基于PLC的机械手控制系统设计

图2-2 I/O端的保护

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基于PLC的机械手控制系统设计 3 机械手系统组成

3.1 机械手模型的机能特性

我们生活的空间是一个三维的空间，任何物体所在的位置都可以由三个坐标

和方向来确定；因此，只要求得所要搬运物体的位置坐标和位置方向，就能确定物体的具体位置。机械手是一种用来替代人手的设备，每完成一个动作都需要有一个自由度，而制造的成本也与自由度的多少息息相关，自由度越多，成本也就越高。

3.2 夹紧机构

手爪是机械手的抓取结构。设计一台合格的机械手除了要考虑良好的灵敏度

和准确性外，还需要考虑被夹物体的形状、大小、重量等因素来合理的设计机械手手爪的结构。手爪的夹紧力要设计合理，不能损坏被夹物体，可以在手爪内镶嵌弹性的垫片或软质的材料来保护被夹物体；同时还应有自锁的结构，防止当机械手因突然断电而使物体损落。

机械手的手爪结构形式多样，有的甚至还带有传感装置；在工业生产中最常见的有机械式、电磁式、吸盘式等。

机械式的手爪因其功能丰富、种类繁多，而被大量的应用在各种工业场合。本设计采用到是二指机械式手爪，手爪的开闭由PLC控制电磁阀的通断来控制，手爪的回旋则由一台直流电动机和两个限位开关共同作用控制。

3.3 躯干

躯干主要由底盘和手臂构成。

底盘在机械手中的作用是用来承载重物和带动手臂运动的机构。它由一台直流电动机和旋转编码盘及限位开关组成。正常工作时，直流电动机驱动底盘旋转并带动编码盘一起运动，底盘每发出一个脉冲信号旋转的角度就为3度，这些脉冲信号由传感器检测并传入到PLC中；因此，只要知道发出脉冲的个数，就能够知道底盘旋转的角度。

手臂是用来连接和承载手爪运动的重要机构。它由PLC控制电动机的运转情况来控制丝杆和螺母的运动，同时采用限位开关对这些运动进行限位，保证运动的精准和高效率运行。

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基于PLC的机械手控制系统设计 3.4 旋转编码盘

旋转编码盘的结构示意图如图3-1所示。

图3-1 旋转编码盘

机械手每旋转3度就发出一个信号脉冲，只要改变PLC[15]程序计数器中的数值，就可以完成不同角度的旋转。

本设计选用器材如表3-1.

表3-1 设计选用器材

名称 PLC 电磁阀 按钮 连接导线

型号或规格 FX1N-60MR VF3130 LA10-1H

数量 1 1 13 若干

名称 限位开关 转换开关 熔断器

型号或规格 LX19-111 LW6-5 RC1A-30/15

数量 8 1 2

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基于PLC的机械手控制系统设计 4 控制系统设计

4.1 控制系统硬件设计

设计出的机械手要能够实现手动控制和自动控制等控制方式，且正在工作的方式要能够简单明了的从操纵面板上反映出来。系统的控制面板如图4-1所示，旋钮开关可以控制机械手的手动和连动；当控制开关拨向手动时，机械手的每一步动作都需要按下相应的动作按钮才能够实现；当控制开关拨向自动时，机械手能够连续且循环的完成每一步动作；控制开关拨向回原点时，机械手又自动的原位待命。

回原位

自动

手动

回原位

启动 停止

后退

上升

放松

手反转

底盘反转

前进 下降 夹紧

手顺转 底盘顺转

图4-1 控制面板图

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