[发明专利]一种基于PLC控制的农用机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种农用机械设备，特别涉及一种基于PLC控制的农用机械手。

背景技术

改革开放以来，我国现代化建设不断推进，经济发展取得了长足的进步。而工业作为这种发展的引擎，必须保持不断的动力与活力。进入新世纪以来，工业生产的自动化与智能化，越来越受到各个国家和地区的重视。生产过程的机械化、自动化，甚至于智能化已然成为了突出的主题。生产制造的自动化智能化成为一个国家和地区工业现代化程度的标志。尤其在机械加工等工业过程中，加工、装配等不连续的生产工序，自然催生了专用机床。数控机床、加工中心等自动化设备有效地解决了多品种小批量生产的自动化要求。但除了切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械自动化。机械手的出现无疑是这一领域的突破性进展。

在工业生产和其它应用领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀、有毒气体以及人的有限体能等种种劣势的限制，工作效率很低。自从机械手问世以来，相应的各种问题迎刃而解。机械手由耐高温、防腐蚀的材料制成，工作效率极高，而且不受体能限制，非常方便。

机械手（mechanical hand），又称自动手。能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有危害的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。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。

1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。

1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。

前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工控制，控制方式为开环，没有自行识别能力。

但是近二十年来，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。电器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，控制更加灵活，性能更可靠；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高的要求；微电子技术的引入，促使了电器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。

各国的行业统计数据资料来看，近30年来，气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比例约为9:1，而30年后的今天，在工业技术高度发达的欧美日等国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。我国的气动行业发展起步较晚，但发展较快。从20世纪80年代中期开始，气动元件产值年增长率达20%以上，高于中国机械工业产值的平均年增长率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感器技术和现代控制技术的发展和应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

随着自动化的发展，机械手（机器人）应用将更加普遍。而没有控制系统的机械手却是一堆废铁，机械手的发展势必与控制系统双驹并驰。而日后机械手的发展也会反限于控制系统的发展，未来的人类社会将是机械手的时代。由于机器人或机械手都需要能快速、准确的搬运重物，因而面对机器人或机械手提出了有一些基本要求，即它们必须具有高精度、能快速反应，一定的承载能力，足够的空间和灵活的自由度以及在任意位置能自动定位。