物料跟蹤抓取試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

毛也超 王志永 田維豪

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州121001）

本設(shè)計(jì)旨在研究一種PLC 控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，普及到各普通高等學(xué)校機(jī)電類專業(yè)，使學(xué)生通過(guò)訓(xùn)練完成特定的編程動(dòng)作，使氣動(dòng)機(jī)械手在三軸龍門式直線滑臺(tái)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的跟蹤抓取。本設(shè)計(jì)還對(duì)設(shè)備關(guān)鍵零件使用有限元法進(jìn)行了強(qiáng)度校核與分析，同時(shí)對(duì)所有設(shè)計(jì)部件進(jìn)行了SolidWorks 三維建模以及事件驅(qū)動(dòng)虛擬樣機(jī)，驗(yàn)證了設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性與可靠性。該設(shè)計(jì)可以使學(xué)生完成關(guān)于物料跟蹤抓取的動(dòng)作編程練習(xí)，同時(shí)也不乏應(yīng)用價(jià)值。經(jīng)過(guò)完善后的動(dòng)作可以作為包裝機(jī)械的上料和運(yùn)輸?shù)耐耆詣?dòng)化生產(chǎn)線，也可以有其它應(yīng)用價(jià)值[1]。

1 工作原理與主要裝置

物料跟蹤抓取試驗(yàn)臺(tái)主要由5 個(gè)執(zhí)行部分組成，分別是氣缸上料裝置，運(yùn)輸帶裝置，跟蹤拾取裝置，物料緩存器和運(yùn)輸鏈。本設(shè)計(jì)主要完成以上全部5 個(gè)執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和選型。試驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖1 所示，兩運(yùn)輸裝置持續(xù)運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)編碼器持續(xù)采集轉(zhuǎn)速信息[2]。物料隨運(yùn)輸帶運(yùn)動(dòng)到傳感器位置，三軸龍門式直線滑臺(tái)開始按照旋轉(zhuǎn)編碼器采集的速度信息跟物料的運(yùn)動(dòng)同步，當(dāng)氣動(dòng)機(jī)械手下降到物料位置時(shí)，機(jī)械手閉合，抓取物料，放到事先設(shè)定好位置的物料緩存區(qū)中，完成了由動(dòng)點(diǎn)到定點(diǎn)的抓取物料編程過(guò)程。當(dāng)機(jī)械手上的傳感器識(shí)別到物料緩存區(qū)中的物料時(shí)，Z 方向滑臺(tái)下移，繼而氣動(dòng)機(jī)械手閉合，實(shí)現(xiàn)抓取物料。當(dāng)傳感器識(shí)別到傳動(dòng)鏈上固定的塑料容器時(shí)，三軸龍門式直線滑臺(tái)開始按照旋轉(zhuǎn)編碼器識(shí)別的傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速對(duì)塑料容器進(jìn)行跟蹤，直到同步運(yùn)行。機(jī)械手接近塑料容器時(shí)張開，將物料被準(zhǔn)確投放到塑料容器中，隨傳動(dòng)鏈進(jìn)一步運(yùn)走，實(shí)現(xiàn)了由定點(diǎn)到動(dòng)點(diǎn)的動(dòng)作編程。機(jī)械手回到原點(diǎn)等待下一次上料后的跟蹤命令。

圖1 物料跟蹤抓取試驗(yàn)臺(tái)裝置簡(jiǎn)圖

上料裝置簡(jiǎn)圖如圖2 所示，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、選型和3D CAD后，上料機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)PLC 編程控制下的氣缸按指定程序推出最底層物料，氣缸活塞退回后，剩余物料隨重力下落至推料盒等待下一次上料動(dòng)作。

圖2 上料裝置簡(jiǎn)圖

運(yùn)輸帶裝置簡(jiǎn)圖如圖3 所示，運(yùn)輸帶裝置采用的是帶傳送，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)同步帶傳動(dòng)再帶動(dòng)運(yùn)輸帶。本課題第一次運(yùn)輸使用的是膠輥軸摩擦，帶動(dòng)橡膠運(yùn)輸帶，運(yùn)輸帶帶動(dòng)物料行走至恰當(dāng)距離。由于膠輥與運(yùn)輸帶之間有可調(diào)節(jié)的張緊，所以摩擦較大，加之物料質(zhì)量較小，所以膠輥帶動(dòng)運(yùn)輸帶可以滿足同步要求[3]。

第一次運(yùn)輸?shù)腜LC 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)機(jī)械手從跟蹤、抓取移動(dòng)中的物料，再投放到物料緩存區(qū)的指定位置，培養(yǎng)學(xué)生“由動(dòng)到定”的PLC 編程能力。

圖3 運(yùn)輸帶裝置簡(jiǎn)圖

運(yùn)輸鏈裝置是在標(biāo)準(zhǔn)鏈條的基礎(chǔ)上，將外鏈板非標(biāo)定制成帶孔的形狀，鏈節(jié)不變[4]。4 個(gè)圓孔固定塑料容器，這樣可以實(shí)現(xiàn)若干個(gè)容器定距離穩(wěn)定運(yùn)行，有助于實(shí)現(xiàn)從定點(diǎn)到穩(wěn)定移動(dòng)的固定點(diǎn)的跟蹤抓取編程，如圖4 所示。

圖4 運(yùn)輸鏈裝置簡(jiǎn)圖

2 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第二次運(yùn)輸裝置主軸結(jié)構(gòu)如圖5 所示，主軸總長(zhǎng)178mm，左側(cè)帶輪用于輸入扭矩，中間的鏈輪用于帶動(dòng)鏈，運(yùn)輸物料[5]。右側(cè)軸頭與旋轉(zhuǎn)編碼器相連，將轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)傳遞給PLC，等待跟蹤抓取時(shí)使用。

圖5 第二次運(yùn)輸裝置主軸結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)研究了一種PLC 控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，普及到各普通高等學(xué)校機(jī)電類專業(yè)，使學(xué)生通過(guò)訓(xùn)練完成物料跟蹤抓取的編程動(dòng)作。該設(shè)計(jì)除可以使學(xué)生完成關(guān)于物料跟蹤抓取的動(dòng)作編程練習(xí)外也不乏應(yīng)用價(jià)值，經(jīng)過(guò)完善后可以作為包裝機(jī)械的上料和運(yùn)輸?shù)耐耆詣?dòng)化生產(chǎn)線，或其它應(yīng)用價(jià)值。本次設(shè)計(jì)，可以使高校獲得一種易保存、易維護(hù)、教育意義和科研意義強(qiáng)的PLC教學(xué)設(shè)備以供機(jī)械電子工程類專業(yè)日常實(shí)踐教學(xué)，也可以使物料跟蹤抓取動(dòng)作逐步普及到企業(yè)的流水線。