工业设备维护系统的开发

陆光铭 钟键 罗男生 东莞理工学院 机械工程学院 曾志彬 吴国洪 东莞市横沥模具科技产业发展有限公司 李志峰 北京航天智造科技发展有限公司

0 前言

在锂电池的生产中安全问题尤为重要，从典型锂离子火灾案例的基础上分析出几方面分析锂离子电池的起火原因，其中外部短路与刚性损伤占直接导致锂电池燃烧爆炸，而外部短路情况多出现在电池在搬运过程掉落后与金属接触，刚性损伤则多出现在刚性机械手抓取时将动力电池压损。

中国经济的快速增长,带动了各行各业的发展,中国工业技术已经进行了大范围的革新,传统的生产工艺已经满足不了工业快速发展的要求,因此机械手应运而生。同时搬运过程中通常采用机械手结合各种取料组件以达到搬运的功能，机械手的设计通常稳定可靠，故设计的关键在于取料组件的合理性。

参考缓冲弹簧刚度测试的原理及试验方法，利用缓冲弹簧的载荷-位移特性曲线，依托缓冲弹簧的工作稳定、可靠等特性，采用缓冲弹簧结合在吸附组件能够有效解决刚性机械手抓取时将动力电池压损的问题。进一步的，通过在吸附组件两侧增加阻挡机构，能够在锂电池由于各种原因而掉落后及时将其阻挡，避免锂电池与设备上其他金属接触，有效解决外部短路而引起起火的情况。

针对上述问题，本文提出了一种工业设备维护系统的开发方案，以气缸为动力、以滑块与导轨，直线轴承与缓冲轴作为传动部件，以吸盘为执行件，以PLC为控制中心，实现吸附并保护电池，下文将从机构设计方面与软件系统搭建方面进行阐述。

1 硬件平台设计

本文所设计具有保护作用的吸附结构，包括了气缸等驱动件，各连接组件，滑块与导轨、直线轴承与缓冲轴等传动件，吸盘作为执行件，各限位件和部分辅助件。组件安装板设置于Z轴安装板的上方，并通过螺栓连接；两个加强板设置于组件安装板后方，与组件安装板和Z轴安装板两两垂直，并通过螺栓连接；滑块导轨中的滑轨设置于Z轴安装板的卡槽中，并通过螺栓连接；滑块导轨中的滑块设置于Z轴运动板后方，沿着铣边安装，并通过螺栓连接；迷你气缸通过锁定在迷你气缸安装板后设置于Z轴安装板后，并通过螺栓连接；浮动接头设置于迷你气缸的连杆末端，并通过螺纹连接；连接块Ⅰ设置于Z轴运动板后，并通过螺栓连接；连接块Ⅰ与浮动接头装配连接，实现浮动配合；通过气缸带动Z轴运动板以导轨与滑块的传动方式实现在Z轴的移动。两个限位座Ⅱ设置于Z轴安装板后方，左右对称，并通过螺栓连接；两个缓冲器分别设置于两个限位座Ⅱ中，并通过螺纹连接；两个限位座Ⅰ设置于Z轴安装板两侧，并通过螺栓连接；两个缓冲器分别设置于两个限位座Ⅰ中，并通过螺栓连接；两个限位块设置于Z轴安装板前方，并通过螺栓连接。通过限位块与缓冲器实现在Z轴方向的位置限定，以及缓冲的方式有利于提高气缸的寿命，增加吸附组件的耐用性。

电磁阀安装板设置于Z轴运动板前方，并通过螺栓连接，二位三通电磁阀与真空压力表安装在电磁阀安装板上；两过滤器设置于电磁阀安装板前方，并通过螺栓连接；两个加强板设置于Z轴运动板前方的卡槽中，并通过螺栓连接；转接板设置于两个加强板下方，并通过螺栓连接；缓冲板设置于转接板下方，并通过螺栓、销钉连接；汇流板设置于缓冲板前方，并通过螺栓连接；两直管接头和四个弯管接头设置于缓冲板前方，并通过螺栓连接；四个直线轴承设置于缓冲板中，并通过螺栓连接；四个限位片分别设置于四个缓冲轴上方，并通过螺栓连接；四个缓冲轴分别设置于直线轴承中，并分别安装一弹簧后设置于气路板上方，并通过螺栓连接，实现垂直方向的滑动配合；8个吸盘设置于气路板下方，并通过螺栓连接；两连接块Ⅱ设置于Z轴安装板两侧，并分别通过螺栓、销钉连接；两双杆气缸Ⅰ设置于两连接块Ⅱ外侧，并分别通过螺栓连接；两阻挡气缸安装板设置于两双杆气缸Ⅰ的推杆末端，并分别通过螺栓连接；两双杆气缸Ⅱ设置于阻挡气缸安装板下方，并分别通过螺栓连接；胶块设置于气缸Ⅱ推杆末端，并分别通过螺栓连接。

2 软件系统搭建

迷你气缸带动Z轴运动板垂直下降，通过弹簧缓冲的方式吸附产品，迷你气缸带动Z轴运动板垂直上升。两双杆气缸Ⅰ带动阻挡气缸安装板下降，两双杆气缸Ⅱ带动两胶块在水平方向伸出，若产品掉落则落在胶块上。经过搬运后，两双杆气缸Ⅱ带动两胶块在水平方向缩回，两双杆气缸Ⅰ带动阻挡气缸安装板上升，避免下降时与工作台干涉。迷你气缸带动Z轴运动板下降，通过弹簧缓冲的方式放下产品，实现目标物体安全的搬运。

系统运行方面，使用时，以PLC为控制中心，磁性开关作为感应器，8个吸盘作为执行元件。PLC发指令控制五位三通电磁阀Ⅰ，改变电磁阀进出气的方向，进而通过气缸连杆的前进带动吸附组件在Z轴方向下降，与目标物体接触。PLC收集到磁性开关的触发信息，进而向二位三通电磁阀发指令，通过压差产生的吸力将目标物体吸附。PLC采集真空压力表数值信号，当吸盘内达到一定压强值，PLC发指令控制五位三通电磁阀Ⅰ，改变电磁阀进出气的方向，进而通过气缸连杆的后退带动吸附组件在Z轴方向上升。PLC收集到磁性开关的触发信息，向电磁阀Ⅱ发指令，通过改变电磁阀进出气的方向令双杆气缸下降。PLC收集到磁性开关的触发信息，向电磁阀Ⅲ发指令，通过改变电磁阀进出气的方向令阻挡气缸伸出，避免目标物体落地。在搬运的同时实时采集真空压力表数值信号，若数值小于一定值，则停止所以动作并报警，以达安全搬运物体的目的。

3 结语

本文所做的工作总结如下：第一，根据功能的要求对吸附组件进行了结构设计；第二，根据执行功能搭建了吸附组件的控制系统。本文设计以缓冲式吸盘组件吸附目标物体，进一步通过两侧的气缸组件保护目标物体，采用缓冲轴与直线轴承、导轨与滑块的传动方式，通过实时监测真空压力表的数值判断目标物体是否被成功吸附，并且添加磁性开关保证吸附组件运行的安全性。