分别进入滑台气缸、回转气缸、悬臂气缸、升降气缸。两位五通阀电磁线圈的通断决定了气缸的动作，比如控制滑台气缸的二位五通阀通电时，滑台气缸本体（缸体）左移；断电时滑台气缸本体（缸体）右移。本机械手选择两位阀，而没有选择具有中位机能的三位阀，主要是为了减少控制信号，减少三菱PLC的输出点数。单向节流阀的作用是调节气缸的运动速度，产生一定的背压缓冲。对真空吸盘吸光盘的过程，当真空发生器通过高压气体时，产生一定的真空度，实现吸光盘，此时，两位五通阀处于通电状态，两位两通阀处于断电状态。对放光盘的过程，要求高压气体先经两位两通阀，通过真空吸盘将吸附的光盘吹落，延迟一段时间后断开真空吸盘的气路，以节约用气量，故要求在两位五通阀通电、两位两通阀断电状态下，两位两通阀先通电，延迟一段时间后，两位五通阀再断电，然后两位两通阀再断电。

　　应用三菱PLC作为电气控制，可以减化控制线路，降低故障率，实现机械手多种动作线路，具有一定的柔性，也适于教学演示。一般机械手有手动、自动控制之分，手动控制主要用来硬件调试。自动控制中也分单步、单周期、周期循环等工作状态。其控制要求为：按下启动按钮，检测气动机械手是否处于原位，如果不是，按下复位按纽回到原位，如果是，则检测气动机械手处于何种工作状态下，单步意味着每按下一次启动按钮，机械手执行一步动作；单周期指执行一次动作循环，最后回到初始位置；周循环则是机械手重复不断的执行动作，直到按下复位或停止按钮为止。根据机械手的硬件结构，三菱PLC输入信号有：工作状态选择开关输入、启动停止按钮输入、磁性接近开关信号输入、手动开关输入及程序选择开关输入共22个输入点；机械手的输出信号有：驱动4个气缸的电磁阀线个，控制真空吸盘的电磁阀线个输出点。选择输入点大于22点，输出点大于7点的三菱PLC，可选择三菱的FX2n-48MR。

　　气机械手的控制及动作路线由三菱PLC的程序来实现，根据前述要求，该程序框架采用调用子程序方法，在主程序中实现机械手工作状态的选择，子程序实现机械手的复位和动作路线的实现，这种程序框架逻辑清晰，便于阅读与修改扩展，其程序框架如图所示。

　　在搬运光盘的过程中，光盘会越搬越少，故选择循环动作工作状态时，每次机械手下降的行程会逐渐增长，故程序中没有使用升降气缸的伸出限位开关来反馈位置信号，而是以三菱PLC的软时间继电器设置合适的延迟时间来代替，当光盘被搬空时，升降气缸伸出限位开关被触动时，机械手就自动复位，回初始位置。

　　气动机械手具有结构简单、易于控制、成本低等特点。针对公司现有的高低温箱，设计了一套小型的用来放置变送器的立体框架，它采用了三菱PLC控制的气动机械手，将准备进行高低温补偿的变送器，放置到框架上下两层的各工位上，实现了变送器的高低温补偿系统。并设计了气压传动系统和三菱PLC控制系统。包括气动原理的制定、气动元件的选择以及三菱PLC选型和顺序功能图的编写。气动机械手采用了多位置气缸，以实现机械手在框架每层各工位之间的操作；并使机械手使用气缸沿立柱上下运动，以实现机械手在上下两层之间的操作。本设计提高了生产的速度，减轻了工人的劳动强度，节约了人力资源，具有很强的实用性。

　　[1]杨后川，杨萍，陈勇，张学明.基于FX2N三菱PLC控制的实验用气动机械手设计[J].液压与气动，2009，（2）：25-28.