气动式装箱机械手控制系统研究

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1、2015年12月建材与装饰工艺与设备气动式装箱机械手控制系统研究1,21邱子浩谷文涌（1.山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司山东泰安2.华北水利水电大学河南郑州）摘要：本文介绍了气动式装箱机械手的基本结构、工作原理以及在实际生产中的应用，在装箱机械手设计过程中坚持在保证功能的前提下尽量降低成本的设计理念，完成装箱机械手机械结构和气路系统的优化设计，根据气动式装箱机械手的功能，设计了基于PLC的控制系统，对其软硬件进行了选型与电路设计，完成了其电气控制系统的设计。关键词：装箱机械手；PLC；电气控制系统中图分类号：TP241文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）49-0209-03

2、前言气动装箱机械手组成如图3所示，其中包括纵向气缸、纵向气动机械手作为机械手其中的一大类，其特点为：动作迅速、导轨、水平导轨、横向导轨、横向气缸、机械手连接机构、张紧机结构简单、重量轻、平稳、节能、可靠和不污染环境等优点，所以构、同步电机等。不同方向的导向机构和驱动元件的配合使用可被越来越多行业所接受[1]。本文根据一次性餐具自动装箱的需以完成横向或纵向的直线运动，使机械手能实现三坐标的运动要，设计了一套基于PLC控制的气动装箱机械手，完成对一次性功能。消毒餐具抓取装箱路线的规划，实现装箱机在实际工作环境中高效率的运行。1气动式装箱机械手本体结构装箱机械手由机械系统和控制系统两大部分组成，如图

3、1所示。1-纵向气缸；2-纵向导轨；3-水平导轨；4-横向导轨；5-横向气缸；6-机械手连接机构；7-张紧机构；8-同步电机。图3全自动餐具清洗气动三坐标装箱机三维建模图2控制系统组成与功能装箱机械手动作紧凑，能够在不间断的情况下连续工作，要求机械手动作效率高，各个模块在保证安全的情况下提高动作效率。根据机械手实际操作规划，设计动作机械手动作规划如图4所示。机械手控制系统构架如图5所示；为了使机械手各部分能图1装箱机械手组成分别完成不同的动作，需要有多种执行元件联合完成；其中主要本文设计的机械手需要抓取传送带上方的物体，通过机械手利用主控制器作为整个装箱机械手的控制核心，利用触摸屏设的运送放置

4、在箱子内，所以要求机械手具有横入横出、可以升降备完成人机指令交流，利用电磁换向阀控制气缸运动，同步电机及伸缩运动，所以采用直角三坐标式，即横向自由度（横入和横的正反转及转速用调速器控制，检测传送带上方物体需要光电出）、升降自由度（上升和下降）和伸缩自由度（伸出和缩回）。传感器来实现[2~3]。如上述所知，装箱机械手控制系统需要由几部根据三坐标装箱机结构特点，分析机械手动作过程，设计码分组成：控制器、触摸屏、执行元件以及传感器组成。放方式如图2所示；每个箱子可装12套餐具，分三层放置，每层放4套；先从最底层码放，依次放置到第三层。因此纵向气缸和横向气缸要求设计在中间位置停止；所以设计使用三位五通

5、电磁换向阀与安装磁环的双作用气缸配合使用，利用磁性开关反馈气缸内活塞的位置，可以完成气缸在中间位置的停止。图4气动式装箱机械手动作规划图3装箱机控制系统电路设计装箱机由于其组成和功能决定了控制柜内的布局及各控制元件的安装位置，确定I/O点数时根据图6所示总体方案进行选定。1-箱体2-餐具码放位置控制柜内硬件型号如表1所示，三位五通电磁阀使用三个，图2装箱码放布局·209·工艺与设备建材与装饰2015年12月下降，至最低处抓手抓取；此时计数器加1，判断计数器数值是否≤12（设计装箱个数为12个装一箱）；若是，程序根据计数器数值判断码放位置；若否，计数器清零加1判断码放位置；判断位置后机械手上升，

6、然后横向移动至箱体上方，下降至不同位置，松开、上升、回归原点，继续等待下一套餐具。图5气动式装箱机械手控制系统构架图6PLC及外围电路两位五通电磁阀使用一个，则电磁转换接头使用七个。由于装箱机在工作时电磁阀需要频繁开启和断开，瞬时电压较高，为保护PLC输出口不受瞬时高电压冲击，在电磁换向阀与PLC输出口图7控制程序流程图回路中使用中间继电器进行调节保护。根据机械手设计运动方案，机械手各气缸动作为：下降、抓表1控制系统硬件型号取、上升、伸出、下降、放松、上升、缩回、下一循环。机械手各气缸名称型号数量安装的磁性开关是机械手位置控制的重要环节，机械手的行程PLCCP1H-X40DT-D1及码放位置都

7、依靠磁性开关的安装位置，要确保磁性开关有充三位五通换向阀4V230-083两位五通换向阀4V210-081分的调节空间，便于机械手在不同尺寸箱体的码放。同时，为了直流继电器MY2NJDC24V9保证机械手执行动作时不造成机械干涉、碰撞等因素，在动作执24V直流电源NES-150-24DC1行的过程中只允许一个气缸动作。磁性开关CS1-F7为了控制机械手的启停，需要分别设置开始、停止按钮，但是光电传