氣動(dòng)在機(jī)械手中的應(yīng)用

李海雁

摘要：文章中所介紹的氣動(dòng)機(jī)械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用氣缸與電磁換向閥模擬了實(shí)際生產(chǎn)中的物料轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，在分析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)控制系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)。該機(jī)械手的氣動(dòng)回路簡(jiǎn)單，再加上用PLC控制，結(jié)構(gòu)體積小，成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)適用，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；FX1S可編程控制器；PLC控制

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）19-0033-02

近幾十年來，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相互結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制更加靈活，性能更可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動(dòng)技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制的時(shí)代，控制精度不斷提高；隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、家電、化工，食品和藥品的包裝等自動(dòng)化生產(chǎn)

線中。

2 氣動(dòng)及氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用

氣動(dòng)技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制與自動(dòng)控制的重要手段之一。機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已經(jīng)成為高科技領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新型技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，機(jī)械手越來越廣泛地得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更

普遍。

3 搬運(yùn)氣動(dòng)機(jī)械手的工作過程

搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)工作全過程是由懸臂氣缸、升降氣缸、氣爪氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸四個(gè)氣缸之間的動(dòng)作組合完成。根據(jù)機(jī)械手的工作任務(wù)，該機(jī)械手的工作流程為：初始位置—啟動(dòng)—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—?dú)庾A緊—升降氣缸上升—懸臂氣缸縮回—旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—?dú)庾Ψ潘伞獞冶蹥飧卓s回—旋轉(zhuǎn)氣缸左轉(zhuǎn)—初始位置。機(jī)械手的上升、下降、左移、右移、夾緊、放松等動(dòng)作，均由相應(yīng)的非接觸式位置檢測(cè)開關(guān)來控制。機(jī)械手所有的動(dòng)作均有氣缸來驅(qū)動(dòng)，它的伸出與縮回、上升與下降、左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)等動(dòng)作均由二位五通雙電控?fù)Q向閥來控制，氣爪的夾緊與放松動(dòng)作是由二位五通單電控?fù)Q向閥來控制，即當(dāng)電磁閥線圈YA1得電時(shí)，氣爪夾緊，YA1失電，電磁閥復(fù)位，氣爪放松；電磁閥線圈YA4得電時(shí)，懸臂氣缸伸出，YA5得電時(shí)，懸臂氣缸縮回；電磁閥線圈YA2得電，機(jī)械手上升，YA3得電，機(jī)械手下降；電磁閥線圈YA6得電，機(jī)械手左轉(zhuǎn)，YA7得電，機(jī)械手右轉(zhuǎn)回到初始

位置。

4 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)

機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)主要是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)和氣爪的夾緊動(dòng)作。原理圖如下：

圖1 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖

4.1 水平伸縮即懸臂氣缸運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA4得電接通，二位五通雙電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA4失電，機(jī)械手右移停止，當(dāng)電磁閥線圈YA5得電時(shí)，使得二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞

收縮到傳感器G4位置時(shí)，活塞桿回到初始位置。

4.2 垂直升降運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA3得電接通，二位五通雙電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G3位置，YA3失電，機(jī)械手下降停止，當(dāng)電磁閥線圈YA2得電時(shí)，使得二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞收縮到傳感器G2位置時(shí)，活塞桿上升回到初始位置。

4.3 氣爪夾緊、放松運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通單電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA1得電接通，二位五通單電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA1失電，機(jī)械手夾緊到位，當(dāng)電磁閥線圈YA1失電時(shí)，使得二位五通單電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞收縮，機(jī)械手放松，活塞桿回到初始位置。

5 PLC控制系統(tǒng)

該搬運(yùn)機(jī)械手的工作狀態(tài)和操作需要9個(gè)輸入端子，具體分配為：?jiǎn)?dòng)按鈕、停止按鈕需要占用2個(gè)端子，氣爪夾緊限位需占1個(gè)端子，升降限位占2個(gè)端子，左右移動(dòng)限位占2個(gè)端子，左右旋轉(zhuǎn)限位占2個(gè)端子。機(jī)械手的輸出信號(hào)需要7個(gè)端子，具體分配為：機(jī)械手的夾緊、升降、左右移動(dòng)、左右旋轉(zhuǎn)7個(gè)電磁閥線圈，需要7個(gè)端子，具體分布見表1：

表1

根據(jù)控制要求和端子數(shù)量，此處選用FX1S-30MR-001繼電器型PLC。該P(yáng)LC共有16個(gè)輸入、14個(gè)輸出，滿足控制所需的端子數(shù)目，控制程序設(shè)計(jì)。

圖2

6 結(jié)語

氣動(dòng)機(jī)械手是機(jī)電一體化及自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中常用的裝置，用來搬運(yùn)物件或代替人工完成某項(xiàng)工作，提高生產(chǎn)效率，該機(jī)械手所采用控制系統(tǒng)是由“可編程序控制器—傳感器—?dú)鈩?dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)，它目前仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面。該機(jī)械手的氣動(dòng)回路簡(jiǎn)單，再加上用PLC控制，結(jié)構(gòu)體積小，成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)適用，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊青峰，付騫.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010.

[2] 三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限公司.三菱微型可編程控制器（FX1S）使用手冊(cè)[M].

[3] 孫濤.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010.endprint

摘要：文章中所介紹的氣動(dòng)機(jī)械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用氣缸與電磁換向閥模擬了實(shí)際生產(chǎn)中的物料轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，在分析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)控制系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)。該機(jī)械手的氣動(dòng)回路簡(jiǎn)單，再加上用PLC控制，結(jié)構(gòu)體積小，成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)適用，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；FX1S可編程控制器；PLC控制

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）19-0033-02

近幾十年來，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂萍夹g(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相互結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制更加靈活，性能更可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動(dòng)技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制的時(shí)代，控制精度不斷提高；隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、家電、化工，食品和藥品的包裝等自動(dòng)化生產(chǎn)

線中。

2 氣動(dòng)及氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用

氣動(dòng)技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制與自動(dòng)控制的重要手段之一。機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已經(jīng)成為高科技領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新型技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，機(jī)械手越來越廣泛地得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更

普遍。

3 搬運(yùn)氣動(dòng)機(jī)械手的工作過程

搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)工作全過程是由懸臂氣缸、升降氣缸、氣爪氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸四個(gè)氣缸之間的動(dòng)作組合完成。根據(jù)機(jī)械手的工作任務(wù)，該機(jī)械手的工作流程為：初始位置—啟動(dòng)—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—?dú)庾A緊—升降氣缸上升—懸臂氣缸縮回—旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—?dú)庾Ψ潘伞獞冶蹥飧卓s回—旋轉(zhuǎn)氣缸左轉(zhuǎn)—初始位置。機(jī)械手的上升、下降、左移、右移、夾緊、放松等動(dòng)作，均由相應(yīng)的非接觸式位置檢測(cè)開關(guān)來控制。機(jī)械手所有的動(dòng)作均有氣缸來驅(qū)動(dòng)，它的伸出與縮回、上升與下降、左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)等動(dòng)作均由二位五通雙電控?fù)Q向閥來控制，氣爪的夾緊與放松動(dòng)作是由二位五通單電控?fù)Q向閥來控制，即當(dāng)電磁閥線圈YA1得電時(shí)，氣爪夾緊，YA1失電，電磁閥復(fù)位，氣爪放松；電磁閥線圈YA4得電時(shí)，懸臂氣缸伸出，YA5得電時(shí)，懸臂氣缸縮回；電磁閥線圈YA2得電，機(jī)械手上升，YA3得電，機(jī)械手下降；電磁閥線圈YA6得電，機(jī)械手左轉(zhuǎn)，YA7得電，機(jī)械手右轉(zhuǎn)回到初始

位置。

4 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)

機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)主要是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)和氣爪的夾緊動(dòng)作。原理圖如下：

圖1 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖

4.1 水平伸縮即懸臂氣缸運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA4得電接通，二位五通雙電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA4失電，機(jī)械手右移停止，當(dāng)電磁閥線圈YA5得電時(shí)，使得二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞

收縮到傳感器G4位置時(shí)，活塞桿回到初始位置。

4.2 垂直升降運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA3得電接通，二位五通雙電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G3位置，YA3失電，機(jī)械手下降停止，當(dāng)電磁閥線圈YA2得電時(shí)，使得二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞收縮到傳感器G2位置時(shí)，活塞桿上升回到初始位置。

4.3 氣爪夾緊、放松運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通單電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA1得電接通，二位五通單電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA1失電，機(jī)械手夾緊到位，當(dāng)電磁閥線圈YA1失電時(shí)，使得二位五通單電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞收縮，機(jī)械手放松，活塞桿回到初始位置。

5 PLC控制系統(tǒng)

該搬運(yùn)機(jī)械手的工作狀態(tài)和操作需要9個(gè)輸入端子，具體分配為：?jiǎn)?dòng)按鈕、停止按鈕需要占用2個(gè)端子，氣爪夾緊限位需占1個(gè)端子，升降限位占2個(gè)端子，左右移動(dòng)限位占2個(gè)端子，左右旋轉(zhuǎn)限位占2個(gè)端子。機(jī)械手的輸出信號(hào)需要7個(gè)端子，具體分配為：機(jī)械手的夾緊、升降、左右移動(dòng)、左右旋轉(zhuǎn)7個(gè)電磁閥線圈，需要7個(gè)端子，具體分布見表1：

表1

根據(jù)控制要求和端子數(shù)量，此處選用FX1S-30MR-001繼電器型PLC。該P(yáng)LC共有16個(gè)輸入、14個(gè)輸出，滿足控制所需的端子數(shù)目，控制程序設(shè)計(jì)。

圖2

6 結(jié)語

氣動(dòng)機(jī)械手是機(jī)電一體化及自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中常用的裝置，用來搬運(yùn)物件或代替人工完成某項(xiàng)工作，提高生產(chǎn)效率，該機(jī)械手所采用控制系統(tǒng)是由“可編程序控制器—傳感器—?dú)鈩?dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)，它目前仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面。該機(jī)械手的氣動(dòng)回路簡(jiǎn)單，再加上用PLC控制，結(jié)構(gòu)體積小，成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)適用，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊青峰，付騫.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010.

[2] 三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限公司.三菱微型可編程控制器（FX1S）使用手冊(cè)[M].

[3] 孫濤.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010.endprint

摘要：文章中所介紹的氣動(dòng)機(jī)械手采用三菱FX1S-30MRPLC控制，利用氣缸與電磁換向閥模擬了實(shí)際生產(chǎn)中的物料轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，在分析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)控制系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)。該機(jī)械手的氣動(dòng)回路簡(jiǎn)單，再加上用PLC控制，結(jié)構(gòu)體積小，成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)適用，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；FX1S可編程控制器；PLC控制

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）19-0033-02

近幾十年來，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂萍夹g(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相互結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制更加靈活，性能更可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動(dòng)技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制的時(shí)代，控制精度不斷提高；隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、家電、化工，食品和藥品的包裝等自動(dòng)化生產(chǎn)

線中。

2 氣動(dòng)及氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用

氣動(dòng)技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制與自動(dòng)控制的重要手段之一。機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已經(jīng)成為高科技領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新型技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，機(jī)械手越來越廣泛地得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更

普遍。

3 搬運(yùn)氣動(dòng)機(jī)械手的工作過程

搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)工作全過程是由懸臂氣缸、升降氣缸、氣爪氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸四個(gè)氣缸之間的動(dòng)作組合完成。根據(jù)機(jī)械手的工作任務(wù)，該機(jī)械手的工作流程為：初始位置—啟動(dòng)—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—?dú)庾A緊—升降氣缸上升—懸臂氣缸縮回—旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)—懸臂氣缸伸出—升降氣缸下降—?dú)庾Ψ潘伞獞冶蹥飧卓s回—旋轉(zhuǎn)氣缸左轉(zhuǎn)—初始位置。機(jī)械手的上升、下降、左移、右移、夾緊、放松等動(dòng)作，均由相應(yīng)的非接觸式位置檢測(cè)開關(guān)來控制。機(jī)械手所有的動(dòng)作均有氣缸來驅(qū)動(dòng)，它的伸出與縮回、上升與下降、左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)等動(dòng)作均由二位五通雙電控?fù)Q向閥來控制，氣爪的夾緊與放松動(dòng)作是由二位五通單電控?fù)Q向閥來控制，即當(dāng)電磁閥線圈YA1得電時(shí)，氣爪夾緊，YA1失電，電磁閥復(fù)位，氣爪放松；電磁閥線圈YA4得電時(shí)，懸臂氣缸伸出，YA5得電時(shí)，懸臂氣缸縮回；電磁閥線圈YA2得電，機(jī)械手上升，YA3得電，機(jī)械手下降；電磁閥線圈YA6得電，機(jī)械手左轉(zhuǎn)，YA7得電，機(jī)械手右轉(zhuǎn)回到初始

位置。

4 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)

機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)主要是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的垂直升降、水平方向的左移右移，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)和氣爪的夾緊動(dòng)作。原理圖如下：

圖1 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖

4.1 水平伸縮即懸臂氣缸運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA4得電接通，二位五通雙電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA4失電，機(jī)械手右移停止，當(dāng)電磁閥線圈YA5得電時(shí)，使得二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞

收縮到傳感器G4位置時(shí)，活塞桿回到初始位置。

4.2 垂直升降運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA3得電接通，二位五通雙電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G3位置，YA3失電，機(jī)械手下降停止，當(dāng)電磁閥線圈YA2得電時(shí)，使得二位五通雙電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞收縮到傳感器G2位置時(shí)，活塞桿上升回到初始位置。

4.3 氣爪夾緊、放松運(yùn)動(dòng)部分

在初始位置，二位五通單電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)閥的進(jìn)氣口1到達(dá)2出口，進(jìn)入氣缸的右腔，氣缸活塞收回，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，電磁閥線圈YA1得電接通，二位五通單電控?fù)Q向閥左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔，使得氣缸活塞伸出到傳感器G5位置，YA1失電，機(jī)械手夾緊到位，當(dāng)電磁閥線圈YA1失電時(shí)，使得二位五通單電控?fù)Q向閥右位接入系統(tǒng)，當(dāng)氣缸活塞收縮，機(jī)械手放松，活塞桿回到初始位置。

5 PLC控制系統(tǒng)

該搬運(yùn)機(jī)械手的工作狀態(tài)和操作需要9個(gè)輸入端子，具體分配為：?jiǎn)?dòng)按鈕、停止按鈕需要占用2個(gè)端子，氣爪夾緊限位需占1個(gè)端子，升降限位占2個(gè)端子，左右移動(dòng)限位占2個(gè)端子，左右旋轉(zhuǎn)限位占2個(gè)端子。機(jī)械手的輸出信號(hào)需要7個(gè)端子，具體分配為：機(jī)械手的夾緊、升降、左右移動(dòng)、左右旋轉(zhuǎn)7個(gè)電磁閥線圈，需要7個(gè)端子，具體分布見表1：

表1

根據(jù)控制要求和端子數(shù)量，此處選用FX1S-30MR-001繼電器型PLC。該P(yáng)LC共有16個(gè)輸入、14個(gè)輸出，滿足控制所需的端子數(shù)目，控制程序設(shè)計(jì)。

圖2

6 結(jié)語

氣動(dòng)機(jī)械手是機(jī)電一體化及自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中常用的裝置，用來搬運(yùn)物件或代替人工完成某項(xiàng)工作，提高生產(chǎn)效率，該機(jī)械手所采用控制系統(tǒng)是由“可編程序控制器—傳感器—?dú)鈩?dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)，它目前仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面。該機(jī)械手的氣動(dòng)回路簡(jiǎn)單，再加上用PLC控制，結(jié)構(gòu)體積小，成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)適用，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

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