搬运机械手具有灵活、灵活的特点，用于零件或成品在固定位置的移动，代替手工作业，加快生产节奏，极大地提高了生产效率和产品质量。因此，它被广泛应用于自动生产线切割作业中，特别是在有毒、易燃、易爆的环境中。随着技术的不断发展，简单、可靠和易于操作已经成为机器人发展的标准。交流伺服电机具有结构简单、成本低、控制容易、维护方便等优点，具有易于控制运动参数等优点。本文从稳定性、可靠性、易操作性和各种控制部件连接的灵活性和方便性的角度出发，设计了U型机械手，由PLC和触摸屏控制，以交流伺服电机和气缸为动力源。

U型板材搬运机械手是整个冰箱生产线自动化设备的一部分。主要任务是将U型壳从弯曲的生产线运送到另一条生产线，将U形壳的姿态从垂直向水平转换，整个工作周期小于15s。图1中示出了移动机械机构的设计，这是一个模型DI。由PROE三维设计软件构建的整个机械臂的结构，主要由水平运动部件、垂直运动部件、横梁、大臂和小臂组成。水平方向由交流伺服电机通过行星齿轮驱动，然后通过齿条带动整个机械手在横梁上做水平直线运动；垂直方向由交流伺服电机通过滚珠丝杠减速带驱动。T在直线上垂直运动，末端由转轴圆筒围绕轴线旋转，爪由四个气缸驱动。真空吸盘采用真空吸附原理，增加U盘的夹紧力。此外，垂直平衡缸可以通过输出力平衡整个机械手，重力也可以增加垂直刚度。

机械手的转动、夹紧和吸附由相应的电信号控制，而电磁阀的控制信号由PLC发出，由于U型板的宽度不同，采用刻度和端锁选择气缸。汽缸可以根据传感器的位置在表面刻度的刻度上确定启停位置，两个开闭缸由23个位置五端口电磁阀控制，两个内支撑缸由22 F控制。当2DT和4DT、7DT和8DT通电，5DT和6DT失电时，开缸驱动大臂，小臂从外向移动，内支撑缸驱动挡板完成U型板从内侧的运动。在完成运动完成后，气缸在压力状态下锁定，两个气缸在运动结束后被锁定在端锁上，当1DT和3DT、7DT和8DT通电时，5DT和6DT带电，手开始移动，1DT和3DT，7DT。在运动结束后，8DT被破坏，此时手被松开，当两个臂保持同一U形板时，两个转向缸由两位五通阀控制。当9DT带电时，两个转筒驱动两个小臂旋转，小臂在断电后旋转，当11DT和13DT通电时，4个真空吸盘开始随手爪的保持动作而抽空，并增加夹紧力以保证。U板运动的安全性。当1LDT和13DT被切断，10DT和12DT通电时，真空吸盘被抽真空，U型板放置在生产线上，平衡缸由精密减压阀控制，使气缸下腔保持在设定压力下。为了抵消机械手的重力，保证垂直交流伺服电机上下运动时的输出转矩相等。系统气动回路如图2所示。由于机械手的气动传递，系统的电压调节、速度调节。在设计中考虑了减震、缓冲和安全，特别是在旋转极限增加挡板的同时，增加了液压阻尼器来吸收臂转动的能量，减少整个系统的振动。

在该设计中采用了CPLHX40DT-D系列PLC 21。该PLC是欧姆龙的基本类型，具有24个输入端和16个输出端，由于输出点数大，继电器输出扩展模块有16个输出端口，伺服电机由脉冲输出端口输出的PWM信号控制。CW／CW和脉冲+方向有两种控制方式。在这个设计中，使用了CW/CCQ控制模式，I/O分布如图3所示。

由于机械手操作的结束，两个伺服电机和每个气缸的位置是任意的，因此伺服电机和气缸需要在机器启动之前初始化，具体操作如下：X轴电机返回零，Z轴电机返回零；机械手的机械零点位于工作空间的右上角，两个坐标轴用零位信号归零为零，第一个归零为正高速返回到零，第二返回T为零。0是一个反向低速返回到零，第三是一个正的低速返回到零。此时的零位是机械零位，即硬零点。为了便于机器在指令后返回到零，它将使用INI命令将工作空间中的右下点指定为软零，可伸缩气缸和内支撑缸处于爪的松动状态，并且旋转气缸缩回。手臂的大臂在同一条直线上。

系统设置后，交流伺服电机可以通过读码板显示两电机相对于软零点的位置。在操作过程中，由于实际工作条件和避障要求，机械手需要沿着折线行走，如图4所示，机械手处于零点后的M点，通过PLC指令设定软零点0点。在自动程序开始运行后，操作者沿着最短路径运行到起点B.，当前线完成时，机械手接受指令进入循环，通过教不同类型的U平台来获得运行轨迹中的每个节点的坐标。通过比较两个伺服电机中的脉冲值和教学坐标值来转换节点，并在图5中示出机械手的自动循环图。

为了实现良好的人机交互性能，采用了触摸屏和欧姆龙PLC，该触摸屏具有方便的操作和通讯宏指令、良好的配方功能以及在线脱机仿真功能。

由于U型板的种类不同，前生产线的夹点C、生产线的H和各避障点的坐标将发生变化，宽度方向调整手动调节传感器在气缸上的位置，手动调节O。触摸屏调整界面如图7和图8所示，首先通过调整接口1，建立自动模式下运行轨迹各段的减速、减速值和关键点坐标。在调整界面2中，点击。运行到C点按钮，操作器运行到C点，点击参数设置启动按钮，根据实际工作状态，根据上下按钮，通过SE精确调整夹紧点C的位置。RVO电机，左侧可显示电机坐标值，也可改变电机运行速度，调整后，单击保存参数设置按钮，后线位置点H调整，用前点设置。

PLC程序和触摸屏编辑接口通过PC机嵌入到可编程控制器中，通过教学接口发现与U型板模型对应的节点数据并存储在J-PLC存储器中，整个周期时间小于15S T。IME限制，有必要设置每个部分的速度和加速度。速度脉冲为60000（0.754），加速度为120（0.377），周期为14s，整个系统振动较小，符合设计要求。

本项目采用PLC和触摸屏控制各种U型板的处理过程，充分考虑了操作者的安全性和方便性，使PLC运行稳定可靠，而且由于PLC和T的强大的控制和操作功能。OUCH屏幕，功能扩展非常方便，为后续生产线改造提供了便利。

{ 1 }王玮，王宇凤。基于PLC的气动机械手研究{J}.辽宁工程技术大学学报，2005.4（24）：135.136。


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