淺談電氣專業維修電工高級機械手的學習

李曉強

（廣東省交通運輸高級技工學校，廣東 佛山 528000）

淺談電氣專業維修電工高級機械手的學習

李曉強

（廣東省交通運輸高級技工學校，廣東 佛山 528000）

當前和今后的一個時期，是我國全面建設小康社會、開創中國特色社會主義事業新局面的重要戰略機遇期。建設小康社會需要科技創新，離不開技能人才。“全國人才工作會議”、“全國職教工作會議”都強調要把“提高技術工人素質、培養高技能人才”作為重要任務來抓。當今世界，誰掌握了先進的科學技術并擁有大量技術嫻熟、手藝高超的技能人才，誰就能生產出高質量的產品，創出自己的品牌；誰就能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。科學技能是財富，操作技能也是財富，而且是重要的財富。現代化生產中，傳統的手動操作已遠遠不能獲得好的控制品質。目前，在電氣控制領域，國內外普遍采用機械手操作。

維修電工；技能人才；操作技能；機械手

根據《維修電工國家職業技能標準》的要求，高級維修電工理論知識考核范圍包括：繼電控制電路、交直流傳動系統、電子線路等知識的讀圖、測繪、分析、調試與維修。考核深度要求掌握電氣圖測繪地步驟和方法，熟悉機床電路的組成、原理及常見故障；掌握PLC的基本指令表，熟悉編程技巧，掌握編程軟件的使用方法，熟悉PLC常見故障的類型和解決方法等，其中可編程邏輯控制器理論知識點和實操都占到30%甚至更多。從現代生活需求還是工業發展方向，都需要高技能復合型人才。可想而知，對于可編程控制器的學習需要不斷地深入。在多次的高級維修電工理論知識培訓考核中，機械手類題目就多次出現，從專業的知識方面來看，機械手學習的綜合知識面廣，涉及知識較多；從邏輯思維方面來看，在現代化的生產生活中，社會分工逐步細化，生產設備越來越精密，自動化生產設備越來越復雜，機械手控制精細化，同時可以很好地鍛煉學生邏輯思維方面的能力。

一、機械手背景

機械手是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。它是機器人的一個重要分支。特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。在現代生產過程中，機械手被廣泛地應用于自動生產線中，機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲倦，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到應用。

1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。在1962年，美國聯合控制公司又試制成一臺數控示教再現型機械手。同年，美國機械制造公司也試驗成功一種叫Vewrsatran機械手，該機械手的中央立柱可以回轉、升降，采用液壓驅動控制系統也是示教再現型。這兩種出現在60年代初的機械手，是后來國外工業機械手發展的基礎。目前，機械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。對于我們維修電工高級工學習機械手來說是比較復雜的，通過我的教學和觀察，發現學生的學習方法和技巧還有待提高。

二、機械手結構及工作原理

結合維修電工考證和《國家職業技能鑒定標準》要求，我校與企業聯合研制出針對考證訓練地模擬機械手，大概分為3個模塊：（1）送料機構；（2）抓取機構；（3）分揀系統；采用電磁閥氣動控制。送料機構有物料檢測，當料槽有物料時，物料檢測傳感器會發出信號，通過程序控制電磁閥，送料氣缸推出物料，等待機械手抓取；抓取機構有3個自由度的控制，每個自由度都規定初始位置，當物料放于指定位置時，機械手開始動作下降，夾緊物料；此過程需要位置傳感器來檢測抓取物料的精確度；取完后，機械手要放物料在分揀系統中。該系統由傳送帶帶動，有物料檢測、顏色檢測、金屬檢測，結合企業生產實際，分揀到不同的收料處。機械手控制涉及氣動、電磁閥控制、傳感器檢測、機械位置調整、硬件電路接線調試綜合能力訓練，所以學習起來比較費勁。經過3年的教學，總結出自己的一套學習方法。

三、機械手學習

對于機械手，模塊化學習是很重要的，使用時要根據各個模塊的功能有針對地做練習，這樣學習起來會很容易上手。下面介紹模塊化分步學習的方法及注意事項。

（1）對于機械手結構，我們把它分為3個模塊來學習，如圖1所示。供料單元、搬運單元、分揀單元；第一模塊上料檢測單元，此模塊又可分為物料檢測、推送物料、循環供料；物料檢測主要用于入料口，并在需要時將料倉中物料送至抓取搬運平臺，為搬運單元做好準備。在物料檢測過程中需要注意調整檢測傳感器的靈敏度，因為這是機械手搬運過程的第一步中的第一個環節，如果這里檢測出現錯誤就可能導致搬運單元過程的失敗。此過程需要循環進行，下一次何時開始推送物料要看機械手把第一次的物料是否安全無誤地搬運到指定位置，這是供料單元在程序編寫過程中要注意的。

（2）搬運單元，在整個搬運系統中，此環節最為重要、復雜。涉及到機械知識、氣動控制、傳感器知識、PLC程序控制設計等方面的內容。在機械手搬運過程中涉及到許多傳感器限位控制，每一個動作都需要傳感器來檢測，那么在機械手從原位開始伸出、下降、抓取、上升、旋轉、下降、松開、上升、轉到原位，這個過程需要調整每個電磁閥動作的先后順序，這是首要步驟；然后需要每一動作都要準確到位，這將影響到抓取物料。如何確保物料精準的抓取，這里要分步進行。把抓取的動作分步細化，上述每個動作用傳感器檢測準確到位后在進行整體調試，這樣可以避免在調試過程中重復調整機械手抓取的準確性。程序的編寫也有多樣性，根據PLC型號的不同，有不同的編寫方式，這里重點說明三菱FX2N型號的PLC。大家都知道一般指令編寫都是沒有問題的，在注意整個機械手動作過程后一步步編寫，確保每個動作完成后復位即可。與其他PLC比較拿一般指令編寫無太大差別，但是要拿步進指令編寫的話，這里就很簡單了。三菱FX2N-PLC步進指令有個很大的好處在于它的每一步程序動作完成后，下一步不需要考慮它的復位問題，這可以大大簡化了機械手搬運過程的程序量，和一般指令比起來簡單了許多。

（3）分揀單元，作為最后的分揀系統，我們能夠正確的認清每個傳感器的功能，把相應的物料通過傳感器檢測出來分流出去即可，此過程程序寫法有兩種方法。一種方法是按照動作順序到分揀單元時編寫；另一種方法是在機械手動作之初，也就是原位的時候把分揀系統程序加入，在機械手完成抓取動作后回到原位的同時開始分揀物料，同時也不影響下次抓取物料，此過程是同步的。這兩種方法根據自己的實際情況，采用適合自己的。

機械手的學習需要認真考慮多方面的因素，本課程是一門綜合性課程，涉及到電氣專業基本類課程，所以想學好本課程，基礎是關鍵。對于上述學習方法，涉及到機械手實訓設備的類型，對于一般維修電工考證使用機械手，這種學習方法可以滿足，但涉及到精準定位抓取物料類型，需要使用編碼器來記錄數據的，這種方法可以借鑒。對于我們經常用得FX2N系列PLC，編寫程序通常使用兩種方式，一種是基本指令編寫程序；另一種是利用FX2N系列PLC的步進指令進行編寫；這兩種方法都可以對機械手進行編程，個人建議使用第二種方法。這種方法簡單實用，思路比較清晰，程序模塊化，比較容易上手。

對于上述學習方法，結合維修電工考證指導，在我多次培訓學生后總結出。學習機械手，重點需要模塊化，對于機械手本身也需要模塊化學習，模塊分得越詳細越好，當然程序同樣也可進行模塊化編程，兩者同時進行，在我們學習機械手則很輕松。在我國已經有很多企業在制造機械手，佛山也有許多，在勞動力成本日趨嚴重的現在，機械手漸漸已經取代勞動力踏入我們的生產生活，作為電氣專業的核心項目，掌握如何學習機械手也顯得尤為重要。

［1］王瑞.PLC軟件構建化建模方法研究［D］.清華大學，2012.

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［3］趙志群.職業教育工學結合一體化課程開發指南［M］.北京，清華大學出版社，2009.

［4］呂廣明，孫立寧，陸念力.基于BP網絡的康復機器人的智能控制技術［J］.石油大學學報（自然科學版） ，2005（5）：93-96.

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