摘 要：在现代工业发展过程中，使用工业机械手完成自动化控制已经成为当前工业生产的主流和动力，而使用专用机床进行大批量生产自动化的最有效方法是使用控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械的方法，且除了切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。本文主要针对于PLC设计的机械手进行分析，通过对PLC的自动控制方法和工作原理的分析，让工业机械手能够在设计上灵活运用PLC的特性进行设计。
关键词：机械手 PLC 现代工业
一、引言
为了满足人们的需求，在产品不断更细换代的基础上，工业机械化生产需要更多、更快的生产与自动化，但由于工业机械的局限性，控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化是完全的外，其他的装卸、搬运、装配等作业依然有待于机械的发展与更新，而机械手的发展孕育而生。
从机械手的使用功能上看，由于机械手具有模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。机械手是为生产工业自动化专门配备的机械，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产；提高成型机、工业产品的生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用。
随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。 由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”’。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。
二、PLC及其应用
（一）PLC的概念
可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
（二）PLC的组成
PLC的构成： PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如图1所示：
（三）PLC工作原理及其特点
PLC的工作原理：PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC的特点：
抗干扰能力强、可靠性高。
控制系统结构简单，通用性强。
编程方便，易于使用。
功能强大，成本低。
设计、施工、调试的周期短。
维护方便。
三、工业机械手设计方案
（一）机械手设计的基本思路
要进行机械手设计，就必须要真正了解当前机械手使用过程中对于整个操作对象的具体要求。由于PLC中的CPU对于整个程序的串行工作，因此有可能造成的输入输出的数据滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此在实现控制上，PLC对于程序、机械手反应的速度应当更加紧凑和快捷，保证机械手在运行过程中不受到各种外界环境影响。
（二）气动机械手PLC的控制要求：
1、气动机械手的升降和左右移动分别由不同的双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向德线圈才能反向运动。
2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV1、YV2；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4；
3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电夹紧，断电松开；
4、机械手的夹钳的松开，夹紧通过延时1.7s实现；
5、机械手的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；
（三）机械手的工作流程
为了能够详细阐述工业机械手工作流程，笔者将工业机械手的工作流程绘制如下：
图中为一个将工件由一处传送到另一处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关。
（二）系统硬件设计
1.输入/输出点地址分配
2.PLC外围接线图如图4:
图4 PLC外围接线图
YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、HL分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5；SB1、SB2分别接主机的输入点I0.0、I0.5；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别接主机的输入点I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。
（三）系统软件设计
1.工作流程图如图5:
2.功能图如图6:
四、结论
通过这次机械手设计让我知道了现代企业在完成自动化控制中离不开PLC的控制，它可以使企业在生产的同时减少劳动力和生产成本。目前我国很多地区的企业整个生产设备还比较落后且大部分工序都是通过人工来完成的，而机械手成本比较低且操作简单很适合中小企业的发展要求。但随着科技不断进步我相信多功能复杂的机械手将会在不久的将来出现，所以在今后的学习和生活中我们还要不段的学习和创新，只有这样才能设计出更符合现代社会所需求的产品。
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