基于JP-235A光机电一体化实训装置中机械手优化设计

李远志 郑晓煜 王云肖

摘 要：在现代工业生产中，生产过程的机械化、自动化已经成为主题，大量自动化设备代替人工。随着工业现代化的进一步发展，为了提高生产效率、节约成本、提高产品工艺质量、提高生产产品多样性、可以大规模生产，自动化生产线系统以及与之相匹配的机械手控制系统也便应运而生。

关键词：自动化控制;机械手;光传感器

自动化生产线是能实现产品生产过程一体化的一种机器设备的总称，通过采用一套可以自动进行加工、检测、分拣、搬运、入库等工序的机器设备，组成具有高度连续和完全自动化性能的生产线进行产品加工。自动化生产线可以代替大量人工从而提高生产效率。同时，降低生产成本、提高加工质量、缩短产品生产开发周期，是机械制造业竞争和发展的基础，也是先进机械制造业技术水平的标志。它的发展趋势是提高自动生产线的可调整性，扩大加工工艺范围，提高加工精度和自动化控制程度，其与计算机的结合应用，更是实现自动化加工车间柔性制造的基础。

同时自动化车间、自动化生产线已经成为现代企业的重要组成部分，无人工厂、无人流水线等等，已经随处可见了。同时，它还能在高温、低温、水下、有毒气体、无菌工厂等，不利于人工操作的地方，会使人工劳动力大大降低。而其中的机械手一般是有耐高温、耐腐蚀的轻型合金（如铝合金）材料制成，能在各种恶劣的环境下作业，降低了环境对工人的危害，大大提高了工作效率。

由于在教学过程中使用的设备为JP-235A光机电一体化实训装置，该装置通过PLC，对机械手的上下、左右及抓紧松开进行控制。机械部分主要有机械手、位置传感器、气缸、支撑架、节流阀、颜色传感器。然后，通过对机械手进行程序控制进行对物料的抓取，传送。

JP-235A光机电一体化实训装置该自动化模拟生产线，较好的解决了在学校期间，只能接触到以单元模块的实验板，在课堂上只能观看自动化生产的视频及资料，不能实际操作。这样使教学达不到理想的教学效果以及学生的动手操作能力。

JP-235A光机电一体化实训装置该设备设计了，三个模块：上料模块、搬运模块、分拣入库模块。该套设备还原了车间现场的状况，控制对象是仿照车间自动化生产线进行模拟，可以很好的解决机电一体化和自动化及相关专业在学校期间动手实践中遇到的难题。

上料模块：上料模块初始状态，物料盘内无物料挡板静止不动。上料模块是将物料小瓶放置在圆形转盘内，圆形转盘内有一个挡板推动物料到圆形转盘出物料的A点，出物料的平台有一个传感器，在物料触碰到传感器是上料模块运动完毕等下机枪手模块进行工作。

搬运模块：通过机械手对工件进行搬运，机器手模块初始状态，手抓松开、机械臂在左、伸出气缸缩回、下降气缸缩回。机械手模块是将上料模块中已推动到A点的物料进行搬运作业，带上模块发出物料已到位信号后机械手伸出到位、下降到位、精确抓取物料，然后上升到位、缩回到位、摆动到右边在进行伸出、下降、松开将物料放置在B点后恢复初始状态，回到初始位置等待分拣入库单元运动。

分拣入库模块：分拣入库模块初始状态，皮带停止运动、推料气缸缩回。分拣入库模块是将机械手模块放置在B点位置的物料进行颜色检测，将黑色物料推送到仓库A或将白色物料推送到仓库B后。皮带停转向上料模块发送指令，进行循环作业。

1 在使用JP-235A光机电一体化实训装置时发现其中不足之处进行改装：

在多次编程与调试后，发现JP-235A光机电一体化实训装置在分拣入库模块中颜色传感器，受到与物料距离太远或当时阳光或灯光过于强烈的影响，会导致黑白颜色分辨不清楚进行误操作。

2 机械手模块控制要求：

机械手模块主要功能是将A点的物料通过机械手搬运到B点，在搬运的过程中同时进行物料的颜色检测，向分拣入库模块发送指令。

初始状态：机械手手抓松开、机械手手臂缩回、升降气缸缩回、摆动气缸在左极限限位。

任务书：当机械手在初始状态时，A点位置有物料时，按下启动按钮机械手启动运行，机械手手臂伸出到后延迟1S，升降气缸下降到位后延迟1秒，机械手手抓抓紧后进行检查物料颜色，同时延迟1秒后，升降气缸上升到位后延迟1秒，机械手手臂缩回后延迟1秒，摆动气缸向右摆动到右极限后延时2S;机械手手臂伸出到后延迟1S，升降气缸下降到位后延迟1秒，机械手手抓松放开物料后延迟1秒，升降气缸上升到位后延迟1秒，机械手手臂缩回后延迟1秒，摆动气缸向左摆动到左极限后延迟2S，现在机械手位置在初始状态等待分拣入库模块完成作业。

本次设计是将JP-235A光机电一体化实训装置的分拣入库单元只的颜色传感器安装在，机械手模块的抓手上，在机械手的手抓上开一个可以装下颜色传感器的小孔，将颜色传感器固定在上面并将颜色传感器的探头对准物料，但探头不与物料接触。这样能使物料与颜色传感器最近距离接近，同时，在机械手抓紧物料后会使颜色传感器被阳光或灯光影响的程度大大降低，使JP-235A光机电一体化实训装置作业更加精准减少误操作。后面编程部分只针对机械手进行改装和编程。

本文所提出的对JP-235A光机电一体化实训装置改造，是在本人在校期间使用JP-235A光机电一体化实训装置时遇到的问题，在编写完程序后设备未按所编写的程序运行，经过一步步检查发现在阳光和灯光对分拣入库模块影响较大，影响实验对教学的效果，因此对JP-235A光机电一体化实训装置的机械手进行改装，以达到降低教学中出现的失误。

参考文献：

[1] 尚会超 编著.机电一体化控制技术[M].西安：西北工业大学出版社，2019.

[2] 王倢婷 主编.传感器及应用 中国劳动社会保障出版社，2014

[3] 胡晓林 编著.电气控制与PLC應用技术[M].北京：北京理工大学出版社，2018.

[4] 陶权，韦瑞录.PLC控制系统设计、安装与调试. 北京理工大学出版社.2009

作者简介：

李远志（1984—），女 ，汉族，河北石家庄， 硕士研究生，讲师，研究方向：机械电子，自动化控制。

课题：河北省高技能人才培训基地建设路径研究——以机电工程系为例

课题编号：YJ201907

（石家庄信息工程职业学院，河北 石家庄 050000）