基于PLC控制的机器人机械手臂设计

基于PLC控制的机器人机械手臂设计

高文华

攀枝花学院 机器人工程 617000

摘  要

机器人机械手是工业技术领域长期使用的一种新型机器人，其控制技术在工业生产中取得了很大的发展。很久以前，人们就希望用其它的工具来代替自己的双手，做一些重复的工作，或做一些危险的工作，这样可以增加工业的生产力，避免在实际的生产中遇到的危险，在某些特殊情况下，必须依赖机器人来执行。机器人在工业领域的应用越来越广泛，本文着重介绍了机器人的控制模式和控制系统的设计。

关键词：PLC控制，机器人机械手臂，设计研究，工业自动化

第一章 引言

机器人机械手在机械加工中得到了越来越多的应用和快速的发展。目前，本产品已被广泛应用于机床、模锻压力机的焊接、上下料、喷漆等方面，通过按照预先设定的工作步骤编制程序，具有感应和反馈功能，能够适应各种复杂环境的变化。机械臂在一定程度上会出现抓取偏差，会导致零件乃至机器自身的损伤，而一旦有了感应反馈，机器人便能根据反馈信号进行调整。采用机器人机械手，能有效地改善物料输送、装卸工件、更换刀具、组装设备、物料抓取等的自动化程度，从而使工人的劳动生产效率得到提高，减少工人重复简单劳动强度，生产成本得到降低，使工业生产的机械化、自动化水平得到加速提升。

第二章 PLC控制的机器人机械手臂设计

2.1机器人机械手手爪结构设计

在设计机器人机械手爪的过程中，根据具体的实际情况，采用合理的设计方案，该方案中采用了杠杆式原理，通过活塞的推动作用，推动杠杆的手抓力和夹紧力，在与弹簧的联合作用下，共同保证了手爪的运行工作。

2.2机器人机械手手臂结构设计

机器人机械手手臂结构是机器人机械手在运转过程中又一个重要的结构组成，需要承载一定的重量，在负荷的范围内，做到机器人机械手应尽的职责，在运行过程中具有一定的速度限制，工作过程中也由于机器人机械手手臂的长度或者手臂关节等受一定的影响，在机器人机械手运转的过程中需要选择液压的驱动方式，这种驱动方式可以实现位置的连续控制，通过液压直接给予动力支持，实现手臂结构的直线运动，机器人机械手手臂的小臂设置两个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的形式，能够使得结构保持较强的稳定性。

2.3机器人机械手的机械传动机构设计

机器人机械手的传动机构是用来保证机器人机械手运转的精确度以及稳定性的结构组成，对于该结构的设计需要严格把控，在该结构设计中，需要结构的紧凑性良好，重量保持较轻的结构，体积微小易控制，在传动链中利用间隙调整，使得结构误差减小，提高运动过程的精准度。机械传动机的结构设计中包含很多部件，各部件协调工作，在简化的结构基础上能够保持较强的运作能力，加大了工作的运转空间，使得机器人机械手能够平稳的运转，高强度的外科和高精度的制造能力。

2.4机器人机械手控制系统构件

机器人机械手的系统部件构成采用了实验教学装置，利用数学模型建设出来，它由气缸、滚珠丝杆、气夹、滑竿等机械部分组成，还有直流电机、开关电源、步进电机、电磁阀、传感器等电气构件。

2.5机器人机械手动作实现过程

机器人机械手的工作是通过直流电机与步进电机协同工作来完成工作的，机器人机械手工作时只有在输入了脉冲的时候，才会有动作，如果换向，需要方向信号。通过对气夹与基座的操纵，使信号更容易传输。通过电磁阀来控制机器人机械手的松夹，当线圈通电时，机器人机械手处于放松状态，线圈断电后又处于夹紧状态，在之后的工作运转过程中，打开电源后，开机复位，输入脉冲信号和电平信号，在一系列开关的控制条件下，机器人机械手完成动作运作，如图4-1所示，经历八个步骤后完成一次抓取动作循环，在循环条件下机器人机械手完成高效动作。

图4-1机器人机械手的动作示意图

4.4 PLC的I/O分配

根据机器人机械手的动作要求和机器人机械手实际操作的实验过程，分析出了相关输入和输出点的分配示意图。气夹的正反转限位输入分别为XO、X1，基座的正反转限位是X2、X3，旋转脉冲为X4，X的前后限位是X5、X6，Y轴的前后限位是X7.X10，启动按钮为X11，复位按钮为X12，PUL中的驱动器一和二为输出设备，输出为Y0.Y1，DIL中驱动器为Y2.Y3，气夹正转ML为Y4，气夹反转MR为Y5，基座反转MR为Y6，基座正转ML为Y7，气夹电磁阀YV＋为Y10，如表4-1所示。

表4-1 PLC的I/O分配表

总结

该项目采用 PLC进行自动控制，减少硬件接线、时间继电器、中间继电器等环节，从而使整个系统的可靠性有所提高

，通过PLC的操作，使生产工艺发生变化，提高了控制能力。本系统可根据不同的加工条件和不同的运动要求，调整相应的工艺参数，以适应不同的工作要求，使得整个设备的利用效率大幅度提升。

参考文献

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