随着科学技术的进步，机械在现实生活中的普遍应用，以及我国机械自动化的不断提高，机械手已经被广泛应用。机械手在控制器的控制下，可以模仿人的手、腕、臂的动作，按照固定的动作流程进行工作。因此，在许多的工业领域可以代替人的劳动，达到生产自动化。使用机械手，不但降低的人的体力劳动，减少人力资源的浪费，而且提高了工作效率，为企业带来更大的经济效益，更有利于企业的发展。
机械手的控制，可以用单片机来控制，也可以用PLC来控制。但使用单片机进行控制，需要有相当的研发力量和行业经验，才能使系统稳定可靠地运行；而用PLC控制，相对简单并且信号处理时间短，速度快，可靠性高，容易维护。因此，PLC在机械手的控制领域被越来越广泛的使用。
1 机械手的动作要求和结构设计
1.1 工作背景
生产线上有两个传输线和—个自动装箱机械手。传输带1是使用来传送阀体的，传输带2是用来传送箱子的。两个生产线上都有传感器，是用来控制传输线的运动。初始时，机械手处于复位状态，控制系统检测是否传输带1上已经有一个阀体停在指定位置，传输带2上已经有一个箱子停在指定位置上。首先，机械手将传输带I上的阀体移到传输带2的箱子里，同时传输带1将另—个阀体传送到指定位置后停止移动，接着机械手将传输带1上的阀体移到箱子里，同时传输带l又将一个新阀体传送到指定位置后停止，接着机械手将阀体移到箱子里，直到箱子装满了，传输带2运动，把装满阀体的箱子移走，送来一个空箱子，待第二个箱子到达指定位置后，传输带2停止运动，与此同时传输带1也将一个阀体送到位后停止，待两个传输带都停止后，机械手又开始新的装箱工作。
1.2 工作要求
机械手机械设计要求：根据生产线的要求，该装箱机械手需要有一个绕竖轴的旋转，一个横轴方向的移动，—个竖轴方向的移动，一个手爪的抓取和放开动作。
(1)旋转动作。旋转角度范围为2700；
(2)竖轴移动。竖轴移动范围0—750 nm'l。
(3)横轴移动横轴移动范围0.750 m／n。
(4)末端执行结构。气动的手爪，能实现对工件的夹紧和放松，能抓起2 kg的重物。
1.3 机械手的结构设计
根据机械手的工作背景以及工作要求，选取不同型号的双作用气压缸来实现机械手的竖向升降、横向伸缩、手爪的抓紧以及放松等作，机械手的旋转动作通过使用单叶片式摆动气压缸来实现，将摆动气压缸放在竖向气缸的下面，这样机械手的驱动系统只需要一个适当的气压泵，就可以驱动机械手动作，并且气压传动动作迅速，反应快，维护简单，工作介质清洁，不存在变质问题。考虑到经济因素，气压传动的成本相对较低。
摆动气压缸的选择。根据工作压力以及额定转速来选择摆动气压缸，由于摆动气压缸放置在竖向气压缸的底部，所以摆动气压缸要提供较大的转矩，因此摆动气压缸在选择时，要注意输出周径应该较大一些。
2 机械手的控制设计
2.1 机械手的控制要求
(1)通过机械手实现物品的到位自动检测、搬运、传输等功能。
(2)功能上分手动和自动两个设计。手动时，由—个按钮控制(不带锁)，第一次按下按钮，机械手复位，然后每次按下时，机械手执行一步，直到完成所有动作；自动时，由启动、停止、急停按钮来控制。要求分清停止和急停的功能；停止时，机械手执行完此次任务后，回到复位状态而停止；急停时，机械手无条件的立即停止，但是注意机械手爪上如有物体，应注意抓紧防止手爪松动而使物体落下。
(3)要求有指示灯进行功能指示，如：手动，自动指示灯、启动指示灯、停止指示灯等。
(4)设计计数功能，每抓取—个物件计数器值加一。计数器显示抓取的总个数。
2.2 硬件系统设计
(1)I／O点数的确定。
输入——控制按钮需要6个，限位传感器需要8个，检测手爪是否抓起物体的压力传感器需要1个，检测箱体和阀体是否到位的光电传感器需要2个。共需要17个输入点；输出——按钮指示灯需要4个，计数器需要1个，电磁阀需要8个，共需要13个。
(2)PLC的型号。欧姆龙CPMlA(24输入点，16输出点，双向晶闸管输出型)。
(3)I／O分配点。
(4)子接线图(如图1所示)。
图1子接线圈
2.3 软件系统设计
(1)工作原理(如图2所示)。机械手的动作由气缸驱动，气缸则由相应的电磁阀控制。选用二位电磁阀控制。例如当下降电磁阀通电时，机械手下降，断电则停止。只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升。其他左移，右移，左旋，右旋，抓紧，放松原理一样。
图2 工作流程图
机械手的动作分解。从原点开始，按下气动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，
机械手的操作方式分为手动操作和自动操作两种。手动操作。就是用按钮操作对机械手的每一种运动单独进行控制。
自动操作。机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手的动作将自动的、连续不断的周期性循环。
(2)自动控制系统。当箱体和阀体都到位后，按下启动按钮，机械手才开始运动，运动的起始位置，是复位状态即机械手的竖向气缸伸出，横向气缸缩回，手爪松开，机械手旋向阀体方向，按下按钮后，机械手将自动的周期性循环。
3 结束语
小型搬运机械手可以代替人的体力劳动，减少了人力资源的浪费，而且提高了工作效率；使用气压系统可靠性高，气动电路简单，成本低，结构紧凑；使用PLC控制机械手的运动，灵活性和通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，并且本身具备扩展功能，成本低，适用于工业生产条件，使用效果好。
(审核编辑: Doris)
