1、基于PLC控制的电容器分拣气动机械手的设计及实践 摘要本设计进行了基于PLC控制的电容器分拣气动机械手的设计。文中简要概述了电容器的生产与分拣气动机械手在电容器生产中的运用状况，并详细介绍了整个气动机械手的设计过程。此设计过程包括了：工作原理分析、结构设计、气动元件计算与设计、气动回路的设计及PLC控制程序的设计等。此设计较好的将气动技术与PLC控制技术的结合起来，并重点对气动元件进行计算与设计。此外，并将设计完成的机械手进行实践模拟应用。从模拟应用的结果来看它已经满足了预期的要求了。关键词：气动技；PLC；机械手；设计Abstract:Keywords:1、 绪论1.1论文研究的意义1.1.
2、1课题来源 东莞是个制造业基地，有大量电子生产企业。经调研后发现有相当大的电子企业其生产线自动化的水平都比较高，在生产线的很多环节上都用上自动化的气动机械手。尤其在电容器的生产上的检验部分的环节上应用相当的广泛。通过对东莞东森电子厂生产线的参观，以及在广东自动化生产力转移中心的参观与学习，本人对基于PLC控制的电容器生产线气动机械手结构及设计方法有了全面的认识。再者利用了我院机电实验中心气动实验室的PLC气动实验台的设备，在张老师的指导下自主对基于PLC控制的电容器生产线气动机械手进行研究与设计。 1.1.2论文研究的意义 此气动机械手的设计有利于学、产、研的相互促进，能够很好的利用了学院现有
3、的实验设备。有利于学生把所学的知识与实践相结合起来，学以致用；在巩固所学知识的基础上，能够对所学的知识进行创新，化为自己的成果。这对培养具有创新型的人才有着非凡的意义。1.2 电容器分拣气动机械手目前的发展状况1.2.1电容器生产现状 在传统的生产中，大多数电容器的生产中都是靠工人的手工来完，生产效率普遍较低，劳动强度高，也由于人工的原故，容易引发各种事故发生。在劳动力极其紧缺，尤其是珠江三角洲地区，想提高企业的竞争力，提高生产效率，引自身在激烈的竞争中立于不败之地，就必须采用自动化。通过多次参观及市场调研发现，在现代的电容器生产线中大大引进了自动化生产技术，尤其是大大运用了气动机械手。在电容
4、器的生产中，气动机械手在整个生产的过程起到相当大的作用，尤其在各种搬运及分拣过程中，都采用由气动机械手来完成。在电容器生产许多环节中都由气动机械手来完成，如将电容器从处工序搬运到另一工序中，就用到搬运机械手，由其完成搬运的工作；此外如将经检验仪器检验后的电容器产品，需将合格品与不合格分拣出来，就用到了分拣气动机械手，由其完成分拣工作。总之，在现代的电容器生产中，气动机械手的运用将会越来越普遍了，其在生产的作用也越来越大，为了提高企业的竞争力，提高生产效率，电容器的生产走向现代化这是个必然的趋势。1.2.2分拣气动机械手在电容器生产中的运用气动分拣机械手是在己有的机械手基础上发展起来的。二者之间
5、的区别在于分拣气动机械手发展的起点颇高，它强调模块化的形式，把专用机械手和通用机械手结合起来。更为突出的是，机械手采用气压驱动系统。现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术(可重复编程)，气动伺服系统(可实现任意位置上的精确定位),PLC工控系统。在执行机构上全部采用模块化的拼装结构，可以代替一些抓取力不大的第一代机器人的地位，在目前的工业自动线上有着及其广泛的应用前景。 气动分拣机械手的手臂包括手臂回转、升降、伸缩三部分;手部具有两类不同型式的手指;夹持式(支点回转式、平移式)和吸附式(真空吸盘式)手指。选用不同型式的手指，可分别完成工件的抓取或吸附。在电容器的生产中，由于电容
6、器本身的结构性质决定了在进行的一些分拣工作中，采用气动机械手进行吸附。由于采用了附式(真空吸盘式)手指，不会直接产生挤压力，只有吸附力，不会对电容器造成任何的损坏，而对电容器这种不宜受大作用力的产品来说是最适合不过了。因此，在电容器生产中的分拣环节中，分拣气动机械手（附有真空吸盘式手指)应用相当的广泛，这对提高产品的生产效率，实现自动化生产有着重要的意义。1.2.3 电容器分拣气动机械手总体功能简介 本课题的机械手能实现90的正反向旋转，并且能够实现前后，上下伸缩移动，另外配有真空吸盘，可以将产品电容器吸起，并将它们分别送到不同的传动带上，由传动带送回到指定的工序处。2、电容器分拣气动机械手的
7、结构与工作原理2.1 电容器分拣气动机械手的结构如图2.1所示电容器分拣气动机械手由回转缸1、真空吸盘2、上下移动缸3、前后伸缩缸4及立柱5组成。机械手系统由压缩空气来驱动,通过PLC程序控制电磁阀换向,从而实现不同气缸的不同顺序的动作来实现预定的功能。 2.1 气动机械手结构图2.2电容器分拣气动机械手的工作原理 图2.2 气动机械手的结构工作原理如图2.2所示机械手处于原点，产品电容器经检测器检测完成后，从检测器出来。若为合格品是将从合格品出口处出来，此时将触发光电传感器X1，给PLC返回一下触发信号，同时PLC系统将给电磁阀YA4发出一个信号，即电磁阀YA4得电，前后伸缩气缸4向前伸出，
8、同时继电器延时2秒；当延时到时，将触发电磁阀YA2，电磁阀YA2得电，真空吸盘2将合格电容器吸起，同时延时1秒；当延时到时，将触发电磁阀YA1，电磁阀YA1得电，回转气缸1顺时针转过90，同进延时2秒；当延时到时，将再次触发电磁阀YA2，电磁阀YA2失电复位，同时延时1秒，电磁阀YA2对真空吸盘2不起作用，电容器在自重作用下，落在传送带1上，传回指定的工序；当延时到时，将再次触发电磁阀YA4，电磁阀YA4失电复位，前后伸缩气缸4向后缩回，同进延时2秒；当延时到时，将再次触发电磁阀YA1，电磁阀YA1失电复位，回转气缸1逆时针转过90，回到初始状态，等待下一次判断。其工序流程图如图2.3所示。图
9、2.3 合格品工序流程若为不合格品是将从合格品出口处出来，此时将触发光电传感器X2，给PLC返回一下触发信号，同时PLC系统将给电磁阀YA3发出一个信号，即电磁阀YA3得电，上下移动缸3向下伸出，同时继电器延时2秒；当延时到时，将触发电磁阀YA2，电磁阀YA2得电，真空吸盘2将不合格电容器吸起，同时延时1秒；当延时到时，将再次触发电磁阀YA3，电磁阀YA3失电复位，上下移动缸3向上缩回，同时延时2秒；当延时到时，将触发电磁阀YA1，电磁阀YA1得电工作，回转气缸1顺时针转过90，同进延时2秒；将再次触发电磁阀YA3，电磁阀YA3得电，上下移动缸3向下伸出，同时继电器延时2秒；当延时到时，将再次
10、触发电磁阀YA2，电磁阀YA2失电复位，同时延时1秒，电磁阀YA2对真空吸盘2不起作用，电容器在自重作用下，落在传送带2上，传回指定的工序；当延时到时，将再次触发电磁阀YA3，电磁阀YA3失电复位，上下移动缸3向上缩回，同时延时2秒；当延时到时，将再次触发电磁阀YA1，电磁阀YA1失电复位，回转气缸1逆时针转过90，回到初始状态，等待下一次判断。其工序流程图如图2.4所示。图2.4 不合格品工序流程3、 电容器分拣气动机械手气动元件型号的选取不同品牌的气动产品的性能及价格有很大的不同，同一种品牌中不同型号的产品其性价比也有不同程度的不同，气动元件型号的选取将对整个气动机械手系统性能，经济效益有
11、着重大的影响，因此气动元件型号的选取工作显得十分的重要。3.1 气动元件品牌的选择 目前市面上用的较多的知名品牌有日本SMC、韩国SANWO三和、台湾MINDMAN金器、英国ORIGA、德国RECTUS、瑞典TEMA及台湾的CHANTO长拓等品牌。比较各大品牌的性能、价格、产品的质量、售后服务等，台湾的台湾的CHANTO长拓有着相对的比较优势，因此在本课题中采用了台湾的CHANTO长拓公司的产品。3.2气动元件型号的选取 由前面的气动机械手的结构可以知道该系统中用到了两个做直线运动的双轴气缸、一个做回转运动的回转气缸以及一个用于吸起电容器产品的真空吸盘,另外还有用在检测器上的两个光电传感器。3
12、.2.1 做前后运动的双轴气缸型号的选取 (1)缸径的计算： 考虑到机械手结构的需要，气缸采用双轴单作用缸。此气缸推出时只是推动一个上下移动缸，而一个上下移动缸也只不过两公斤左右，所以初步给定气缸的推出力F=90N，这样的推力足以推出四公斤的重物。由气缸的推出速度为中速，在100500mm/s的范围内由表3-1查得负载率=0.5。表3-1 气缸的运动状态和负载率阻性负载（静负载）惯性负载的运动速度500mm/s0.80.650.50.35则有：气缸的理论推出力Fo=F/=90/0.5=180N,系统的工作压力为0.8MP,气缸的工作压力设计时选为0.6MP，即p=0.6MP。那么单作用气缸缸径
13、D=,圆整为20mm。（2）行程： 考虑到机械手结构的需要，并参照台湾的CHANTO长拓公司产品手册所提供的标准行程，选择该气缸的行程为50mm。3.2.2 做上下运动的双轴气缸型号的选取 (1)缸径的计算： 考虑到机械手结构的需要，气缸采用双轴单作用缸。此气缸推出时只是推动一个真空吸盘，而一个真空吸盘也只不过0.5公斤左右，所以初步给定气缸的推出力F=25N，这样的推力足以推出1.5公斤的重物。由气缸的推出速度为中速，在100500mm/s的范围内由表3-1查得负载率=0.5。则有：气缸的理论推出力Fo=F/=25/0.5=50N,系统的工作压力为0.8MP,气缸的工作压力设计时选为0.6M
14、P，即p=0.6MP。那么单作用气缸缸径D=,圆整为10mm。（2）行程： 考虑到机械手结构的需要，并参照台湾的CHANTO长拓公司产品手册所提供的标准行程，选择该气缸的行程为10mm。综上所述并参照台湾的CHANTO长拓公司产品手册，直线运动的双轴气缸型号采用DF系列产品。其具有如下优点：1.全系列皆内藏磁石；2.活塞杆不回转，定位精度高；3.角型设计安装容易，不占空间；4.最适合组立搬送等机械手臂设计；5.两支气缸并列，可产生双倍的推力；6.感应器为埋入式，任意方向安装时，不产生干涉；7.免润滑油封及轴承设计，不需时常保养。表3-2 双轴气缸的理论出力表缸径mm轴径mm动作方式使用压力（M
15、P）0.20.30.40.50.60.70.80.9106推出3146627792108123138拉回2030404959697989168推出79118158197236276315355拉回59881181471772062362362010推出123185246308369431492554拉回921381852312773233694152512推出192288385481577673769865拉回148222296370444518592666由表3-2可知：上下移动缸3选用型号为DF1010,表示缸径为10mm，行程为10mm。前后伸缩缸4选用型号为DF2050，表示缸径为20mm，行程为50mm。具体的结构尺寸见附图双轴气缸的零件图或见台湾的CHANTO长拓公司产品手册。双轴气缸结构形状如图3.1所示。
