魏丽梅
摘要：通过对搬运机械手在工业里的应用研究，探究且阐述PLC自动化控制在机械手应用中的特点及应用的意义。
我国工业自动化的程度越来越高，对机械操作的依赖度很强，所以机械手的使用量越来越大，涉及面越来越广泛， 使用的领域包括汽车、电子、机械加工、食品、医药等。使用机械手搬运货物时，能够节约时间，减少成本，提高产品的 使用效率，弥补其他搬运方式的不足之处，满足社会主义经 济发展的需要。
1 研究搬运机械手使用的原理
由 2 个转速不同的电动机在正反转的过程中，利用电 磁阀控制的液压缸使机械手上下运动，手动操作界面由手动步进和回归原位组成，但是按钮比较多，在手动步进中包 括上升、下降、放松、快进、慢进、快退和慢退 7 个按钮；回归 原位只有复位1个按钮。自动操作界面由单步、单周期和 连续操作组成。在操作界面上通常会设置 5 个挡位；每1个操作动作都有显示灯。除此之外，在界面上还有启动和 停止 2 个按钮。
2 机械手基本情况简介
2.1 应用方面的简介
搬运机械手应用于机械行业时，其应用范围如下：
（1） 应用于热加工领域。热加工是较为危险的工种，为了确保 工作人员的生命安全，提高工作效率，在工人不能胜任的作 业方面通常使用搬运机械手。（2）应用于冷加工领域。在 柴油机及轴类、盘类和箱体类加工生产线上、自动线上使用， 能够有效地连接上下工序。
（3）应用于拆装领域。拆装工作 比较危险，同时也是个体力活，需要较大的力气才能完成。 用搬运机械手能够轻而易举地完成这样的工作。铁路各个部门通常使用搬运机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装 卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，操作工人的劳动强度减弱 了，劳动效率却提高了。
2.2 应用意义
（1）提高了生产的自动化程度。因为搬运机械手上装 配了很多自动化的设备，能够在传送、装卸、更换等工序上 提供自动化，降低了生产成本，提高了生产效率。
（2）确保 安全生产。在高温、高压和有害工种领域内，对工人的危害 极大，不宜人工操作，所以用搬运机械手代替人工搬运，能 够确保工人的生产安全。（3）确保生产的节奏性。在搬运 货物过程中，由于人的体能限制，不可能连续性地工作，而使用搬运机械手操作，在自动化的生产线可以确保生产的 节奏性，提高生产效率。
2.3 机械手的发展趋势
目前，我国使用机械手存在着数量、品种、性能和领域 不足等局限性，所以应该扩大机械手的应用范围，增加机械 手的生产数量、品种，完善机械手的操作性能。
为了能够有效地完善机械手的操作性能，机械手在生 产的过程中要根据其使用方面的不同，在伸缩、摆动、升降、 横移和俯仰等部件中选用不同的材料。另外还要从其他视 角上加大不同类型搬运机械手的研究，例如在触觉、视觉以 及记忆力性能方面加大研究的力度，为机械制造系统创造 1 个完整的基本单元。
国外使用机械手时，能够按照事先设计好的程序完成 所有的操作，也具有能应对外界变化、及时反馈的能力。当 搬运的物品产生偏移时，机械手仍按照以前的操作步骤进 行搬运，就会损伤机械手的零部件。所以国外机械研究方 面的专家正致力于智能机械手的研究，在搬运机械手上装 置传感器，能够感应外界的变化，及时作出调整，准确地搬 运产生偏移的货品。目前的研究方向是在搬运机械上安装 具有视觉功能和触觉功能的传感器。
2.4 PLC 在机械手中的应用
2.4.1 PLC 的应用概况
PLC 的用途如下：
（1）发挥逻辑控制的作用。PLC 在发 挥逻辑控制作用时，主要的控制对象是电气机构、包装机构 和电梯，以避免继电器控制和顺序控制器所带来的负面影 响。
（2）发挥控制模拟量的作用。PLC 通过模拟量 I/O 模 块，使模拟量和数字量互换，同时加强对模拟量的控制。
（3） 加强数字控制。因其数据处理能力较强，所以通常会和机 械加工的数字控制和计算机控制结合在一起，对机械手进 行数字控制。
（4）控制工业机器人。
（5）自动化多层控制。 PLC联通能力较强，能够在多个领域内实现通信的功能，从 而建立多层分布式的自动化控制体系。
2.4.2 PLC 的特点
（1）具有较强的抗干扰能力。PLC 在工作时，不会受电 磁、电源电压波动、机械振动、温度变化等不利条件的干扰， 能够在长时间内工作，不容易出现故障。
（2）操作方便，具有 较强的通用性。PLC 实施操作功能是通过编程来实现的， 操作起来比较方便。控制对象不变，但其操作要求需要变更 时，则可以通过软件编程，改变控制系统，使系统的功能产生 变化，而不需要更换其硬件设备。
（3）因其软件通用性较强， 所以在编程时比较简单，使用此系统时方便，如果出现故障， 维护时也非常方便。
（4）组合时快捷、方便；使用时功能强 大；应用的领域比较广泛。PLC 的控制方式灵活性较强，不 管是使用于开关量控制还是使用于模拟量控制，都能发挥最 佳的作用；可选择单片机，也可选择多级控制系统；不管是简 单的系统还是复杂的系统，PLC 都能灵活控制。
（5）体积小、 重量轻、功耗低。PLC 的电路由半导体集成，所以它的体积 不大，不重，所以耗能比较低，只有 1.2 kW 左右。
2.4.3 PLC 在机械手中的应用
PLC 有以下特点：具有较强的抗干扰能力；操作方便， 具有较强的通用性；因其软件通用性较强，所以在编程时比 较简单，使用此系统时方便，如果出现故障，维护时也非常 方便；组合时快捷、方便，使用时功能强大；应用的领域比较 广泛；体积小、重量轻、功耗低，在危险、高温以及有害工种 等领域内频繁使用。本设计正是以 PLC 控制为基础，从而 实现机械手的各种手动。
3 搬运机械手硬件系统设计
3.1 机械手的结构
设计其结构如图 1 所示：
图中设置 9 个行程开关 SQ1 ～ SQ9，主要是对机械手 的一些组件进行检测，例如：械手夹钳是否能够夹紧，是否 能够在适当时期处于放松状态，是否能够有效地控制系统。 其中 SQ1 为工件是否到位的检测开关；SQ2 为小车原位检 测开关；SQ3、SQ4 分别为机械手下降上升是否到位检测开 关；SQ5、SQ6 分别为机械手夹紧放松检测开关；SQ7、SQ8 分别为小车速度转换开关；SQ9 为小车运动停止开关。
3.2 设计原理及功能
搬运机械手的电气控制设计由主电路和控制电路 2 部 分组成。主电路就是 2 台不同转速的电动机，这 2 台电动 机以不同的速度带动小车快速滑行或低速滑行，控制情况 如下：慢速电动机 M1 由接触器 KM1、KM2 分别控制其正 传和反转；快速电动机 M2 由接触器 KM3 和 KM4 分别控 制其正传和反转。控制电路是指由电磁阀控制的液压缸对 机械手夹紧、放松动作的控制。当电源接通之后，机械手就 会松开，以免在通电不正常的情况下，因机械手松开，部件 脱落而导致伤人或无法正常操作的事故发生。
3.3 操作面板及动作说明
操作面板由自动操作和手动操作 2 部分组成。手动操 作界面由手动步进和回归原位组成，但是按钮比较多，在手 动步进中包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退和慢退 7 个按钮；回归原位只有复位 1 个按钮。自动操作界面由单 步、单周期和连续操作组成。在操作界面上通常会设置 5 个档位；每 1 个操作动作都有显示灯。除此之外，在界面上 还有启动和停止 2 个按钮。
其操作面板如图 2 所示：
4 总结
搬运机械手在工业中普遍使用之后，其操作灵活性深受欢迎。研究专家正在钻研多性能的搬运机械手，以促进我国工业的快速发展。在研制的过程中难免会出现大量问题，只要加大开发力度，这些问题必将彻底得到解决。
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