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摘 要：本文主要介绍了气动机械手相关的结构功能，这一机械手的使用主要是以PLC为主要控制系统得以实现的，因此本文从相关的控制原理以及控制过程等问题上做出了具体的阐述，对于进一步完善程序设计具有重要的意义，相信在未来的发展中能够得到不断优化，为相关行业的发展起到积极的促进作用。
关键词：气动机械手；PLC；控制系统
在冶金、机械制造以及轻工业等相关行业中，普遍应用到了气动机械手这一设备，主要是气压技术的基础上得以实现的，通过空气压缩的作用实现了作用。气动机械手在结构上相对简单，并且能够平稳的进行相关工作，对于环境也毫无压力，在机械手的使用过程中可以说是一项重要的创新，本文针对气动技术做出了进一步的评价，分别阐述了其系统结构以及相应的功能，在今后的发展中具有极为重要的意义。
1、气动机械手的结构设计与功能
气动机械手在使用过程中，具有一个机械终端，终端上安装一个气动夹爪，该夹爪是由气缸以及双电控电磁阀进行抓与放的控制的，夹爪同时还能在垂直方向上实现上升以及下降的动作，是由一个单电控的电磁阀得以实现的。在水平方向的气缸上还安装了一个垂直方向的气缸，二者主要起到伸缩的作用。同时，为了使水平气缸能够正常的活动并停留在任意位置上，需要将其安装在双作用旋转气缸上，这样再通过三位五通阀进行控制，就能实现上述的效果。
气动机械手在感知部分的设计上主要采用了信号开关的方式进行控制。在左右极限点上分别设计了一个电感式传感器，在伸缩的前后位置上也设置了相应的电磁开关，并且上下极限点也同样设计了类似的信号开关，感应部分共设计了6个信号开关实现信号的采集。整个气动机械手共有两个按钮，分别承担着启动与停止的工作任务。
在工作顺序上，气动机械手按照如下的工作流程进行工作。首先是上电，然后进行复位，紧接着启动机械手，伸出机械手，随之下降抓取工件，继续上升，并且将机械手缩回然后右转，再一次伸出机械手，下降，将工件放置在固定的位置上，随即上升再缩回，左旋，以此类推，循环往复，这就是气动机械手的主要工作流程。
2、气动机械手PLC控制设计
在实际工作中气动机械手采用了PLC控制，在软件设计方面，首先是要将复位的位置设置在左边，同时进行气缸的缩回以及放松气爪，所以在上电之后的复位动作就要将左旋的位置设计至极限，以此实现缩回与放松的动作，紧接着将启动电钮按下后，就可以达到前极限点，伸缩气缸由此伸出到相应的位置上。紧接着动作的安排是将机械手下降到相应的位置上，同样达到极限点，对工件进行抓取，因为这一动作中并没有相应传感器的设置，所以需要适当的延长时间，在1s后将机械手上升到上极限点的位置上，再退回到后极限点的位置上，继续向右极限点转移，退回到前极限点，以此重复进行，对工件进行不断的搬运，一般情况下，基于PLC的气动机械手完成一个工作周期需要经历十三个动作，也就是说循环一次要经过上述的动作后才算完成。在长时间的使用过程中，如果悬臂梁过长，会影响到气动机械手循环，具有一种笨重的感觉，所以要将其设计为合适的长度，由此实现气动机械手的顺利运转，得到更加有效的控制。
目前，對于气动机械手的软件设计主要采用梯形图的设计方式，在进行动作编制的过程中，需要应用到保停的方法，也就是需要在一个动作完成后，自动保持一段时间，然后再切换至另外一个动作的过程。典型的梯形图为步进梯形图，是以[STL]为主要特征的，还有一些梯形图的设计是以[SET]以及[RST]为主要特征得以实现的，而要想使工作程序得到进一步的精简，还可以采用[SFTLM50M0K14K1]。其中，SFTL代表左移位指令，以M50用于补位，起始状态继电器由M0代表，K14分别指代共有14各继电器，K1是一位左移的意思，具体程序的显示如图所示。
3、气动机械手的规格参数设计
（1）吸盘吸力：4kg；（2）坐标型式：平面坐标；（3）自由度：2（包括手臂升降、伸缩）；（4）最大工作宽度：800mm；（5）臂最大中心高：500mm；（6）臂运参数：横向移动距离为400mm，纵向移动距离为300mm；（7）定位精度：0.5mm；（8）输送带上物体的定位方式：光电传感器；（9）控制方式：PLC。
4、气压传动系统的设计
由于系统采用气压传动在设计时要考虑系统调压、出口节流、顺序动作以及安全等问题。要求手臂不会因自重而下滑，吸盘吸紧可靠。按照机械手2个自由度，气压系统设计如下：
（1）气缸的选择：伸缩缸：SC32*400，缸径：32mm；立柱缸：MBB 50*300，缸径：50mm。
（2）阀的选择：2个二位四通换向阀：2637600；4个单向节流阀：RE一02；2个消声器：AN200—02；一组气动三元件：AC2000；滤心器（过滤器，调压阀，给油器）QAF3000—03。
5、电气控制系统的设计
根据机械手动作要求以及气动系统原理，其电气执行元件（气动电磁阀）选用直流24V的型式，安全可靠，并设置了状态显示灯。
（1）机械手动作顺序如下：
手臂下降—吸盘吸紧一手臂上升一手臂右行一手臂下降手臂松开一手臂上升一手臂左行的次序依次运行。
（2）PLC选择及使用要求：
1）采用24VDC，型号为FX一40MR的PLC，输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5Uμs/b，程序容量950kb。
2）在外围设备方面，采用便携式编程器FX—l0P/20P，或采用RS—232或RS一485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有行程开关、按钮和电磁阀等。外部输出设备有继电器，指示灯等。
3）编程时，要使用外部输入相应的端子设备号，外部输入接点闭合，操作指示灯亮，输出断开，操作指示灯灭。
4）时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246，预置值0.1～3276.7s或0.01～327.67s，选用T0、T1时间继电器。
5）用外围设备——便携式编程器FX—l0P/20P将PLC梯形图程序用可识读的使用指令写入，输入后PLC就按设计思路准确地完成各种操作。利用编程器还可以完成每一条程序的读出，搜索所需要的I/0记号或指令，并可检查写入的程序中有无语法错误，正确无误且用强制输出可以测试运行。
6、结语
由“可编程序控制器—传感器—气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面。电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服等先进技术走出实验室，气动技术及气动机械手将迎来崭新的明天。
参考文献：
[1]李青虹，吴龙.基于PLC的注塑机液压系统的控制设计[J].南通大学学报（自然科学版）.2011（04）
[2]卢超.PVDF型脉搏传感器信号处理电路的设计[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版）.2009（06）
[3]陈水金，胡国清，张冬至.基于气动机械手的螺杆柔性自动化装配及其PLC控制[J].液压与气动.2011（10）
关键词：气动机械手；PLC；控制系统
在冶金、机械制造以及轻工业等相关行业中，普遍应用到了气动机械手这一设备，主要是气压技术的基础上得以实现的，通过空气压缩的作用实现了作用。气动机械手在结构上相对简单，并且能够平稳的进行相关工作，对于环境也毫无压力，在机械手的使用过程中可以说是一项重要的创新，本文针对气动技术做出了进一步的评价，分别阐述了其系统结构以及相应的功能，在今后的发展中具有极为重要的意义。
1、气动机械手的结构设计与功能
气动机械手在使用过程中，具有一个机械终端，终端上安装一个气动夹爪，该夹爪是由气缸以及双电控电磁阀进行抓与放的控制的，夹爪同时还能在垂直方向上实现上升以及下降的动作，是由一个单电控的电磁阀得以实现的。在水平方向的气缸上还安装了一个垂直方向的气缸，二者主要起到伸缩的作用。同时，为了使水平气缸能够正常的活动并停留在任意位置上，需要将其安装在双作用旋转气缸上，这样再通过三位五通阀进行控制，就能实现上述的效果。
气动机械手在感知部分的设计上主要采用了信号开关的方式进行控制。在左右极限点上分别设计了一个电感式传感器，在伸缩的前后位置上也设置了相应的电磁开关，并且上下极限点也同样设计了类似的信号开关，感应部分共设计了6个信号开关实现信号的采集。整个气动机械手共有两个按钮，分别承担着启动与停止的工作任务。
在工作顺序上，气动机械手按照如下的工作流程进行工作。首先是上电，然后进行复位，紧接着启动机械手，伸出机械手，随之下降抓取工件，继续上升，并且将机械手缩回然后右转，再一次伸出机械手，下降，将工件放置在固定的位置上，随即上升再缩回，左旋，以此类推，循环往复，这就是气动机械手的主要工作流程。
2、气动机械手PLC控制设计
在实际工作中气动机械手采用了PLC控制，在软件设计方面，首先是要将复位的位置设置在左边，同时进行气缸的缩回以及放松气爪，所以在上电之后的复位动作就要将左旋的位置设计至极限，以此实现缩回与放松的动作，紧接着将启动电钮按下后，就可以达到前极限点，伸缩气缸由此伸出到相应的位置上。紧接着动作的安排是将机械手下降到相应的位置上，同样达到极限点，对工件进行抓取，因为这一动作中并没有相应传感器的设置，所以需要适当的延长时间，在1s后将机械手上升到上极限点的位置上，再退回到后极限点的位置上，继续向右极限点转移，退回到前极限点，以此重复进行，对工件进行不断的搬运，一般情况下，基于PLC的气动机械手完成一个工作周期需要经历十三个动作，也就是说循环一次要经过上述的动作后才算完成。在长时间的使用过程中，如果悬臂梁过长，会影响到气动机械手循环，具有一种笨重的感觉，所以要将其设计为合适的长度，由此实现气动机械手的顺利运转，得到更加有效的控制。
目前，對于气动机械手的软件设计主要采用梯形图的设计方式，在进行动作编制的过程中，需要应用到保停的方法，也就是需要在一个动作完成后，自动保持一段时间，然后再切换至另外一个动作的过程。典型的梯形图为步进梯形图，是以[STL]为主要特征的，还有一些梯形图的设计是以[SET]以及[RST]为主要特征得以实现的，而要想使工作程序得到进一步的精简，还可以采用[SFTLM50M0K14K1]。其中，SFTL代表左移位指令，以M50用于补位，起始状态继电器由M0代表，K14分别指代共有14各继电器，K1是一位左移的意思，具体程序的显示如图所示。
3、气动机械手的规格参数设计
（1）吸盘吸力：4kg；（2）坐标型式：平面坐标；（3）自由度：2（包括手臂升降、伸缩）；（4）最大工作宽度：800mm；（5）臂最大中心高：500mm；（6）臂运参数：横向移动距离为400mm，纵向移动距离为300mm；（7）定位精度：0.5mm；（8）输送带上物体的定位方式：光电传感器；（9）控制方式：PLC。
4、气压传动系统的设计
由于系统采用气压传动在设计时要考虑系统调压、出口节流、顺序动作以及安全等问题。要求手臂不会因自重而下滑，吸盘吸紧可靠。按照机械手2个自由度，气压系统设计如下：
（1）气缸的选择：伸缩缸：SC32*400，缸径：32mm；立柱缸：MBB 50*300，缸径：50mm。
（2）阀的选择：2个二位四通换向阀：2637600；4个单向节流阀：RE一02；2个消声器：AN200—02；一组气动三元件：AC2000；滤心器（过滤器，调压阀，给油器）QAF3000—03。
5、电气控制系统的设计
根据机械手动作要求以及气动系统原理，其电气执行元件（气动电磁阀）选用直流24V的型式，安全可靠，并设置了状态显示灯。
（1）机械手动作顺序如下：
手臂下降—吸盘吸紧一手臂上升一手臂右行一手臂下降手臂松开一手臂上升一手臂左行的次序依次运行。
（2）PLC选择及使用要求：
1）采用24VDC，型号为FX一40MR的PLC，输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5Uμs/b，程序容量950kb。
2）在外围设备方面，采用便携式编程器FX—l0P/20P，或采用RS—232或RS一485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有行程开关、按钮和电磁阀等。外部输出设备有继电器，指示灯等。
3）编程时，要使用外部输入相应的端子设备号，外部输入接点闭合，操作指示灯亮，输出断开，操作指示灯灭。
4）时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246，预置值0.1～3276.7s或0.01～327.67s，选用T0、T1时间继电器。
5）用外围设备——便携式编程器FX—l0P/20P将PLC梯形图程序用可识读的使用指令写入，输入后PLC就按设计思路准确地完成各种操作。利用编程器还可以完成每一条程序的读出，搜索所需要的I/0记号或指令，并可检查写入的程序中有无语法错误，正确无误且用强制输出可以测试运行。
6、结语
由“可编程序控制器—传感器—气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面。电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服等先进技术走出实验室，气动技术及气动机械手将迎来崭新的明天。
参考文献：
[1]李青虹，吴龙.基于PLC的注塑机液压系统的控制设计[J].南通大学学报（自然科学版）.2011（04）
[2]卢超.PVDF型脉搏传感器信号处理电路的设计[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版）.2009（06）
[3]陈水金，胡国清，张冬至.基于气动机械手的螺杆柔性自动化装配及其PLC控制[J].液压与气动.2011（10）