基于PLC控制機械手在倉儲物品存儲中的應用

折小榮1，張賢信2，張大斌2，丁乃典2

(1.貴州省標準化院，貴州貴陽550000；2.貴州大學機械工程學院，貴州貴陽550025)

摘要：根據(jù)倉儲物品存儲發(fā)送的實際需求，對運輸物品的特性進行分析，設計一種利用斜坡重力，基于PLC控制的倉儲物品運送機械手。該機械手通過編碼器對位置信息進行檢測，通過伺服電機帶動導軌運動，實現(xiàn)機械手在X、Y方向的平面復合運動，準確將物品輸送到指定的儲存槽，實現(xiàn)了物品的自動入庫。

關(guān)鍵詞:倉儲PLC機械手編碼器

中圖分類號：TP241文獻標識碼：A

作者簡介：折小榮，男，山西太原人，高級工程師，研究方向：檢測技術(shù)及自動控制，標準化。

收稿日期：2014-11-03

The application of PLC controlled robot in goods storage

ZHE Xiaorong, ZHANG Xianxin, ZHANG Dabin, DING Naidian

Abstract:According to the actual needs of goods storage and distribution, the characteristics of goods were analyzed. A storage goods transport robot was designed based on the principle of ramp gravity and PLC control. The robot can detect goods’ position information via an encoder, then the slide way is driven by a servo motor to achieve complex plane manipulator movement of the robot in both X and Y directions, which accurately conveys the goods to the designated storage tank, so as to achieve automatic warehousing.

Keywords:warehousing；PLC；robot；encoder

0引言

自動倉儲機械手是一種用于自動化倉儲庫房中的核心部件，具有結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速、平穩(wěn)、可靠等優(yōu)點。該機械手用于倉儲的自動配送，其涵蓋了PLC控制技術(shù)、位置檢測技術(shù)等，減少勞動人員對于倉儲物品的配送強度，提高倉儲物品的自動化管理，具有廣泛的應用前景。

1倉儲機械手工作原理和結(jié)構(gòu)

自動化物料機械手由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)所組成，整個系統(tǒng)需要完成的任務如下：

1)盒裝物品在傳感器的檢測下進入傳送帶，對盒裝物品的條形碼進行掃描，物品正確繼續(xù)傳送，否則停止。

2)物品在傳送帶的輸送下進入滑槽內(nèi)，滑槽與水平面呈25°。運輸物品在重力的作用下，滑下至擋板上。

3)通過編碼器將物品所需運送的儲物柜位置信息轉(zhuǎn)化為電信號，在X伺服電機的驅(qū)動下，X導軌帶動固聯(lián)在滑塊上的Y導軌進行水平方向上的運動，與此同時固聯(lián)在Y導軌滑塊上的機械手在Y向伺服電機的驅(qū)動下進行豎直方向上的運動。

4)機械手在X-Y的方向上運動到達指定的儲物槽上，滑槽在交流電機的帶動下翻轉(zhuǎn)，電磁鐵失電，頂針往回收縮，折型擋板打開，物品順勢滑出，進入儲物槽中。

1.X軸導軌；2.Y軸導軌；3.機械手；4.Y軸伺服電機；5.X軸伺服電機；6.儲物槽。 圖1　自動化倉儲機械手總裝圖

5)機械手回到原位，一個裝載過程結(jié)束。

如圖1，該機械手安裝在導軌上，通過XY導軌運動，可以實現(xiàn)機械手在X、Y平面上的二維運動。該機械手屬于二自由度機械手，可以完成X、Y兩個方向的移動。

圖2　機械手

機械手滑槽通過支承板的連接，安裝在傳動軸上，如圖2所示。

滑槽的側(cè)傾由交流伺服電機驅(qū)動而實現(xiàn)，其傳動過程為：電機運轉(zhuǎn)啟動，通過聯(lián)軸器帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動滑槽動作。傳動軸上的軸承選用角接觸球軸承，具有同時承受單向軸向載荷和徑向載荷的特點，成對使用能夠滿足機身結(jié)構(gòu)的承載需求?？傮w設計思想為：通過電機(帶減速器)驅(qū)動滑槽側(cè)傾，以保證盒裝物品自動對齊，滑槽底部設計有擋板機構(gòu)，通過擋板的開合，控制盒裝物品滑入儲物槽。

表1　機械手設計參數(shù)

2導軌的受力及校核

圖3　速度特性圖

運動參數(shù)主要通過速度規(guī)劃確定，速度規(guī)劃采用直線速度特性，如圖3所示。運動方程為：

S=v(t1+t2)

式中：S—運動行程；v—最大運動速度；t1—加速(或減速)運動時間；t2—勻速運動時間。

圖4　導軌受力圖

機械手在工作時進行上下左右移動，加速和停止，導軌會受到一定強度的沖擊，導軌的工作狀況直接決定了機械手的控制精度。所以需要對工作導軌進行受力分析校核，選擇工作性強，定位精度高，磨耗小且能長時間維持精度的導軌，能夠有效地緩解工作過程帶來的沖擊。導軌受力如圖4所示，根據(jù)作業(yè)要求，機械手在加速時導軌受力最大。

X導軌所受到的力及轉(zhuǎn)矩：

Fx=W×a；Fy=0；Fz=M×g

Mx=Fz×Ly；My=Fx×Lz；Mz=Fy×Lx

W=K×m；Fx=W×(g+a)

Mz=Fx×Ly；My=Fx×Lz；Mx=0

式中：W為移動質(zhì)量；K為安全系數(shù)，取K=1.2； Ly為機械手的重心到過軸線與導軌相垂直平面的距離；Lz為機械手的重心到過軸線與導軌所在平面的距離；g為重力加速度，a為移動加速度；同理，Y導軌的受力通過同樣的方法計算出；通過校核選擇合適的導軌進行安裝。

3控制系統(tǒng)要求

本控制系統(tǒng)中設置手動和自動工作兩種工作方式，并帶有顯示功能。當切換到自動位置時，按下相應的操作按鈕可以實現(xiàn)機械手上升下降左移右移擋板打開的動作。運輸機械手工作時，通過編碼器進行位置檢測，再由伺服電機帶動機械手將物品輸送到相對應的儲物盒中。

控制系統(tǒng)共有13個輸入點，以及7個輸出點，選用歐姆龍CPMIA型PLC；對其進行I/O地址分配，其表如表2所示。

表2　I/O分配表

接線圖如圖5所示。

圖5　控制接線圖

4結(jié)束語

自動化倉儲機械手是倉儲系統(tǒng)的核心部件，能夠存儲和管理多個品種、一定數(shù)量和各種包裝的物品，確保物流高峰期的供給，避免出現(xiàn)用料短缺的情況，大大減少倉儲人員的勞動強度，實現(xiàn)了倉儲的自動化管理，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1]吉曉尼，齊維浩.機器人力平衡方程式及卸荷裝置優(yōu)化設計[M]. 機器人，1989.第1期

[2]張鐵異，何國金，黃振峰.基于PLC控制的混合型氣動機械手的設計與實現(xiàn)[J].液壓與氣動，2008(9)

[3]范金玲.基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設計[J].液壓與氣動，2010(7)

[4]李國平，時圣勇，李宏偉，艾長勝，孫選. 基于PLC控制的氣動機械手實驗裝置的研制[J].液壓與氣動，2003(1)

[5]鮑燕偉，吳玉蘭. 一種通用氣動機械手的控制設計[J].機床與液壓，2006(9)

[6]杜玉紅，李修仁.生產(chǎn)線組裝單元氣動搬運機械手的設計.液壓與氣動,2006(5)

[7]謝亞青，儲開芳.基于PLC的五自由度氣動搬運機械手研制.液壓與氣動,2007(11)

[8]楊后川，楊萍，陳勇，張學明. 基于FX2N PLC控制的實驗用氣動機械手設計[J].液壓與氣動，2009(2)