基于JP-235A光機電一體化實訓裝置中機械手優化設計

李遠志 鄭曉煜 王云肖

摘 要：在現代工業生產中，生產過程的機械化、自動化已經成為主題，大量自動化設備代替人工。隨著工業現代化的進一步發展，為了提高生產效率、節約成本、提高產品工藝質量、提高生產產品多樣性、可以大規模生產，自動化生產線系統以及與之相匹配的機械手控制系統也便應運而生。

關鍵詞：自動化控制;機械手;光傳感器

自動化生產線是能實現產品生產過程一體化的一種機器設備的總稱，通過采用一套可以自動進行加工、檢測、分揀、搬運、入庫等工序的機器設備，組成具有高度連續和完全自動化性能的生產線進行產品加工。自動化生產線可以代替大量人工從而提高生產效率。同時，降低生產成本、提高加工質量、縮短產品生產開發周期，是機械制造業競爭和發展的基礎，也是先進機械制造業技術水平的標志。它的發展趨勢是提高自動生產線的可調整性，擴大加工工藝范圍，提高加工精度和自動化控制程度，其與計算機的結合應用，更是實現自動化加工車間柔性制造的基礎。

同時自動化車間、自動化生產線已經成為現代企業的重要組成部分，無人工廠、無人流水線等等，已經隨處可見了。同時，它還能在高溫、低溫、水下、有毒氣體、無菌工廠等，不利于人工操作的地方，會使人工勞動力大大降低。而其中的機械手一般是有耐高溫、耐腐蝕的輕型合金（如鋁合金）材料制成，能在各種惡劣的環境下作業，降低了環境對工人的危害，大大提高了工作效率。

由于在教學過程中使用的設備為JP-235A光機電一體化實訓裝置，該裝置通過PLC，對機械手的上下、左右及抓緊松開進行控制。機械部分主要有機械手、位置傳感器、氣缸、支撐架、節流閥、顏色傳感器。然后，通過對機械手進行程序控制進行對物料的抓取，傳送。

JP-235A光機電一體化實訓裝置該自動化模擬生產線，較好的解決了在學校期間，只能接觸到以單元模塊的實驗板，在課堂上只能觀看自動化生產的視頻及資料，不能實際操作。這樣使教學達不到理想的教學效果以及學生的動手操作能力。

JP-235A光機電一體化實訓裝置該設備設計了，三個模塊：上料模塊、搬運模塊、分揀入庫模塊。該套設備還原了車間現場的狀況，控制對象是仿照車間自動化生產線進行模擬，可以很好的解決機電一體化和自動化及相關專業在學校期間動手實踐中遇到的難題。

上料模塊：上料模塊初始狀態，物料盤內無物料擋板靜止不動。上料模塊是將物料小瓶放置在圓形轉盤內，圓形轉盤內有一個擋板推動物料到圓形轉盤出物料的A點，出物料的平臺有一個傳感器，在物料觸碰到傳感器是上料模塊運動完畢等下機槍手模塊進行工作。

搬運模塊：通過機械手對工件進行搬運，機器手模塊初始狀態，手抓松開、機械臂在左、伸出氣缸縮回、下降氣缸縮回。機械手模塊是將上料模塊中已推動到A點的物料進行搬運作業，帶上模塊發出物料已到位信號后機械手伸出到位、下降到位、精確抓取物料，然后上升到位、縮回到位、擺動到右邊在進行伸出、下降、松開將物料放置在B點后恢復初始狀態，回到初始位置等待分揀入庫單元運動。

分揀入庫模塊：分揀入庫模塊初始狀態，皮帶停止運動、推料氣缸縮回。分揀入庫模塊是將機械手模塊放置在B點位置的物料進行顏色檢測，將黑色物料推送到倉庫A或將白色物料推送到倉庫B后。皮帶停轉向上料模塊發送指令，進行循環作業。

1 在使用JP-235A光機電一體化實訓裝置時發現其中不足之處進行改裝：

在多次編程與調試后，發現JP-235A光機電一體化實訓裝置在分揀入庫模塊中顏色傳感器，受到與物料距離太遠或當時陽光或燈光過于強烈的影響，會導致黑白顏色分辨不清楚進行誤操作。

2 機械手模塊控制要求：

機械手模塊主要功能是將A點的物料通過機械手搬運到B點，在搬運的過程中同時進行物料的顏色檢測，向分揀入庫模塊發送指令。

初始狀態：機械手手抓松開、機械手手臂縮回、升降氣缸縮回、擺動氣缸在左極限限位。

任務書：當機械手在初始狀態時，A點位置有物料時，按下啟動按鈕機械手啟動運行，機械手手臂伸出到后延遲1S，升降氣缸下降到位后延遲1秒，機械手手抓抓緊后進行檢查物料顏色，同時延遲1秒后，升降氣缸上升到位后延遲1秒，機械手手臂縮回后延遲1秒，擺動氣缸向右擺動到右極限后延時2S;機械手手臂伸出到后延遲1S，升降氣缸下降到位后延遲1秒，機械手手抓松放開物料后延遲1秒，升降氣缸上升到位后延遲1秒，機械手手臂縮回后延遲1秒，擺動氣缸向左擺動到左極限后延遲2S，現在機械手位置在初始狀態等待分揀入庫模塊完成作業。

本次設計是將JP-235A光機電一體化實訓裝置的分揀入庫單元只的顏色傳感器安裝在，機械手模塊的抓手上，在機械手的手抓上開一個可以裝下顏色傳感器的小孔，將顏色傳感器固定在上面并將顏色傳感器的探頭對準物料，但探頭不與物料接觸。這樣能使物料與顏色傳感器最近距離接近，同時，在機械手抓緊物料后會使顏色傳感器被陽光或燈光影響的程度大大降低，使JP-235A光機電一體化實訓裝置作業更加精準減少誤操作。后面編程部分只針對機械手進行改裝和編程。

本文所提出的對JP-235A光機電一體化實訓裝置改造，是在本人在校期間使用JP-235A光機電一體化實訓裝置時遇到的問題，在編寫完程序后設備未按所編寫的程序運行，經過一步步檢查發現在陽光和燈光對分揀入庫模塊影響較大，影響實驗對教學的效果，因此對JP-235A光機電一體化實訓裝置的機械手進行改裝，以達到降低教學中出現的失誤。

參考文獻：

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[2] 王倢婷 主編.傳感器及應用 中國勞動社會保障出版社，2014

[3] 胡曉林 編著.電氣控制與PLC應用技術[M].北京：北京理工大學出版社，2018.

[4] 陶權，韋瑞錄.PLC控制系統設計、安裝與調試. 北京理工大學出版社.2009

作者簡介：

李遠志（1984—），女 ，漢族，河北石家莊， 碩士研究生，講師，研究方向：機械電子，自動化控制。

課題：河北省高技能人才培訓基地建設路徑研究——以機電工程系為例

課題編號：YJ201907

（石家莊信息工程職業學院，河北 石家莊 050000）