摘要
摘要:
本文主要介绍机械手的发展和应用。首先对机械手的发展背景和定义做了介绍，随后给出了机械手的基本构造，并对机械手的应用做了简单的分类。最后对机械手的发展趋势进行了展望。 关键词:机械手:发展;应用 引言：
近年来由于机电体化在工业各个领域的应用，机械设备的自动化控制显得越来越重要。随着工业的发展和产品的高级化及复杂化，要求人们必须提高工作效率和适应恶劣环境的能力，增加了工人的劳动强度，甚至于危及到生命。因此机械手就在这样情况下诞生了，机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识:它能部分地代替人工操作:能按照生产工艺的要求，遵循定的程序、 时间和位置来完成工件的传送和装卸:能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善I人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现I业生产机械化和自动化的步伐用。
机械手是一种能模拟人的手臂动作， 按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。 三白由度机械手又称3D机械人，能够实现三个自由度方向(水平、垂直
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和旋转)的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。
可编程控制器PLC是-种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。
机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 控制要求
1在传输带A的端部，安装了光电开关PS，用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时为ON状态。机械手在原位时，按下启动按钮，系统启动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停。传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转)上。机械手返回原位后，自动再启动传送带A运转，进行下一个循环。
2.按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。机械手的上升／下降和左移／右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。夹紧／放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
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在自动化生产线上，经常用机械手完成工件的取放操作。图为一机械手结构示意图，其任务是将传送带A上的物品搬送至传送带B。
1. 机械手工作过程
机械手通常位于原点位置，每次循环动作均从原点开始。当机械手在原点时，按下启动按运车钮,系统启动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后,传送带A停止运行。
机械手有3种运行方式:自动运行、单周期运行和手动运行。 (1)机械手的自动运行
在自动运行方式下，机械手依次完成9个工作步骤。
①机械手下降:当机械手检测到传送带A上有工件时，由原点开始下降，下降到位时，碰到下极限开关,机械手停止下降,同时接通夹紧电磁阀线圈。
②夹紧工件:当机械手夹紧到位时,压力继电器动合触点闭合,接通上升电磁阀线圈。
③机械手上升:当机械手夹紧到位时，机械手开始上升，上升到位时，碰到上极限开关，机械手停止上升,同时接通右移电磁阀线圈。 ④机械手右移:当机械手上升到位时，机械手开始右移，右移到位时,
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碰到右极限开关，机械手停止右移，同时接通下降电磁阀线圈。 ⑤机械手下降:当机械手右移到位时，机械手重新开始下降，下降到位时，碰到下极限开关，机械手停止下降,同时释放夹紧电磁阀线圈。 ⑥放松工件:放松动作为时间控制(设为2s)。
⑦机械手上升:工件放松后机械手开始上升，上升到位时碰到上极限开关，机械手停止上升,同时接通左移电磁阀线圈。
⑧机械手左移，机械手 上升到位后，机械手开始左移，左移到位时，碰到左极限开关，机械手停止左移。
⑨回到原点机械手左移到位后，回到原点位置，再次自动启动传送带A.当光电开关检测到工件后，又开始新的工作循环周期。 机械手的工作流程如图。
（2）机械手的单周期运行
单周期运行是指按下启动按钮后，机械手从原点开始下降,完成上述的9个工作步骤后，停止运行.若要求机械手继续工作,要再次按启动机械手,需重新按启动按钮。 (3)
机械手的手动运行
手动运行是指机械手的上升、下降、左移、右移及夹紧操作通过对应的手动操作按钮来控制，与操作顺序无关。机械手的单周期运行和手
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动运行均用于设备检修和调整。 2.控制要求
①在传送带A的端部,安装了光电开关PS,用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时，为ON状态。
②机械手在原点时，按下启动按钮，系统启动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停止。
③传送带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转)上。
④机械手返回原点后，自动再启动传送带A运转,进行下一个循环。 ⑤按下停止按钮后,应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原点，停止工作。
⑥机械手的，上升/下降和左移/右移的执行结构均采用双线圈的两位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。
⑦夹紧/放松由单线圈两位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。 3.控制系统硬件设计 PLC控制系统的模板配置见表 表 PLC控制系统的模板配置表 插槽号 模板名称 模板型号 数量 1 2 电源模板PS3075A 6ES7307-1EA00-0AA0 CPU模板CPU314 6ES7 314-1AE04-0AB0 1 1 5
4 5 DI模板SM321 DO模板SM322 6ES7 321-1BH01-0AA0 6ES7 322-1BH01-0AA0 1 1 4. 控制系统软件设计 采用线性编程
机械手的工作过程是典型的步进操作，在涉及步进控制或顺序控时，常常采用移位指令进行编程，这种编程方法具有清晰的编程思路和最小变化的核心监控画面在进行程序调试时非常方便。 编程元件的地址分配见表。 表编程元件的地址分配表 编程元IO端电路件 输入继I0.1 电器 I0.2 SA SB2 子 I0.0 元件 SB1 作用 编程IO端电路元元件 自动启动按 钮 PS 子 I1.0 件 KA 压力继电器接点 光电开关 作用 单周期启动输入I1.1 按钮 继电I1.2 手动启动开器 关 SB5 手动上升按钮 I0.3 SB3 停止按钮 I1.3 SB6 手动下降按钮 I0.4 SQ1 上升极限开关 I1.4 SB7 手动左移按钮 I0.5
SQ2 下降极限开6
I1.5 SB8 手动右移按关 I0.6 SQ3 左移极限开关 I0.7 SQ4 右移极限开关 输出继Q4.0 电器 Q4.1 Q4.2 PLC硬件组态
KM2 KM3 KM1 传送带A接输出Q4.3 KM4 触器 继电Q4.4 KM5 Q4.5 KM6 I1.7 SB10 I1.6 SB9 钮 手动抓紧按钮 紧急停止按钮 夹紧/放松电磁阀 上升电磁阀 下降电磁阀 左移电磁阀 器 右移电磁阀
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采用移位指令编程的梯形图控制程序如图
程序段1：停止和单周期控制
程序段2：启动控制
程序段3：传送带控制
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程序段4：寄存器清零
程序段5：传送带A停止
程序段6：MW10的最低位送1
程序段7：移位脉冲
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程序段8：移位
程序段9：下降
程序段10：抓紧
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程序段11：放松
程序段12：上升
程序段13：右移
程序段14：左移
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程序段15：放松延时
在使用移位指令时，最关键的是设计移位脉冲的控制程序。在图中,移位脉冲是由M12.0发出的，每当机械手完成一个动作时M12.0就发出一个移位脉冲，移位过程是在MWIO中进行的，这里MB10是MWIO的高位，而MB11起MW1O的低位，MW10的最低位是M11.0.因此首先要保证M11.0为1，然后通过字左移指令SHL w.在移位脉冲的控制下，依次进行移位操作，直至完成当前的工作循环周期，如果没有按下停止按钮则MO.5的动断触点为接通状态，程序自动进入下一个工作循环周期。
自动运行方式下的要点说明:
①按下停止按钮或选择单周期运行时，在当前[作周期结束后，尽管MI0.0为ON,但由于M0.5为ON.其动断触点打开，传送带A不能重新启动运行，机械手停止工作。
②在传送带A运行信号的后沿.将1传送到MW10的最低位M11.00 ③移位脉冲的设计是使用移位指令的核心，其移位过程为:
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●当光电开关PS检测到有物品后，1.1为ON,使Q4.0为OFF.传送带A停止运行。在Q4.0的后沿，使M11.0为ON,Q4.5为ON,使机械手执行下降的动作。同时.为移位脉冲的产生做好准备。 ●机械手下降到位时，下降极限开关10.5为ON,发出移位脉冲,使Mlk1为ON,M1.0为OFF，机械手停止下降,开始执行夹紧动作.Q4.3被置位。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。
●机械手夹紧到位时,压力继电器的动合触点11.0为ON。又发出一个移位脉冲,使M11.2为ON,M11.1为OFF,此时,Q4.4为ON，机械手紧抓着物品上升。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。 ●机械手上升到位时，上升极限开关10.4为ON。又发出一个移位脉冲,使M11.3为ON，M11.2为OFF,机械手停止上升。此时，Q4.2为ON，机械手执行右移动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。 ● 机械手右移到位时，右移极限开关10.7为ON。又发出一个移位脉冲，使M11.4为ON,M11.3为OFF,机械手停止右移。此时,Q4.5重新为ON,机械手执行下降动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。
●机械手下降到位时，下降极限开关10.5为ON。又发出一个移位脉冲，使M11.5为ON，M11. 4为OFF，机械手停止下降。此时,Q4.3被复位，机械手执行放松动作,并且启动定时器T1。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。
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●在T1的定时时间到时，表示机械手放松到位，又发出一个移位脉冲,使M1.6为ON,M11.5为OFF.此时,Q4.4为ON,机械手执行上升动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。
.机械手上升到位时，上升极限开关10.4为ON.又发出一个移位脉冲,使M11.7为ON,M11. 6为OFF,机械手停止上升。此时,Q4.1为ON，机械手执行左移动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。 。机械手左移到位时 ，左移极限开关10.6为ON。又发出一个移位脉冲，使M10.0为ON,M11 7为OFF，机械手停止左移。此时，机械手已回到原点，只要在此之前没有按停止按钮，M10.0再次使Q4.0为ON,传送带A重新运行，等待物品检测信号1.1的到来。同时，准备开始下一个移位周期。
I/O接线图
设计心得 ： 目前我国机械手开始应用在工业上的很多方面，如机械制造、冶金、电子、轻工和原子
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能等部门。但是还处于一个发展阶段，特别是研发方面跟欧美等发达国家相比还有较大的差距。对于很多产品尤其是要求高灵活高精度的机械手，我国仍旧需要进口。我国如果要成为一个发达的工业国家就必须提高自动化程度进而提高工作效率，尽可能将人工操作变为机械手操作。在这同时，我国应加大对高新技术的投入并且积极白主创新研发新机械手，早日拥有更多具有自主知识产权的产品。
参考资料：
胡学林.可编程控制器原理及应用.北京：电子工业出版社，2012 胡健.西门子S7-300PLC应用教程.北京：机械工业出版社，2011 刘忠超，盖晓华.西门子S7-300PLC编程入门及工程实践.北京：化学工业出版社，2014
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