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PLC控制机械手设计

第一章PLC控制机械手的发展历程

1.1气动机械手简介

近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。

电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性

能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；

微电子技术的引入，促进了电-气比例伺服技术的发展；现代控制理论的发展，使气动技术从

开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、

抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。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。PLC控制能更灵活地模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序

抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，通常用作机床或其他机器的附加装置，如

在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立

的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从

式操作手也常称为机械手。能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械

制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手为了抓取空间中任意位置和方位的物体，所需有6个自由度。自由度是机械

手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2～3个自由度。

1.2气动技术的发展

气动技术由风动技术及液压技术演变、发展而成为独立的技术门类不到50年，却已经充

分显示出它在自动化领域中强大的生命力，成为二十世纪应用最广，发展最快，也最易被接

受及重视的技术之一。气动技术有几个主要的历史发展阶段。至50年代初.大多数组件从液

压组件改造或演变过来，体积很大。60年代，开始构成工业控制系统，自成体系，不与风动

技术相提并论。在70年代，由于与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。

80年代则是集成化、微型化的时代。90年代末，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃

性的发展。气动方式作为一种新的自动化方式，与这几种传统的传动与控制方式相比，

具有如下的优点：

1.气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，故使用安全.

2.工作介质是取之不尽、用之不竭的空气，空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，

成本低。

3.输出力及工作速度的调节非常容易。气缸动作速度一般为((50500)mm/s,比液压和电

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气方式的动作速度快。

4.可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为数百万次，而SMC的一般电磁阀

的寿命大于3000万次，小型阀超过一亿次。

5.利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇

运动中的高速响应。可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，

可使气动装置有自保持能力。

6.全气动具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。

7.由于空气流动损失小，压缩空气可以集中供应，远距离输送。

为了适应自动化的发展形势，90年代国际气动行业，在不断提高气动元器件性能和降低生产

成本的同时，致力于开发各类新型元器件。气动领域发展的趋势表现在两个方面:即气动技术

与机械技术的结合以及气动技术与电子技术的结合。这些新型气动技术的出现，在很大程度

上促进了气动技术在自动化领域的广泛应用。

1)气动技术与机械技术的结合

气动、机械一体化的特点是将传统系统的多种单立组件和机构经过优化和专门化设计有机地

集成为一体，成为系列的规范产品。与此同时，采用模块化设计原理，使产品的尺寸规格覆

盖面更为广阔，为用户带来更多的方便和经济效益。

2)气动技术与电子技术的结合

近10年来电子技术的突飞猛进是最令人注目的，这为气动技术的进一步发展提供了必要的条

件。气电一体化的发展趋势和现实意义已为实践所证明.近10年来在气电一体化方面最为成

功的产品可以说是以下三类：

a)阀岛

b)伺服定位系统