蘋(píng)果分類(lèi)包裝搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張建平

(遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115009)

蘋(píng)果分類(lèi)包裝搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張建平

(遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115009)

文章以直徑范圍在70～100mm之間的蘋(píng)果為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)一種三自由度機(jī)械手來(lái)執(zhí)行蘋(píng)果分類(lèi)與包裝中的搬運(yùn)動(dòng)作，該機(jī)械手由氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)手部機(jī)構(gòu)氣缸、水平伸縮氣缸、垂直升降氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的抓取和定位擺放功能。通過(guò)PLC方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手動(dòng)作的邏輯控制。

機(jī)械手；控制系統(tǒng)；PLC

1 蘋(píng)果搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)與工作流程

圖1 蘋(píng)果分類(lèi)包裝搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該機(jī)械手目的是將蘋(píng)果從左側(cè)分類(lèi)傳送帶搬運(yùn)到右側(cè)包裝傳送帶后進(jìn)行包裝，兩個(gè)傳送帶之間高度一致，直線距離為470mm，所需機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)角度為110°，根據(jù)設(shè)計(jì)要求機(jī)械手能夠完成夾緊控制、手臂水平伸縮控制、垂直升降控制和旋轉(zhuǎn)控制。根據(jù)要求選擇直線運(yùn)動(dòng)氣缸來(lái)進(jìn)行機(jī)械手的夾緊、水平伸縮和垂直升降運(yùn)動(dòng)；選擇旋轉(zhuǎn)氣缸來(lái)進(jìn)行機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中手部夾緊機(jī)構(gòu)選擇雙指式回轉(zhuǎn)型滑槽式外夾持手部，其有適合的夾緊力、開(kāi)閉角與抓取精度，手部指面填充有緩沖材質(zhì)，增大摩擦力，并對(duì)蘋(píng)果表皮進(jìn)行了保護(hù)。

整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如下：①輸送：機(jī)械手復(fù)位，位于分類(lèi)傳送帶（帶溝槽）的正上方，分類(lèi)傳送帶將待分類(lèi)的蘋(píng)果輸送到機(jī)械手的工作半徑上。②視覺(jué)識(shí)別：視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)按設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蘋(píng)果的尺寸大小和表面有無(wú)損傷進(jìn)行識(shí)別，將檢測(cè)信號(hào)反饋給執(zhí)行部分。③機(jī)械手按指定的命令完成以下動(dòng)作執(zhí)行任務(wù)：垂直伸出→手部機(jī)構(gòu)夾緊→垂直縮回→旋轉(zhuǎn)右擺→水平前伸→垂直下降→手部機(jī)構(gòu)松開(kāi)→垂直縮回→水平縮回→旋轉(zhuǎn)左移退回到原位，這一系列動(dòng)作為一個(gè)工作流程機(jī)械手所需完成的動(dòng)作。目的是把蘋(píng)果從分類(lèi)傳送帶搬運(yùn)到包裝傳送帶上。④包裝機(jī)械對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行包裝。

2 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)采用工作壓力控制回路，氣缸動(dòng)作由電磁閥控制，各氣缸的動(dòng)作速度由單向節(jié)流閥控制，磁性開(kāi)關(guān)的主要作用就是檢查氣缸活塞的位置移動(dòng)情況，從而控制相應(yīng)的電磁閥動(dòng)作。設(shè)計(jì)中采用單、雙向調(diào)速回路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)，其中垂直氣缸上升下降動(dòng)作為單調(diào)速回路來(lái)控制的，其余氣缸動(dòng)作都是由雙向調(diào)速回路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械手控制分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種。自動(dòng)過(guò)程執(zhí)行前，首先按下“復(fù)位”按鈕，機(jī)械手執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作。然后按“開(kāi)始”按鈕后機(jī)械手按工作流程所示執(zhí)行動(dòng)作，機(jī)械手運(yùn)行過(guò)程中，按“停止”按鈕，機(jī)械手停止工作，再按“啟動(dòng)”按鈕后機(jī)械手從斷點(diǎn)處開(kāi)始動(dòng)作。手動(dòng)程序就是用按鈕單獨(dú)操作實(shí)現(xiàn)位置的移動(dòng)，手動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是分步驟進(jìn)行、便于觀察、增強(qiáng)了操作人員的操作性，使操作者對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)步驟更加熟悉，并免去了自動(dòng)操作執(zhí)行過(guò)程中因電磁閥故障而導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)中斷。

本課題選用的是西門(mén)子公司S7-200系列PLC，其具有快速的中央處理運(yùn)算能力、豐富的編程指令集、快速響應(yīng)的數(shù)字量和模擬量輸入/輸出通道和強(qiáng)大的通信能力。根據(jù)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的I/O口分配、通信口、供電能力等因素，選擇S7-200系列CPU226 AC/DC/RLY型可編程控制器。其I/O分配及外圍接線如圖3所示。

圖3 機(jī)械手工作PLC外圍電路接線圖

最后采用西門(mén)子的STEP7-Micro/WIN32軟件，利用邏輯流程方法編制的PLC控制程序，其算法邏輯思路清晰，便于分析控制程序、查找故障點(diǎn)，調(diào)試程序和修改程序。

4 結(jié)語(yǔ)

文章闡述的機(jī)械手不僅可以用于對(duì)蘋(píng)果的搬運(yùn)，它還可以通過(guò)改變硬件條件來(lái)滿(mǎn)足不同種類(lèi)水果分類(lèi)工作，對(duì)于系列化產(chǎn)品的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，具有普遍意義。

［1］趙波，王宏元.液壓與氣動(dòng)技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［2］李太勝.基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014，（15）：26-27.

Design of the M anipulator Control System in Classification Packaging and Carrying of App les

ZHANG Jian-ping
（Liaoning Agricultural Vocational and Technical College，Yingkou，Liaoning 115009，China）

Taking theappleswith the diameter in the rangeof70～100mm as the research object，thisarticle is to design a3-DOFmanipulator to perform themovementsin processof the classification and packingofapples.Thehandmechanism cylinder，horizontal telescopic cylinder，vertical lifting cylinder and rotating cylinder are driven by thismanipulator in a pneumatic way cylinder toachieve the functionsofcapturingand positioningofapples.The logicalcontrolofthemanipulator isrealized by theway ofPLC.

manipulator；controlsystem；PLC蘋(píng)果采摘后的分類(lèi)包裝需耗費(fèi)大量的人力，水果分類(lèi)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)已成為目前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，開(kāi)展對(duì)蘋(píng)果分類(lèi)包裝搬運(yùn)的小型機(jī)械裝置研究不僅有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)效率，同時(shí)對(duì)于推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)分類(lèi)機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

TP241

A

2095-980X(2016)08-0042-01

2016-07-14

張建平（1985-），男，遼寧海城人，大學(xué)本科，助教，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人。