導(dǎo)語：機械手控制系統(tǒng)設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，整體的環(huán)境會直接對操作者的工作質(zhì)量以及工作效率產(chǎn)生影響，一旦受到有毒氣體的影響，便會嚴重地傷害員工的身體，而機械手則可有效降低此類問題發(fā)生的可能性?；诖?，筆者圍繞PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計進行了研究，分析其發(fā)展過程中的改進措施，以便為機械手優(yōu)化創(chuàng)造有利的條件。仿真結(jié)果表明：利用后期的編程軟件直接控制機械手，極大地提升了機械手的工作效率和工作質(zhì)量；PLC控制系統(tǒng)具有安全性高、操作簡單等優(yōu)點，可以使整個機械臂的操作更加符合實際需要，減少人力資源的浪費。

關(guān)鍵詞：機械手控制；工業(yè)制造；系統(tǒng)設(shè)計

機械手被應(yīng)用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域，不僅能夠解放更多的人力資源，還可以保證精準度。特別是在出現(xiàn)有害物質(zhì)的情況下，機械手可以替代人工進行日常工作，降低員工受相關(guān)物質(zhì)影響的可能性?，F(xiàn)階段，機械手可依托自動化機械控制，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。因此，相關(guān)部門的管理人員需要不斷加大資金研發(fā)投入，為機械手的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1機械手概述

機械手主要由控制機器、驅(qū)動服務(wù)器、機械本體三個部分組成，是一種能夠完成部分人力工作的自動化控制生產(chǎn)設(shè)備。對于工業(yè)自動化來講，機械運作并不是完全代替人工操作，而是一種高效進行資源整合與操作的電子裝置，既能夠擁有人類對生產(chǎn)環(huán)境的高效判斷，還能夠保證設(shè)備持續(xù)運行，這對企業(yè)來講既能減少資源浪費，還能提升工作效率[1]。機械手是工業(yè)機器人中最為常見的一個部分，可利用程序的控制進行生產(chǎn)安裝等簡單的操作。作為近現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)形式也具有簡單操作的特點，現(xiàn)如今為了能夠更好地配置工業(yè)化需求，相關(guān)部門已經(jīng)研究出了一套可以進行針對性操作的系統(tǒng)控制軟件，可在限定的空間內(nèi)靈活搬運物體，有效保障在惡劣生產(chǎn)環(huán)境下員工的人身安全，最大限度地提升勞動產(chǎn)量和質(zhì)量。此外，機械手在生產(chǎn)過程中也有很多的優(yōu)勢：1）能夠完美按照工藝發(fā)展的需要，半替代或者完全替代人工的操作。2）按照相應(yīng)的程序進行日常的運行工作。3）機械手的操作可以滿足裝配需要。4）機械手可以在高溫的條件下運行，保證員工的安全性，節(jié)約原材料，減少生產(chǎn)過程中的資源浪費?，F(xiàn)如今機械化發(fā)展已經(jīng)越來越受到社會各行各業(yè)的廣泛關(guān)注，國家不斷投入相關(guān)資金用于技術(shù)的研發(fā)與機械手的創(chuàng)新和發(fā)展。在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的前提下，若依舊使用傳統(tǒng)的技術(shù)便難以適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展對機械手的現(xiàn)實需要。針對上述問題，筆者認為PLC可編程序控制可以優(yōu)化系統(tǒng)，提升系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性。

2PLC編程設(shè)計概述

PLC的全稱為ProframmableLogicalController，目前PLC已經(jīng)被應(yīng)用于多種類自動化控制工作中，還兼?zhèn)渎?lián)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)等功能，在應(yīng)用工作中主要有以下幾點優(yōu)勢：1）可靠性更強。對于工業(yè)化的日常工作來講，PLC可以在惡劣環(huán)境下保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，大量的實踐證明，PLC可以保證數(shù)萬小時的平穩(wěn)運行，因此在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。2）較強的自我診斷能力。在運行的狀態(tài)下，能實時監(jiān)測程序，當(dāng)發(fā)現(xiàn)程序存在問題時則第一時間停止程序的操作，切斷中間的信號，以便最大限度地降低損失。PLC主要模塊會在系統(tǒng)中使用集成電路，在運行過程中保護信號。在軟件上也有著數(shù)字濾波的特點，這種系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機相比，更符合工業(yè)的特點[2]。3）操作簡單。PLC是利用程序系統(tǒng)執(zhí)行操作的自動化控制，當(dāng)需要進行更改操作時，便可以第一時間修改內(nèi)部程序，最大程度地優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)?，F(xiàn)如今PLC產(chǎn)品已經(jīng)可以實現(xiàn)自動化、標(biāo)準化，用戶可以全自動進行系統(tǒng)的操作，在控制過程中，只需要在端口上接入相應(yīng)的操作控制信號接口，可以直接操作接觸器。PLC在編程過程中使用了多種語言，作為面向工業(yè)化操作的設(shè)備，設(shè)計開發(fā)團隊最大程度地考慮到了工作人員的實際需求，因此在程序的編譯過程中使用了大量的梯形，這種語言可更加簡單地讓操作人員了解使用規(guī)則和標(biāo)準，按照說明書使用即可。4）PLC的軟件可以減少控制柜中的安裝接線。使用戶可以在實驗室中進行調(diào)試，最終將符合要求的設(shè)備投入到生產(chǎn)線操作中。在使用過程中，如果發(fā)現(xiàn)PLC的故障燈亮起，則可以根據(jù)編程器的相關(guān)信息排查故障并予以解決，防止出現(xiàn)更嚴重的經(jīng)濟損失[3]。

3機械手系統(tǒng)的組成及設(shè)計情況

3.1機械手系統(tǒng)的組成

目前，大家生活的空間是三維空間，在對物體位置進行明確時，可以將三個目標(biāo)和方向作為依據(jù)，因此，只要對所需搬運物體的位置坐標(biāo)和方向加以明確，即可對物體位置予以明確。機械手作為一種代替人手的設(shè)備，在完成動作時，需要自由度，而制造成本也與自由度存在密切的關(guān)聯(lián)，簡而言之，就是自由度越高，制造成本越高。本文所研究的機械手控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：1）夾緊機構(gòu)。該機構(gòu)屬于機械手的抓取結(jié)構(gòu)。本設(shè)計所采用的機械手為二指機械式手爪，其開閉由PLC控制電磁閥實現(xiàn)。2）軀干。軀干的主要組成部分為手臂和底盤。其中，前者具有連接和承載手爪運動的作用。其由PLC控制電動機運轉(zhuǎn)的方式實現(xiàn)。后者的作用為承載重物和帶動手臂運動，其組成部分為直流電動機和旋轉(zhuǎn)編碼。在常規(guī)工作狀態(tài)下，底盤會在直流電動機的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，并推動編碼盤運動。

3.2設(shè)計情況

機械手現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機床之中，可以很好地完成噴漆、點漆等工作，在此過程中完全是按照系統(tǒng)設(shè)定進行，即使外部條件會影響機械手的運行，也并不會影響機械手本身制造的零件質(zhì)量。3.2.1機械手在智能技術(shù)中的應(yīng)用我國的機械手在加工行業(yè)使用較多，尤其是熱加工行業(yè)，由于其使用的零件較多，因此在傳統(tǒng)的方式中極易出現(xiàn)問題。機械手則可以盡可能地規(guī)避相關(guān)問題，保證穩(wěn)定性。智能制造在生產(chǎn)場景中需要機械手的配合才能夠完成，是一種基于生產(chǎn)步驟的云化處理模式。與傳統(tǒng)方式的應(yīng)用相比，這種技術(shù)可以將機械手與終端進行連接，利用平臺的計算能力分析大數(shù)據(jù)，以此管理和控制生產(chǎn)過程。作為云技術(shù)機器人的代表，機械手可以長時間地儲存數(shù)據(jù)，滿足自由移動的要求。現(xiàn)階段，該技術(shù)的應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)的支持下就可以達到要求，在5G網(wǎng)絡(luò)的幫助下，可以大大縮減信息傳遞的延遲時間，局部有接近100%的可靠性，應(yīng)對機械手在發(fā)展過程中的需要[4]。3.2.2提高工業(yè)機械手的工作性能機械手的工作性能直接決定其在工業(yè)中的應(yīng)用質(zhì)量。在機械手的發(fā)展過程中，可以利用精準定位以及工作效率，提升機械手的運行質(zhì)量，更好地輔助人們完成生產(chǎn)方面的日常工作[5]。3.2.3發(fā)展組合式機械手對于機械手來講，如今的可編程序機械手在PLC的幫助下可以適應(yīng)多種環(huán)境，更好地幫助批量工業(yè)生產(chǎn)，但是這種機械手在使用方面的成本較高。為了能夠更好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，組合式機械手誕生了，該機械手可以使用通用部件，根據(jù)實際需要進行工作?？偠灾?，機械手與PLC的結(jié)合，可以簡化操作運行的結(jié)構(gòu)，在保證通用性的同時，真正做到專業(yè)化生產(chǎn)。3.2.4研制智能化機械手機器人對于行業(yè)發(fā)展來講，需要不斷完善與發(fā)展才能夠適應(yīng)生產(chǎn)需要。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，傳統(tǒng)的自動化控制不能有效監(jiān)督整個生產(chǎn)流程，而在機械手智能技術(shù)的作用下，則可以系統(tǒng)控制設(shè)備，加以識別技術(shù)進行檢測實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的無人化操作，進一步降低人力成本。這種技術(shù)上的升級可以幫助工業(yè)工程拓展更多的可能性，進一步提升生產(chǎn)過程中的精確程度。從我國現(xiàn)階段智能化機械手機器人的應(yīng)用情況來看，其已經(jīng)逐漸走入工業(yè)工程行業(yè)的視野中，并有效地提升了電子工程的工作質(zhì)量以及工作效率。對于這種機械手無人化控制的重點就是要對以下幾個方面進行控制：響應(yīng)時間、下降時間以及壟斷性變化，這三種因素中的任何一種因素都會對自動化控制產(chǎn)生影響，因此要在技術(shù)研發(fā)過程中不斷對以上三個因素進行檢測以及實踐測試，幫助企業(yè)進行技術(shù)更新和有效控制。此外，在對工業(yè)工程的生產(chǎn)進行控制時，還要充分發(fā)揮智能技術(shù)的自我修復(fù)作用，降低無人化操作造成的一系列影響，在未來通過對智能化技術(shù)的不斷完善與發(fā)展一定會攻克更多的技術(shù)難關(guān)，不斷提升技術(shù)質(zhì)量[6]。

4機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1硬件設(shè)計

基于PLC的機械手控制系統(tǒng)，應(yīng)具備多種控制方式，主要包括手動和自動控制，且工作狀態(tài)需要在操縱面板上被反映出來。系統(tǒng)的控制面板如圖1所示。在調(diào)整機械手控制方式時，需要利用旋鈕開關(guān)，在將控制開關(guān)選擇為手動控制模式時，機械手每一步工作都需要在按下對應(yīng)按鈕后方可實現(xiàn)[7-8]。在控制開關(guān)調(diào)整為自動后，機械手會重復(fù)動作，將其撥回到原點后，機械手便可以自動回到原位。本文所研究的機械手控制系統(tǒng)，其PLC梯形圖中的編程元件采用了FXIN-60NR系列的PLC，其內(nèi)部元件如下所述：1）輸入繼電器（X），點數(shù)36；數(shù)據(jù)寄存器，用途：數(shù)據(jù)存儲。2）輸入繼電器（Y），點數(shù)2；特殊繼電器M8000，用途：運行監(jiān)控。3）輸入繼電器（M），點數(shù)284；特殊繼電器M8002，用途：初始化脈沖。4）輸入繼電器（S），點數(shù)1000；特殊繼電器M8005，用途：電池異常報警。5）定時器（T），點數(shù)256；特殊繼電器M8011，用途：10ms時鐘脈沖。6）計數(shù)器（C），用途：計數(shù)；特殊繼電器M8012，用途：1s時鐘脈沖。7）特殊繼電器M8013，用途：100ms時鐘脈沖；特殊繼電器M8014，用途：60ms時鐘脈沖。

4.2軟件設(shè)計

本文所研究的機械手控制系統(tǒng)，其軟件組成部分主要包括公用程序、自動程序、手動程序以及回歸程序等。其中，自動程序能夠?qū)⒕哂型还ぷ黜樞虻膯尾竭\動程序和連續(xù)運動程序予以整合。其中，條件跳轉(zhuǎn)指令CJ是該系統(tǒng)應(yīng)用最為頻繁的指令，究其原因，主要是這個指令在接收到要求后，可以完成程序的跳轉(zhuǎn)。并從指針標(biāo)號PX處，對下一條程序予以執(zhí)行，通過這種方式，程序執(zhí)行時間被進一步縮減。在PLC的工作方式變?yōu)槭謩訒r，在完成公用程序執(zhí)行后，其會啟動跳轉(zhuǎn)指令，并在此基礎(chǔ)上，執(zhí)行手動程序[9]。在PLC執(zhí)行方式變?yōu)樽詣訒r，PLC所執(zhí)行程序僅包括公用程序和自動程序。同理，在PLC對回原位工作方式進行執(zhí)行時，公用和回原位程序，會成為其執(zhí)行的程序。

4.3PLC程序的上載和下載

4.3.1上載向計算機上傳編輯完成的PLC程序，就是所謂的程序上載，其目的在于滿足機械手控制系統(tǒng)的運行要求。具體操作如下：1）使計算機PLC通信線和通信電纜相連接；2）使用計算機設(shè)置PLC通信端口；3）使用鼠標(biāo)點擊PLC菜單下的傳送，然后點擊讀入，在彈出對話框后，選擇所用PLC型號，在點擊確定后，即可向計算機內(nèi)上傳編輯后的程序[10]。4.3.2下載將編寫完成的控制程序下載寫入到PLC之中，為機械手控制系統(tǒng)運行提供支持，就是程序下載的主要目的。其前兩個步驟與上載的兩個步驟相同，步驟3如下：將PLC控制面板撥向STOP，如果使用存儲裝置，需要將其寫入保護關(guān)斷。在對PLC菜單下的傳送進行點擊后，繼續(xù)點擊寫入，然后在彈出的對話框中選擇范圍設(shè)置，通過這種方式，PLC的寫入時間被縮短。

5結(jié)論

綜上所述，機械手的發(fā)展與控制非常重要，機械手臂控制更是一項能夠全方位進行特定操作的重要關(guān)鍵，而PLC控制系統(tǒng)具有安全性高、操作簡單的優(yōu)點，可以使整個機械臂的操作更加符合實際需要，加上軟件編程的輔助，可以很好地優(yōu)化機械手動的自我控制，減少人力資源的浪費。

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作者：呂穎利 常小明 單位：濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院