亞龍YL-335B型自動生產(chǎn)線機(jī)械手控制系統(tǒng)改進(jìn)

王治學(xué)

（天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津300400）

0 引言

亞龍YL-335B型自動生產(chǎn)線裝備由機(jī)械手單元、供料單元、裝配單元、加工單元和分揀單元5個單元組成。各單元的基本功能為：機(jī)械手單元通過伺服驅(qū)動精準(zhǔn)地找到目標(biāo)工件抓取并運(yùn)送到指定地點；供料單元向系統(tǒng)提供原料；裝配單元對供料單元提供的工件進(jìn)行鑲嵌工作；加工單元將鑲嵌好的工件放到?jīng)_壓機(jī)構(gòu)下面，完成一次沖壓加工動作；分揀單元將已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀，使不同顏色和材質(zhì)的工件從不同的料槽分流[1]。

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)為：機(jī)械手每經(jīng)過一個單元，待該單元執(zhí)行完所有的動作之后，才執(zhí)行下一步動作。在這期間，機(jī)械手一直是在該單元等待，嚴(yán)重影響生產(chǎn)線整體的效率，從而影響經(jīng)濟(jì)效益。為徹底解決這一問題，我們要打破原有的流程順序，使機(jī)械手一直不停的工作，需要它停止時它才能停止運(yùn)行。

1 自動化生產(chǎn)線工藝流程

1.1 傳統(tǒng)機(jī)械手運(yùn)動操作過程

傳統(tǒng)機(jī)械手運(yùn)動操作過程如下：系統(tǒng)啟動后，機(jī)械手由伺服驅(qū)動前往供料單元；供料單元檢測到機(jī)械手到來的信號，由氣缸帶動驅(qū)動機(jī)械裝置推出原料工件，并發(fā)送推料完成信號給機(jī)械手；機(jī)械手進(jìn)行抓取動作，然后前往裝配單元；待其停止，機(jī)械手對工件進(jìn)行放置動作，然后機(jī)械手收回，并給裝配單元發(fā)送信號；裝配單元對放置好的工件進(jìn)行鑲嵌工序，完成之后給機(jī)械手發(fā)送信號命令其抓取工件；機(jī)械手抓取完成前往加工單元進(jìn)行放置；同理，加工完成后再由機(jī)械手送到分揀單元根據(jù)不同的材質(zhì)和顏色來進(jìn)行分類；分類完成后機(jī)械手前往供料單元開始下一周期工作。

可以看出，機(jī)械手在裝配、加工、分揀甚至供料過程中浪費(fèi)了大量時間，且同一時間只有一個單元在工作，這是第一個問題。另外，在實際運(yùn)行中，運(yùn)動控制在停止時由于慣性作用可能會導(dǎo)致伺服驅(qū)動脈沖的丟失，影響位置的精確度，可能會出生產(chǎn)事故，這是第二個問題。因此對控制系統(tǒng)的改進(jìn)勢在必行。

1.2 改進(jìn)后機(jī)械手運(yùn)動操作過程

從更高效的方面來考慮，在其他單元工作時，如果時間允許，可以驅(qū)動機(jī)械手再次從供料站抓取更多次的工件。這樣既保證了多個單元同時工作，也減少了機(jī)械手的等待時間，一舉兩得。改進(jìn)后機(jī)械手運(yùn)動操作如下：首先，機(jī)械手從供料單元抓取工件1，經(jīng)過裝配單元，再到加工單元。放下工件1后直接回到供料單元，接著取工件2放在裝配單元，然后去加工單元將剛剛加工好的工件1送到分揀單元進(jìn)行分揀。在放置到分揀單元后，再前往裝配單元把工件2放到加工單元，之后繼續(xù)回供料單元取工件3，通過來回往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，解決了第一個問題。整個工藝流程的循環(huán)過程是機(jī)械手從第二次在供料單元抓取工件開始的，其工藝流程如圖1所示。

2 電氣控制系統(tǒng)分析

2.1 機(jī)械手電氣控制分析

控制機(jī)械手所用的PLC為西門子200系列226型CPU，晶體管輸出模式，選擇的輸入信號共有15個，包括10個傳感器信號、4個開關(guān)信號和1個伺服報警信號，如表1所示。輸出信號共有11個，包括6個電磁閥輸出、3個指示燈和2個高速脈沖輸出控制信號，如表2所示。這兩高速脈沖信號其中一個控制脈沖的輸出個數(shù)，另一個控制方向[2]。

機(jī)械手的動作均由相應(yīng)的電磁閥推動氣缸完成，每完成一個動作，相應(yīng)的傳感器會收到完成信號。當(dāng)機(jī)械手收到抓取信號時，首先令伸出電磁閥線圈通電，機(jī)械手伸出；伸出到位傳感器檢測到信號時，會令夾緊電磁閥通電，執(zhí)行夾緊動作；夾緊到位后執(zhí)行上升動作；上升到位后機(jī)械手縮回，如圖2所示。當(dāng)機(jī)械手收到放置信號時，執(zhí)行伸出、下降、松開和縮回這4個動作，如圖3所示。如果運(yùn)動目標(biāo)是分揀單元時，在4個動作進(jìn)行完后會多執(zhí)行一個向左或者向右的動作。

2.2 機(jī)械手的運(yùn)動控制分析

為了方便控制機(jī)械手的運(yùn)動速度，運(yùn)行信號采用MAN指令，機(jī)械手的運(yùn)行速度會按照VD710中的數(shù)值，十分方便。停止信號采用CTRL指令，當(dāng)滿足STOP條件時，機(jī)械手會逐漸停止。位置控制采用LDPOS指令，VD610里記錄著關(guān)于位置的實時脈沖信號，程序如圖4所示。

表1 PLC控制機(jī)械手輸入點分配表

表2 PLC控制機(jī)械手輸出點分配表

圖2 機(jī)械手抓取動作程序

圖3 機(jī)械手放置動作程序

2.3 機(jī)械手減速停止分析

圖4 機(jī)械手啟停和位置控制程序

為解決機(jī)械手由于慣性作用停止時導(dǎo)致脈沖丟失的問題，我們采用的策略是∶在機(jī)械手離目標(biāo)還有一定位置時開始減速，隨著離目標(biāo)越來越近，速度逐漸變慢，到達(dá)目標(biāo)位置時速度恰好降到0，如圖5所示。VD610是機(jī)械手實時位置的脈沖數(shù)，VD810是目標(biāo)位置的脈沖數(shù)，當(dāng)兩者距離減小到10000個脈沖以內(nèi)時,開始以線性比例減速，直到速度降為0，如圖5所示。這樣就解決了第二個問題。

圖5 機(jī)械手減速程序

3 結(jié)束語

目前，PLC控制的自動化生產(chǎn)線是制造業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的發(fā)展趨勢，其中機(jī)械手更是不可或缺的。如何控制好機(jī)械手的運(yùn)行速度、位置、可靠性等是必須考慮和解決的問題，生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率倆者是和經(jīng)濟(jì)效益緊密相關(guān)的。實驗證明，新的工藝流程和降速停止功能的加入，能夠使原有生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率提升30%以上，運(yùn)行安全保障也得到了提升，值得推廣。