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时间:2019-08-11 03:02:23 浏览次数:1787
机械手是现代自动化生产过程中具有抓取和移动工件功能的一种自动化设备。它是在机械化和自动化过程中发展起来的一种新型设备。机械手可以代替工人进行一些危险和枯燥的工作,减轻工人的劳动强度,同时提高工厂的生产效率。初始机械手主要用于辅助某一机床或某类机床,用于完成相应的装卸工作,其结构相对简单,专一性强。随着工业自动化技术的发展,可编程机械手应运而生。由于它可以根据过程的变化来改变动作流程,所以它是通用的,因此也被称为通用机械手。
(一)机械结构组成和动作原理。机械手结构示意见图1,由如下几个部分组成。
1.手部。也就是说,与物体接触的部分。由于与物体的接触形式不同,可分为夹紧型和吸附型。夹紧结构复杂,但可抓取的工件类型较宽。吸附式只能抓取重量小、表面光滑的工件,但结构简单,稳定性好,不对工件表面造成伤害。本设计采用吸附手结构。
2.手臂。手臂是支撑被抓物体和手的重要部件。手臂的功能是驱动手抓住物体,并按要求将其搬运到指定的位置。在本设计中,采用伺服电机和螺杆机构实现手臂的牵伸和收缩。
3.立柱。列是支撑ARM的部分,并且该列也可以是ARM的一部分。臂的旋转和举升运动与立柱密切相关。立柱采用伺服电机、减速器、螺杆机构,实现上下及旋转运动。
4.机座。支座是机械手的基础部件,机械手执行器的部件和驱动系统安装在基座上,起到支撑和连接的作用。
机械手动作分为:1.手部的旋转、2.手臂的上下运动、3.手臂臂的前后运动、4.立柱的旋转运动、5.吸盘的吸气。用户通过触摸屏的编程画面,对这5个动作任意组合,实现搬运物品的工艺。
(二)工艺流程。机械手的工作除吸料由电磁阀控制外其它动作均由伺服电机驱动,分析工艺过程,一般将机械手放于两冲压机床之间,机械手的初始位置停在原点(原点应在两机床之间以防止回零时发生碰撞),按下启动按扭后,机械手将原点→上升→左(右)摆→下降→吸料→上升→右(左)摆→下降→放料→上升→左摆到原点,动作完成一个工作周期。机械手的下降、上升、右摆、左摆等动作转换以及吸放料,都需要控制器来控制。
考虑到机械手的通用性,采用PLC+触摸屏的方式对机械手进行控制。当机械手的动作流程发生变化时,只需改变触摸屏流程即可实现,非常方便快捷。[4]
图1 机械手机械部分示意图
(一)控制整体架构。本设计控制系统由触摸屏、PLC、伺服驱动器和伺服电机组成;控制系统结构简图如图2所示。
图2 控制系统结构简图
在控制架构中,最顶层的为触摸屏,中间层为PLC,下层为4个伺服驱动器和伺服电机。
(一)PLC端口定义。在整体软件设计中,先定义PLC内部的接口功能如表1,X为PLC输入点,接控住PLC外部信号。Y为PLC输出点,接PLC控制元件。
(二)PLC程序。PLC的程序架构如图3,各功能封装成单独为子程序。
表1 实体端口定义
图3 程序架构
PLC主程序如图4,依据D700里面的功能号来对各个子功能进行调用。从而达到任意功能的任意组合。
图4 主程序
如图4功能共有:1.直线定位功能,2.插补功能,3.吸气,4.开阀,5.暂停,6.等待,7.等待位状态,8.跳转,9.输出,10.回零。
图4中M850是使能信号,D700是功能码比较寄存器。当使能信号来的时候,D700里的数据等于功能码的值,则执行该功能。功能码D700的数据在触摸屏中填写。
PLC的子程序如图5,图5为吹气的子程序。
图5 吹气子程序
当主程序运行到吹气功能时,图5中M473导通,后面M412置位,当M412吸气输出打开后,M465使能信号置位,程序开始执行下一个功能。
程序通过以上方式,达到流程任意组合的设计目标,大大提高了设备通用性。
(三)触摸屏画面。触摸屏是用户和设备的交互窗口,用户通过对触摸屏画面的操作设置,来控制设备进行生产。屏幕的画面设计如图6。
图6 触摸屏编程画面
功能码那一栏对应PLC地址是D700,填入对应功能的功能号,这一行就执行相应功能。右边填写相应功能的参数。用户按照自己的工艺需求,可以随意编写这个流程。按下启动按钮,M850使能信号触发。流程会按图6的表由上至下执行。填表方法在画面的右侧有提示,非常方便快捷。
本设计主要完成了机械手控制回路的设计,包括电气控制方案的设计,PLC回路的设计,包括机械手工作流程的设计,PLC梯形图的设计和触摸屏的设计等。
在本设计过程中,设计过程的关键点是用户可以填写表单书写过程,有效地现场处理不确定因素,对定制产品的处理取得了良好的效果,具有良好的经济效益和社会效益。
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