氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動(dòng)作迅速、工作可靠、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。氣動(dòng)安裝機(jī)械手主要用于完成以下功能：選擇要安裝的小工件，從料倉中推出來，并用吸盤吸住安裝到大工件中。
1 氣動(dòng)安裝機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和工作原理
氣動(dòng)安裝機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。系統(tǒng)主要組成部分有：上料模塊和安裝模塊。上料模塊主要由2 個(gè)圓桶料倉、推料裝置、料倉平移氣缸和支架組成。上料模塊主要用于依次將2 個(gè)料倉中的工件2 推放到吸料工作臺上，等待吸盤機(jī)械手取料。在兩個(gè)氣缸的兩端都安裝有磁性開關(guān)，分別用于判斷兩個(gè)氣缸運(yùn)動(dòng)的極限位置。推料氣缸和平移氣缸的配合靠延時(shí)來實(shí)現(xiàn)。安裝模塊主要由真空發(fā)生器、吸盤、機(jī)械手、翻轉(zhuǎn)氣缸和翻轉(zhuǎn)裝置等組成。真空吸盤用于抓取工件2。吸盤內(nèi)腔的負(fù)壓（真空）是靠真空發(fā)生器產(chǎn)生的。安裝模塊工作過程：吸料→機(jī)械手向前翻轉(zhuǎn)→安裝（放料）→機(jī)械手向后翻轉(zhuǎn)。
圖1 氣動(dòng)安裝機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖
2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
氣動(dòng)安裝機(jī)械手的氣動(dòng)控制回路如圖2 所示。氣動(dòng)系統(tǒng)由氣源、氣動(dòng)三聯(lián)件OZ、電磁閥、節(jié)流閥、真空發(fā)生器和各種氣缸組成。氣源工作壓力：最小6bar，最大8bar。翻轉(zhuǎn)、平移換向閥采用二位五通雙電控電磁閥，推料、吸料電磁閥采用二位五通單電控電磁閥。電磁閥均選用AIRTAC 公司型號為4V110-M5 的產(chǎn)品。氣缸選用SMC 公司的產(chǎn)品，翻轉(zhuǎn)氣缸1A選用CDM2B20-45 型， 平移氣缸2A 選用CDJ2B16-60-B 型，推料氣缸3A 選用CDJ2B10-60-B 型。為了使各執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，各氣缸2個(gè)氣口裝有單向節(jié)流閥。翻轉(zhuǎn)前限/ 后限、平移左限/ 右限、推料伸限/ 收限的行程位置用氣缸開關(guān)檢測，氣缸開關(guān)選用SMC 公司的D-C73 產(chǎn)品。真空發(fā)生器選用SMC 公司的ZU07L 型。
圖2 氣動(dòng)控制回路
3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 PLC選型與I/O接口分配
PLC 是氣動(dòng)安裝機(jī)械手的核心控制器。根據(jù)控制要求分析，PLC 的輸入信號有：起停控制信號3 個(gè)，位置檢測信號6 個(gè)，聯(lián)絡(luò)信號2 個(gè)，共11 個(gè)開關(guān)量輸入信號；輸出信號有：電磁閥控制信號6 個(gè)，與前站的聯(lián)絡(luò)信號各1 個(gè)，共7 個(gè)開關(guān)量輸出信號。輸入輸出信號的具體作用和地址分配如表1 所示。繼電器和電磁閥的線圈均為DC24V。選用三菱FX2N-48MR 型PLC，24 點(diǎn)直流輸入，24 點(diǎn)繼電器型輸出，并向外提供24V 直流電源，完全可以滿足控制要求。
氣動(dòng)安裝機(jī)械手接受的通訊信號有兩個(gè)：一個(gè)是大工件1 放好在安裝平臺上，安裝機(jī)械手接受到的安裝請求信號4C5A；一個(gè)是安裝好的工件從安裝平臺被取走后，安裝機(jī)械手接受到的搬取結(jié)束信號4C5B，用于實(shí)現(xiàn)安裝機(jī)械手復(fù)位。氣動(dòng)安裝機(jī)械手的通訊輸出信號通過中間繼電器來實(shí)現(xiàn)隔離。繼電器K1 用來傳送氣動(dòng)安裝機(jī)械手安裝完畢、允許其他機(jī)械搬取工件的信號。
3.2 PLC控制程序
1）控制功能要求氣動(dòng)安裝機(jī)械手控制系統(tǒng)分為單站控制、聯(lián)絡(luò)控制和停止控制三種控制功能。單站控制。初始時(shí)吸盤下有工件2，推料氣缸、翻轉(zhuǎn)氣缸處于收回狀態(tài)，平移動(dòng)氣缸可以在左或右位置。按下單站起動(dòng)按鈕SB1，安裝模塊完成依次完成如下動(dòng)作：吸盤吸料→翻轉(zhuǎn)氣缸向前翻轉(zhuǎn)→工件2 被搬運(yùn)到安裝工作臺→吸盤放料→延時(shí)→機(jī)械手向后翻轉(zhuǎn)。工件2 被吸取走后，上料模塊主要完成以下動(dòng)作：推料和更換料倉。推料完畢后，吸盤機(jī)械手才能向后翻轉(zhuǎn)，回到原位。如果沒有停止信號，氣動(dòng)安裝機(jī)械手按照以上過程循環(huán)進(jìn)行。此時(shí)，要注意安裝工作臺的工件要及時(shí)取走，否則容易損壞機(jī)械。聯(lián)絡(luò)控制。當(dāng)工件1 被放置在安裝工作臺且安裝搬運(yùn)機(jī)械手離開后，氣動(dòng)安裝機(jī)械手位于初始狀態(tài)時(shí)，按下聯(lián)絡(luò)按鈕SB2，氣動(dòng)安裝機(jī)械手按照單站控制方式下的要求，完成一次工件2 的上料和安裝任務(wù)。如果沒有停止信號，氣動(dòng)安裝機(jī)械手在下一個(gè)工件1 放置好后，自動(dòng)進(jìn)入下一工作周期。
停止控制。任何時(shí)候按下停止按鈕SB3，控制系統(tǒng)在完成當(dāng)前工作周期后停止工作。
2）工藝流程
按照上述控制要求，繪制氣動(dòng)安裝機(jī)械手的工藝流程如圖3 所示。氣動(dòng)安裝機(jī)械手的控制流程比較復(fù)雜。起動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)入安裝等待步；單站方式或聯(lián)絡(luò)方式下有安裝請求信號來后，吸料，吸料機(jī)械手向前翻轉(zhuǎn)。放料控制和上料控制分支流程同時(shí)進(jìn)行。上料控制分支流程又有左料倉上料和右料倉上料兩種選擇。上料完畢，吸料機(jī)械手向后翻轉(zhuǎn)，此時(shí)氣動(dòng)安裝機(jī)械手的機(jī)械返回到了原點(diǎn)。
圖3 安裝機(jī)械手PLC控制工藝流程圖
為了能使程序流程不出錯(cuò)，必須使程序的步進(jìn)狀態(tài)也要正確地返回原點(diǎn)。在S27 步，發(fā)送安裝完畢信號后，用第4 站的聯(lián)絡(luò)信號——搬取結(jié)束信號4C5B 作為程序步進(jìn)狀態(tài)返回原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換條件。
PLC 的程序用步進(jìn)指令編程實(shí)現(xiàn)，控制程序分為：安裝等待、吸料、機(jī)械手前翻、安裝、安裝結(jié)束等待、推料、料倉判斷、料倉左移或右移、上料結(jié)束等待、機(jī)械手后翻、發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號及復(fù)位等待，加上初始步共13 步動(dòng)作。單站控制方式和聯(lián)絡(luò)控制方式的程序共用。在安裝等待步，如果是單站工作方式，則延時(shí)后進(jìn)入下一步，如果是聯(lián)絡(luò)工作方式，則等待安裝請求信號，信號有效時(shí)，才進(jìn)入下一步。為了避免兩種控制方式?jīng)_突，在步進(jìn)控制程序外的控制方式選擇程序中，需設(shè)置兩種控制方式的互鎖。
4 結(jié)束語
氣動(dòng)安裝機(jī)械手是較復(fù)雜的一個(gè)控制系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在它的機(jī)械動(dòng)作復(fù)雜，電氣控制聯(lián)鎖關(guān)系較多。采用PLC 對氣動(dòng)安裝機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)控制，既解決了本系統(tǒng)上料模塊和安裝模塊、推料氣缸和平移氣缸之間的互鎖關(guān)系，也解決了本系統(tǒng)與其他機(jī)械單元之間的協(xié)同作業(yè)，很好地實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)安裝機(jī)械手的上料、吸料、安裝和聯(lián)絡(luò)等功能。控制系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行調(diào)試，設(shè)備動(dòng)作順暢、性能穩(wěn)定、可靠性高。