图 1-1 Unimate 机械手

国外工业机械手在近几年有了很快的发展。发展的趋势主要体现在性价比、 结构和发展方向等几个方面，性价比的不断提高也使得机械手应用更加广泛，机 械手的结构逐渐走向模块化和可塑性发展，控制系统则是向基于 PC 机的开放性 控制器发展，传感器在机械手的领域内起着越来越重要的作用；虚拟现实技术在 机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制[6-7]。

1。2。2 国内机械手发展

与欧美等发达国家相比，我国的工业机械手发展要晚 30 年左右，是在上世

纪 70 年代的上海首次研发成功，随之而来的就是全国范围内的机械手研制与应 用浪潮。从第七个五年计划（1986～1990 年）开始，工业机器人在政府的大力 支持下迅速的发展，投入了大量的精力了资金，众多的专家和学者都加入其中， 研制出了一系列的工业机器人。其中最值得自豪的是，这些机器人系统的控制器 都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，与此 同时，许多与机器人制造相关的重要部件也逐渐被开发出来并被迅速投入应用中， 如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等等[8]。

目前国内已经掌握的机械手技术主要表现在以下几个方面：能够独立的进行 机械手操作机方面的设计与制造，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件方面

则是掌握了许多关键技术，也包括设计和编制这两个重要部分。从技术角度来说， 我们现在已经能够实现独立自主发展中国机械手技术的主要部分[9]。

1。3 本文主要研究内容

1。3。1 研究内容

随着机械手在各行各业的广泛应用，对机械手各方面的研究已经显得愈加重 要。本文主要针对机械手的控制系统进行设计，通过对可编程控制器（PLC）的 控制，实现机械手的“下降→夹紧物料→上升→右移→下移→放下物料→上升→ 左移”等一系列搬运物料的动作，各环节的转换则是通过传感器来检测到位的情 况，分别设置上下左右四个限位开关，除此以外，还可以通过在对 PLC 编程的 同时设置延时时间，在时间到的同时使机械手执行下一步的动作。本次设计的小 型搬运机械手的工作方式分为自动工作方式和手动工作方式，通过对按钮的控制 来实现这两种不同的功能。自动工作方式的操作流程很简单，只要在启动后按下 开始按钮，机械手就会按照设定的程序进行搬运动作，执行完一次后会将物料送 到目标区域，而机械手则会回到之前的位置，在按下复位按钮之后，所有的动作 都会回到初始状态，不仅如此，在机械手执行的每一步，都会有相应的指示灯变 化，显示着正在执行的操作。手动工作方式相对来说要复杂一些，每一步都要通 过按钮来控制，当机械手在原点时，我们可以通过下降和右移按钮来控制它执行 相应的操作，但是不能上移和左移，这避免了出现事故的可能，同样的，只能在 各个限位的允许范围内才能随意控制机械手的运行，当机械手下降到位时才能使 机械手闭合，防止机械手在闭合状态下与要抓取的物料碰撞，发生不必要的事故， 手动控制方式除了可以将物料搬运到工作台上，还可以将物料从工作台搬运回物 料台，这也是手动控制的一个优势。

这次的设计选用的是西门子 S7-200 系列的 PLC，主要是完成 PLC 程序的 编写和调试，除此之外的一个重要内容就是通过 MCGS 组态软件完成组态图的 设计和仿真，使得搬运机械手的功能能够通过组态软件直观的展现出来，实现相 应的功能。本次设计的任务即围绕着上述要求进行。