柔性自动生产线多功能抓取及传送机械手系统

2012-10-23袁贵栋李翠英

制造技术与机床 2012年9期

关键词：机械手气压气缸

袁贵栋李翠英

（①河北科技大学机械电子与工程学院，河北石家庄050018;②河北科技大学信息科学与工程学院，河北石家庄 050018）

在柔性自动生产线中，在加工设备之间或自动输送带和设备之间都需要进行物料的自动传送。有时在物料传送的同时，还需要改变物料的方向。

对于物料传送位置和方向不固定的情况，一般使用机器人，通过编制不同的控制程序来实现。但机器人价格昂贵，限制了推广应用范围。

对于柔性自动生产线物料自动输送，更多的情况是物料传送的位置和转变的方向相对固定。这种情况更适合采用物料抓取及传送机械手，这种机械手结构简单，价格便宜，适合大范围的推广使用。

下面介绍一种能完成在两个位置之间进行物料抓取和传送、可以对变换方向进行选择的多功能物料抓取和输送机械手。

1 机械手的机械结构设计

1.1 机械手的运动方向分析

假设与自动输送带运动一致的方向为Y方向。Y方向的位置可以通过调整检测工件到位的检测开关位置来实现，所以机械手Y方向的运动可以省略。

除了Y方向，机械手要能实现两点之间的水平移动（X向），竖直方向移动（Z向），实现绕3个方向（X、Y、Z）的旋转运动。

另外，机械手还要能实现抓紧及松开工件的运动。

1.2 机械手各运动方向的驱动方式选择

为简化机械手的机械结构，提高其运动速度及工作效率，同时考虑便于进行自动控制，各运动方向均采用气压驱动。气压驱动还具有气源来源方便、无环境污染等优点［1］。

气压驱动的特点是速度快，但冲击大。为克服冲击大的缺点，在气压驱动回路上采用节流调速，可以无级差调整气缸的运动速度，以达到高速度和小冲击的有效结合。

X方向的运动是输送带到设备之间的运动，位移最大，为节省空间，选用无杆导向气缸。Z方向运动用于提起放下物料，位移较大，选用双导向杆气缸。绕3个方向（X、Y、Z）的旋转运动均选用旋转气缸。抓紧及打开工件的运动选用气动手指。

整个机械手的结构简图如图1所示。

2 机械手系统的气动回路设计

必须对气源进行必要的处理，通常使用三联体进行。三联体由分水滤气器、油雾器和减压阀组成。分水滤气器可以分离气源中水分，过滤杂质，保持气源的洁净。油雾器可以使油液雾化，并随压缩空气进入元件中，达到润滑的目的。减压阀可以使整个气动回路保持所需的压力稳定。

为防止各个气缸回路气压的相互影响，同时满足各回路对气压值的不同要求，在每个气压回路均使用一个减压阀。

各气缸的往复运动由各自的电磁阀控制，为便于控制系统的设计及编程，均采用双电磁铁电磁阀。

各气缸均采用节流阀调速，可以获得冲击最小情况下的速度最大化。

整个气动回路如图2所示［1］。

3 控制系统设计

控制系统设计包括系统硬件（电气系统）设计及软件设计。

3.1 电气系统设计

电气系统采用PLC做核心控制器。利用输入条件可以选择机械手的功能（绕X、Y、Z某一个轴或某两轴或三轴旋转）及检测各气缸的往复行程信号，利用输出信号控制电磁阀动作达到控制气缸往复运动。

PLC 输入点的分配:I0.0（启动），I0.1（停止），I0.2（选择绕X旋转），I0.3（选择绕Y旋转），I0.4（选择绕Z旋转），I0.5（X向左端开关），I0.6（X向右端开关），I0.7（Y向上端开关），I1.0（Y向下端开关），I1.1（绕Y下位开关），I1.2（绕Y上位开关），I1.3（绕X下位开关），I1.4（绕X上位开关），I1.5（绕Z左位开关），I1.6（绕Z右位开关），I1.7（气指夹紧开关），I2.0（气指松开开关）。

PLC输入点的分配:Q0.0（X向左），Q0.1（X向右），Q0.2（Y向上），Q0.3（Y向下），Q0.4（绕Y向上），Q0.5（绕Y向下），Q0.6（绕X向上），Q0.7（绕X向下），Q1.0（绕Z向左），Q1.1（绕Z向右），Q1.2（气指夹紧），Q1.3（气指松开）。

根据PLC输入输出分配，机械手的控制系统如图3 所示［2］。

控制系统采用隔离变压器，并采用双屏蔽形式，一次绕组和二次绕组分别加屏蔽层，可以有效防止电网电压对控制系统的干扰，可以提高系统工作可靠性［3］。