【摘要】随着中国制造2025的提出以及制造产业的升级和转型，气动机械手广泛应用工业自动化的各个行业，该控制系统包含机械部分、气动部分和控制部分，本文采用了西门子S7－1200为控制核心，对PH01气动机械手进行控制，经过编程、调试，实现了小球手动和自动的抓取、搬运功能。
【关键词】PH01气动机械手;S7－1200;工业自动化
气动机械手在工业自动化中应用广泛，如电子制造、电池生产、注塑机械、工程机械、橡胶行业、机床行业等，原因在于其结构简单，成本低，容易与流水线实现同步动作，控制容易，可以方便地修改控制程序，并且能实现搬运、取料、入库、包装等动作，针对其结构、成本和控制方便等优势，结合电气控制技术，完成气动机械手旋转、水平、垂直、抓取四个动作。
一、PH01气动机械手
(一)气动机械手的分类。伴随着工业生产产品和产线模式的不同，气动机械手的种类不一，有专用气动机械手和通用气动机械手，专用机械手是针对某一行业或者领域需求专门设计的，通用气动机械手适合大多数的用户的需求，用户的范围广泛。根据驱动方式的不同，有三种气动机械手，液压式、气动式和机械式，液压式借助于各种控制阀，结合相关电气控制，易于实现自动控制，气压传动工作环境适应性强，在高温下能可靠工作，不会发生燃烧或爆炸，机械式广泛应用于工业环境下，能准确运行。
(二)PH01气动机械手的构成。PH01气动机械手其整体的结构图如图1所示，由机械部分、电气部分和气动部分构成，PH01气动机械手通过四个气缸去控制四个自由度，主要由过滤调压阀、电磁换向阀组、回转气缸模块、Y型气爪模块、伸出和下降模块组成［1］，其结构形式如图2所示。过滤调压阀:过滤压缩空气中颗粒物，调节气压。电磁换向阀组:通过信号控制改变气路的连通方向，从而实现气动控制。回转气缸模块:左右摆动。Y型气爪模块:实现工件抓取。伸出和下降模块:实现工件的上下及伸缩运动。
(三)气动机械手气动回路。气源通过过滤调压阀，将气体经过过滤之后，把压力调节至0.4MPa，经由手滑阀(气源开关)，打开或者关闭气路，当手滑阀打开时，气体流经换向阀、单向节流阀连接各个气缸，可以使气缸进行回转、伸缩、抓取等动作，气动回路图如图3所示。从图3可以看出，HRQ回转气缸和TN双轴气缸连接的是三位五通的双控电磁换向阀，HFY气动手指连接的是二位五通的双控换向阀，MKJ多位置安装气缸和SDA超薄气缸连接的是二位五通的单控电磁阀，其工作过程，初始位置时，HRQ回转气缸在左边，TN双轴气缸、MKJ气缸及SDA超薄气缸缩回，HFY气动手指打开，运行时，TN双轴气缸伸出，当到达SDA超薄气缸上方时，MKJ气缸伸出，并且SDA超薄气缸伸出，将小球推出，HFY手指气缸抓取小球，TN双轴气缸缩回，HRQ回转气缸向右边摆动，当到达右边之后，TN双轴气缸伸出，到达小球滑轨时，HFY手指气缸打开，将小球放到滑轨上，最后，4个气缸恢复到初始位置。
二、PH01气动机械手的控制部分
(一)控制系统整体的设计。首先，要明确系统的控制要求，按照其工艺过程的要求，选择PLC的型号，并进行I/O地址分配，其工作流程:在PLC运行时，复位灯闪烁，按下复位按钮，气动机械手复位，开始指示灯闪烁，按下开始按钮，小球提升气缸伸出和双轴气缸伸出，当两个气缸都伸出到位之后，MKJ气缸伸出，当伸出到位之后，气动手指夹紧，夹紧到位之后，小球提升气缸缩回和MKJ气缸上升(缩回)，当两个气缸都缩回到位，双轴气缸缩回，缩回到位之后，回转气缸右摆，右摆到位，双轴气缸伸出，伸出到位，MJK气缸伸出(下降)，下降到位，气动手指张开，张开到位后，MKJ气缸缩回(上升)，回转气缸左摆，直到左摆到位后，进行复位。如果在自动模式的情况下，PH01气动机械手一直在循环往复，若切换到手动模式下，PH01气动机械手只运行一次。
(二)PLC选型及I/O分配。CPU采用的是S7－1200的1214CAC/DC/RLY，有14个数字量输入和10个数字量的输出，输入端接有开始、复位、停止按钮和自/手动旋钮，及10个传感器位置检测信号。输出端接有8个电磁阀的控制信号和2个开始和复位指示灯，PLC外部接线图如图4所示。
(三)PH01气动机械手的运动控制。PH01气动机械手设计了两种运动方式:自动运行和手动运行。当按钮旋转到自动运行时，按下开始按钮时，气动机械手能自动完成整个工作流程，并周而复始，直至按下停止按钮，气动机械手停止，按下复位按钮，气动机械手复位恢复初始位置。当按钮旋转到手动运行时，按下开始按钮，气动机械手完成一次工作流程并停在初始位置。三、结语本文阐述了PH01气动机械手的构成和气动回路，采用S7－1200CPU为核心，完成气动机械手的自动/手动运行，融入自动控制技术、传感器技术等，使气动机械手的工作效率得到提高。不仅能在一定程度上提高自动化生产的水平，还能使人们从繁杂的劳动中解放出来，具有非常可观的应用前景［2］。
【参考文献】
［1］金兴伟，王典．基于PLC和触摸屏控制的教学用气动机械手研制［J］．湖北工业职业技术学院学报，2020，3:65～67
［2］张君艳．基于PLC的气动搬运机械手控制系统的设计［J］．工业自动化，2018，7:115～117
作者：牛婷 杨琴文 钟景智 张洋 单位：重庆电讯职业学院