氣動(dòng)機(jī)械手典型教學(xué)模型制作

金光輝

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110045）

1 氣動(dòng)機(jī)械手概述

氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型用于可編程序控制器實(shí)訓(xùn)教學(xué)，適用于基礎(chǔ)教學(xué)與課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，可做學(xué)習(xí)PLC控制氣動(dòng)技術(shù)入門的典型應(yīng)用設(shè)備。氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型主要有氣泵、儲(chǔ)氣罐、壓力開關(guān)組成氣源部分；由雙向電磁閥、分流排組成氣路分配控制部分；由氣缸、氣動(dòng)手爪組成氣動(dòng)執(zhí)行部分，由機(jī)械零件、工位組成被控對(duì)象部分。氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型可以用鋁合金型材搭建框架，外形尺寸為500mm×300mm×600mm，分層設(shè)計(jì)空間，上層為機(jī)械手臂執(zhí)行工作區(qū)，由氣缸、手爪、零件、工位組成；下層為氣源及氣路分配區(qū)，由氣泵和電磁閥，分流排組成。氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型提供外接電氣控制系統(tǒng)端子排。氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型照片如圖1、2。

圖1 氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型正面照片

圖2 氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型背面照片

2 系統(tǒng)介紹

2.1 氣泵

氣泵為靜音微型氣泵，輕便小巧，在美術(shù)噴筆繪畫中作為氣源被大量使用，適合室內(nèi)。

該氣泵供電為220V交流電，能提供0.3MPA的大氣壓（俗稱三個(gè)壓），噪音小，安裝在框架底部。

該氣泵通電后，可通過右側(cè)的旋鈕調(diào)節(jié)壓力（順時(shí)針調(diào)大，逆時(shí)針調(diào)小，調(diào)節(jié)時(shí)向上拔出，調(diào)整后再向下摁鎖緊），右側(cè)的壓力表可以實(shí)時(shí)監(jiān)控氣泵輸出的壓力值。

2.2 儲(chǔ)氣罐

儲(chǔ)氣罐的作用是儲(chǔ)存氣體，緩和氣流，避免氣路執(zhí)行元件用氣造成的氣壓波動(dòng)。通過單向閥門向電磁閥供氣。

2.3 壓力開關(guān)（暫未接線）

氣泵工作時(shí)經(jīng)由一個(gè)單向氣閥向儲(chǔ)氣罐提供氣源，當(dāng)儲(chǔ)氣罐達(dá)到設(shè)定的壓力上限時(shí)，需要斷開氣泵；氣泵停止工作，由于單向閥的作用，儲(chǔ)氣罐會(huì)保壓；當(dāng)氣路執(zhí)行元件工作時(shí)，由于用氣會(huì)使得儲(chǔ)氣罐壓力降低到下限值，此時(shí)氣泵再投入運(yùn)行。

因本模型儲(chǔ)氣罐容量小，而且微型氣泵比較耐用，有一定的過壓能力，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)發(fā)熱，注意節(jié)約使用，模型氣源主要是具有演示示教作用，實(shí)際使用時(shí)可直接接電源使用。

壓力開關(guān)壓力值的設(shè)定方法：通過上方螺絲調(diào)節(jié)設(shè)定壓力值，當(dāng)氣路達(dá)到設(shè)定的壓力值后，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)導(dǎo)通，當(dāng)壓力值小于設(shè)定范圍時(shí)，觸點(diǎn)斷開（該觸點(diǎn)在保護(hù)殼內(nèi)，外殼卸掉,殼直接觀察到）。

2.4 電磁閥

電磁閥為直流24V控制，共計(jì)4組，Q1控制氣缸1，以此類推，當(dāng)想改變其功能時(shí)，將氣管相互調(diào)換即可，電磁閥對(duì)應(yīng)的控制線接到了控制端子排上，并有詳細(xì)定義。

2.5 氣路插頭（圖3）

氣路插頭也叫氣路接頭，為快速插頭。當(dāng)氣管更換時(shí)，一手壓住藍(lán)色部分，一手向外拔出即可拆除氣管。當(dāng)連接時(shí)，手懟氣管插入即可。

圖3

2.6 磁性開關(guān)（圖4）

每一個(gè)氣缸兩端安裝2個(gè)磁性開關(guān)，可檢測(cè)氣缸終端到位信號(hào)。磁性開關(guān)信號(hào)（負(fù)極 信號(hào)作為公共端接到一起）接到了端子排上。

圖4

2.7 端子排信號(hào)（如圖5、表1）

圖5

表1

（1）電磁閥線圈端子接線。電磁閥線圈端子應(yīng)接PLC輸出信號(hào)端，共計(jì)8個(gè)輸出點(diǎn)。

從左側(cè)開始端子順序定義：

COM：電磁閥輸出公共端（接24V直流，不分正負(fù)）

1-1：導(dǎo)通時(shí)，Q1向右側(cè)移動(dòng)

1-2：導(dǎo)通時(shí)，Q1向左側(cè)移動(dòng)

2-1：導(dǎo)通時(shí)，Q2向右側(cè)移動(dòng)

2-2：導(dǎo)通時(shí)，Q2向左側(cè)移動(dòng)

3-1：導(dǎo)通時(shí)，Q3向下側(cè)移動(dòng)

3-2：導(dǎo)通時(shí)，Q3向上側(cè)移動(dòng)

4-1：導(dǎo)通時(shí)，Q4向內(nèi)側(cè)爪取

4-2：導(dǎo)通時(shí)，Q4向外側(cè)松開

（2）磁性開關(guān)端子接線。磁性開關(guān)端子接PLC輸入信號(hào)端，總計(jì)8個(gè)輸入點(diǎn)。

1-1：Q1氣缸左側(cè)位置磁性開關(guān)

1-2：Q1氣缸右側(cè)位置磁性開關(guān)

2-1：Q2氣缸左側(cè)位置磁性開關(guān)

2-2：Q2氣缸右側(cè)位置磁性開關(guān)

3-1：Q3氣缸上側(cè)位置磁性開關(guān)

3-2：Q3氣缸下側(cè)位置磁性開關(guān)

4-1：Q4氣缸松開位置磁性開關(guān)

4-2：Q4氣缸夾緊位置磁性開關(guān)

COM：磁性開關(guān)輸入公共端（共負(fù)，接24V-，PLC公共端接24V+）

3 脫機(jī)調(diào)試

氣動(dòng)機(jī)械手教學(xué)模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的抓取移動(dòng)擺放等動(dòng)作,該機(jī)械手動(dòng)能由小型氣泵壓縮空氣提供，由4個(gè)氣缸組合而成，其中Q1和Q2氣缸控制機(jī)械手爪的水平位置，Q3氣缸控制手爪的上下動(dòng)作，Q4氣缸完成工件的抓取放開功能，4個(gè)氣缸的開通關(guān)閉可通過PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥控制，同時(shí)也可以通過電磁閥的手動(dòng)觸點(diǎn)，達(dá)到手動(dòng)控制氣缸的功能。為了讓氣流更加柔和持續(xù)，在氣路管路中添加了一個(gè)氣體儲(chǔ)存罐，方便在氣缸斷電后作為后續(xù)動(dòng)力提供保障，同時(shí)加入一個(gè)機(jī)械壓力開關(guān)，當(dāng)氣路當(dāng)中的氣壓達(dá)到設(shè)定的數(shù)值時(shí)，機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)導(dǎo)通，對(duì)外可以提供信號(hào)。

3.1 其他參數(shù)

氣泵壓力：0.3Mpa 可調(diào)節(jié)

壓力開關(guān)：0.1MPa 出廠設(shè)置，可調(diào)節(jié)

3.2 注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)禁在實(shí)驗(yàn)過程中將手伸到工作區(qū)域。

（2）氣泵盡量不要頻繁通斷，如果頻繁通斷，可能造成第二次啟動(dòng)的時(shí)候，氣泵自我保護(hù)，需等待一段時(shí)間才能啟動(dòng)的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

以上文字材料較為詳細(xì)地介紹了氣動(dòng)機(jī)械手工作原理、結(jié)構(gòu)、制作明細(xì)等，希望能為機(jī)器人愛好者提供寶貴的技術(shù)要點(diǎn)。