基于PLC的机械手控制系统设计+仿真图(2)
由于自动化可以节省大量的物力、人力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如实用性强、编程方法简单易学、硬件配套齐全、通用性好，因此工业领域中广泛应用可编程序控制器(PLC)。机械手在加拿大、美国等国家应用较多，如用装配生产线上应用智能机器人、果实采摘机械手来摘果实等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少，本文设计的机械手就是通过PLC来实现自动控制的。通过此次设计可以了解世界先进水平，更进一步学习PLC的相关知识，尽可能多的应用于实践。
1.2.2 机械手的分类
机械手一般分为三类。第一类是一种独立的不附属于某一主机的装置，不需要人工操作的通用机械手。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备记忆智能、通用机械的三元机械。第二类称为操作机，需要人工的操作。它起源于军事工业、原子，先是通过操作机来完成特定的目的，后来发展成用无线电信号操作机械手来进行火星、月球探测。第三类主要附属于自动机床或自动线上，用于解决工件传送和机床上下料，这种机械手在国内称为专用机械手，在国外称为“Mechanical Hand”，它是由主机驱动，为主机服务的，工作程序一般是固定的，少数除外，因此是专用的。本文设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手[3]。
1.2.3 机械手的机构构成
执行构件包括躯干、手部和手臂。躯干是安装动力源、手臂和各种执行机构的机架。手臂前端安装手爪，可以开闭手指、转动。机械手的手爪系统是模仿人的手指的构造进行设计的，分为固定关节、自由关节和无关节等三种类型。手指的数量可根据要求设计为四指、三指、二指等，三者中又以二指应用最为广泛。依据支持对象的大小和形状配备多种尺寸和形状的夹头，以满足操作的要求。本文采用二指的设计。手臂起到引导手爪精确抓住工件，并运送到所需要的位置上的作用。为了让机械手能够精确地工作，手臂的四个自由度需要进行精准地定位。总而言之，机械手的工作离不开转动和直线移动二种。
驱动机构主要有四种：气压驱动、液压驱动、机械驱动和电气驱动。其中以气动、电气用得最多，占90％以上，机械、液压驱动用得较少。液压驱动主要是通过液压阀、缸、油箱等实现传动。电气驱动时，直线运动可以采用电动机带动螺母、丝杠机构。通用机械手则考虑采用步进电动机、交流或直流的变速箱、伺服电动机等。本文采用步进电动机驱动手臂运动，直流电动机驱动手爪和机械手的底盘旋转运动。机械驱动只适用于动作固定的场合。
机械手控制的要素包括动作时间、到达位置、工作顺序、加减速度和运动速度等。机械手的控制分为连续轨迹控制和点位控制两种，目前以点位控制为主，占90％以上。
本文的控制系统采用小型可编程控制器实现，具有可靠性高、修改容易、编程简单等优点。
1.2.4 机械手的应用
目前工业机械手主要用于铸造、焊接、流水线传送、机床加工、热处理、装配等方面，无论性能、数量和品种方面都能满足工业生产发展的需要。
在国内主要是发展各类型的机械手臂，并逐渐扩张应用领域，用来缓解劳动强度，改良作业条件。在专业领域应用专用型机械手的，并致力于发展通用型机械手，遇到特殊领域还要进行机械手组合、研制演示机械手等。将机械手各组成部件，如升降、摆动、俯仰、伸缩、横移等机构和应用在不同场合的夹紧部件，生产成经典的通用机构，以便在不同的工作场合，选用不同的经典部件，就能组成不同类型的机械手，即方便设计制造，又能改换工作，扩大了机械手的应用领域。于此同时更要正确定位，减少冲击，提高速度，才能更好地发挥机械手在各种场合的作用。机械手的原理图如图1所示
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