李健

摘要：由于工業(yè)自動(dòng)化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對(duì)工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動(dòng)化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng)，滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過(guò)程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，可以說(shuō)是一舉兩得。在發(fā)泡陶瓷行業(yè)中，機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于陶瓷毛坯板材的自動(dòng)卸車，自動(dòng)布料及成品板材的自動(dòng)切割等。

關(guān)鍵詞： 工業(yè)自動(dòng)化；機(jī)械化；機(jī)械手應(yīng)用

發(fā)泡陶瓷生產(chǎn)工藝主要是利用尾礦廢料實(shí)現(xiàn)二次利用，主要分為制粒、燒成、切割三個(gè)步驟，制粒主要將各種原料混合在一起，加水通過(guò)球磨機(jī)將其進(jìn)行充分研磨，形成泥漿狀，經(jīng)過(guò)噴霧干燥塔使?jié)窳献優(yōu)榉蹱罡闪?，通過(guò)專用磨具將粉料布為想要生產(chǎn)的規(guī)格，進(jìn)入窯爐進(jìn)行燒成，發(fā)泡陶瓷燒成周期比較長(zhǎng)，從進(jìn)窯到出窯一般在24小時(shí)左右，毛坯出窯后通過(guò)機(jī)械手將其卸到貯坯線，通過(guò)運(yùn)輸鏈輸送到切割工位，在由機(jī)械手抓取到切割生產(chǎn)線，進(jìn)行成品板材切割，切割成形后，由機(jī)械手卸到指定工位，進(jìn)行成品打包。機(jī)械手在發(fā)泡陶瓷生產(chǎn)線中的應(yīng)用可使上下工序有效銜接，提高生產(chǎn)效率，可以降低人力成本及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓取板材的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等，抓取發(fā)泡陶瓷板材主要用夾持型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。由于發(fā)泡陶瓷生產(chǎn)線板材較大，只需完成上下和前后自由度即可?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)主要由PLC來(lái)完成對(duì)其動(dòng)作的控制，通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所需要的功能。

機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。一般在發(fā)泡陶瓷行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的多為液壓式和氣動(dòng)式兩種機(jī)械手。

機(jī)械手設(shè)有調(diào)整、連續(xù)、單周及步進(jìn)四種工作方式，工作時(shí)要首先選擇工作方式，然后操作其對(duì)應(yīng)按鍵。

一、調(diào)整工作方式

可按相應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)左移、右移、上移、下移、加緊、放松各個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)調(diào)整。

二、連續(xù)工作方式即自動(dòng)工作方式

轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動(dòng)狀態(tài)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手按下降→加緊→上升→橫向前移→下降→放松→上升→橫向后移的順序周而復(fù)始的連續(xù)工作；其中各個(gè)運(yùn)行方式全部靠傳感器給定信號(hào)完成，上一道工序運(yùn)動(dòng)結(jié)束，到達(dá)指定位置，下一道工序接收到指定信號(hào)后，完成下一步驟操作，循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；按下停止按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)結(jié)束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。

三、單周工作方式

轉(zhuǎn)換開關(guān)處于單周工作模式，按下起動(dòng)按鈕后，機(jī)械手按下降→加緊→上升→橫向前移→下降→放松→上升→橫向后移的順序自動(dòng)工作一個(gè)周期停止。若要再工作一個(gè)周期，可再次按下起動(dòng)按鈕。按下停止按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)結(jié)束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。

四、步進(jìn)工作方式即手動(dòng)工作方式

轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動(dòng)狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，每按一次操作按鍵，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。

由機(jī)械手的工作過(guò)程可知，自動(dòng)過(guò)程中這是一個(gè)典型的順序控制系統(tǒng)。為此，可從機(jī)械手的連續(xù)工作方式入手編寫程序。首先應(yīng)繪出連續(xù)工作時(shí)的功能表圖，然后直接列寫邏輯表達(dá)式，用觸點(diǎn)線圈指令編程，也可使用置位復(fù)位指令或順序控制繼電器指令來(lái)完成。為了將每一步的工作狀態(tài)顯示出來(lái)，動(dòng)畫模擬軟件使用了內(nèi)部存儲(chǔ)器位M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M40、M41來(lái)分別表示①～⑧的運(yùn)行狀態(tài)。編程過(guò)程中，需要注意特別處理的問(wèn)題是①、⑤和③、⑦步的動(dòng)作問(wèn)題，雖然①、⑤步都是下降操作，但卻具有不同的意義，①步下降是放松下降，而⑤步下降則是夾著板材下降。③、⑦步的上升操作也是這樣。

單周期操作的程序?qū)崿F(xiàn)可在連續(xù)工作程序的基礎(chǔ)上通過(guò)經(jīng)驗(yàn)修改實(shí)現(xiàn)。其要點(diǎn)是設(shè)法阻止機(jī)械手在一個(gè)周期工作結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)入下一周期，一般在下降的啟動(dòng)回路想辦法。

單步操作的實(shí)現(xiàn)與單周期工作的實(shí)現(xiàn)是相似的。即設(shè)法在每一步工作結(jié)束后，不是直接啟動(dòng)下一步的工作，而是等待啟動(dòng)按鈕的命令后再工作。

該設(shè)計(jì)方式初步滿足了發(fā)泡陶瓷企業(yè)生產(chǎn)的要求，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中證明能夠按照設(shè)定的工作方式穩(wěn)定運(yùn)行，并且降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，最主要一點(diǎn)與人工裝卸相比較就是安全，并且此方式也在大部分發(fā)泡陶瓷企業(yè)廣泛應(yīng)用。