机械手在发泡陶瓷生产线的应用

李健

摘要：由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在发泡陶瓷行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于陶瓷毛坯板材的自动卸车，自动布料及成品板材的自动切割等。

关键词： 工业自动化；机械化；机械手应用

发泡陶瓷生产工艺主要是利用尾矿废料实现二次利用，主要分为制粒、烧成、切割三个步骤，制粒主要将各种原料混合在一起，加水通过球磨机将其进行充分研磨，形成泥浆狀，经过喷雾干燥塔使湿料变为粉状干料，通过专用磨具将粉料布为想要生产的规格，进入窑炉进行烧成，发泡陶瓷烧成周期比较长，从进窑到出窑一般在24小时左右，毛坯出窑后通过机械手将其卸到贮坯线，通过运输链输送到切割工位，在由机械手抓取到切割生产线，进行成品板材切割，切割成形后，由机械手卸到指定工位，进行成品打包。机械手在发泡陶瓷生产线中的应用可使上下工序有效衔接，提高生产效率，可以降低人力成本及工人的劳动强度。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓取板材的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等，抓取发泡陶瓷板材主要用夹持型。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。由于发泡陶瓷生产线板材较大，只需完成上下和前后自由度即可。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统主要由PLC来完成对其动作的控制，通过对其编程实现所需要的功能。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。一般在发泡陶瓷行业应用比较广泛的多为液压式和气动式两种机械手。

机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方式，工作时要首先选择工作方式，然后操作其对应按键。

一、调整工作方式

可按相应按钮实现左移、右移、上移、下移、加紧、放松各个动作的单独调整。

二、连续工作方式即自动工作方式

转换开关处于自动状态，按下起动按钮，机械手按下降→加紧→上升→横向前移→下降→放松→上升→横向后移的顺序周而复始的连续工作；其中各个运行方式全部靠传感器给定信号完成，上一道工序运动结束，到达指定位置，下一道工序接收到指定信号后，完成下一步骤操作，循环往复运动；按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按钮，系统立即停车。

三、单周工作方式

转换开关处于单周工作模式，按下起动按钮后，机械手按下降→加紧→上升→横向前移→下降→放松→上升→横向后移的顺序自动工作一个周期停止。若要再工作一个周期，可再次按下起动按钮。按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按钮，系统立即停车。

四、步进工作方式即手动工作方式

转换开关处于手动状态，按下启动按钮，每按一次操作按键，机械手完成一步动作后自动停止。按下急停按钮，系统立即停车。

由机械手的工作过程可知，自动过程中这是一个典型的顺序控制系统。为此，可从机械手的连续工作方式入手编写程序。首先应绘出连续工作时的功能表图，然后直接列写逻辑表达式，用触点线圈指令编程，也可使用置位复位指令或顺序控制继电器指令来完成。为了将每一步的工作状态显示出来，动画模拟软件使用了内部存储器位M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M40、M41来分别表示①～⑧的运行状态。编程过程中，需要注意特别处理的问题是①、⑤和③、⑦步的动作问题，虽然①、⑤步都是下降操作，但却具有不同的意义，①步下降是放松下降，而⑤步下降则是夹着板材下降。③、⑦步的上升操作也是这样。

单周期操作的程序实现可在连续工作程序的基础上通过经验修改实现。其要点是设法阻止机械手在一个周期工作结束后自动进入下一周期，一般在下降的启动回路想办法。

单步操作的实现与单周期工作的实现是相似的。即设法在每一步工作结束后，不是直接启动下一步的工作，而是等待启动按钮的命令后再工作。

该设计方式初步满足了发泡陶瓷企业生产的要求，实际运转中证明能够按照设定的工作方式稳定运行，并且降低工人劳动强度，为企业降低生产成本，最主要一点与人工装卸相比较就是安全，并且此方式也在大部分发泡陶瓷企业广泛应用。