机械手搬物动作示意1中转盘Y0由电动机M控制,机械手的左右回转...

白刚

[摘 要]轮轴物料线是在车轴加工过程中为机床上下料、轴存储及对轮对进行预压装的自动化生产线。机械手是整套物料线的重要组成单元，机械手在设计上，采用德国西门子公司生产的SIMOTION运动控制系统作为核心控制元件，机械手本身具备前进、后退、升降、横移等功能。尽管机械手工艺方案优化、结构性能设计、研制开发等前期准备工作较为充分，但后期生产使用阶段暴露出的设计制造缺陷、安装调试质量、程序控制优化等方面存在的问题依然较多，本文对机械手存在的弊端进行分析，并提出合理的改进方案。

[关键词]机械手；SIMOTIO；运动控制系统；改进方案；

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0113-01

1 前言

机械手的控制系统采用的是较为先进的德国西门子公司生产的SIMOTION运动控制系统，SIMOTION作为一个单一的控制系统，集运动控制、逻辑控制与工艺控制功能于一身，能够最大程度简化工程系统的开发与调试时间，同时还能够保证较高的循环率和最高的产品质量。模块化的设计顺应了模块化机器概念的趋势，使用PROFIBUS和PROFINET实现模块之间的通信，使SIMOTION运动控制系统具有更大的灵活性。虽然SIMOTION运动控制系具有上述优势但后期的程序设计、功能设计以及可靠性设计等方面并不十分完善，因此导致机械手故障频发。

首先，机械手两侧走行电机采用的同步方式是速度同步[1]，即从动轴只跟随主动轴的速度而不跟随主动轴的位置。这种设计方式，不会出现因机械手两侧走行电机位置不同步而引起报警并停止运动的情况，但是当两侧走行电机位置有偏差时，就会对走行电机的减速器造成损伤，同时机械手相对于加工工位的位置不准确，存在一定的安全隐患。

其次，机械手升降系统原始设计为液压传动方式，长时间运行导致液压系统自身故障频繁，同时机械手的升降位置，是通过模拟量位移传感器进行检测并使用检测的数据进行自动控制，由于位移传感器波动较大，经常出现机械手升降位置定位不准的现象。

为了解决上述问题，本文对美国磨床下料机械手的机械结构和电气系统中存在的问题进行简明扼要的分析，并提出了相应的改进方案。

2 美国磨床下料机械手原系统中存在的问题

美国磨床下料机械手采用西门子公司生产的SIMOTION运动控制系统作为核心控制元件，该控制系统将逻辑控制、运动控制（定位、同步等）以及工艺控制[2]（压力、温度等）集中在一个系统中，其中伺服控制系统对机械手的走行进行控制，实现机械手走行过程中的精确定位，机械手的升降动作通过液压系统来实现，在升降动作的执行过程中通过模拟量位移传感器进行机械手升降位置的检测，并使用检测的数据，通过液压伺服阀进行机械手的快速升降、慢速升降、及到位停止的自动控制。尽管机械手的控制系统采用的是较为先进的西门子公司生产的SIMOTION运动控制系统，但由于外围元器件（如液压系统、模拟量传感器）的选型、性能及安装存在一定的问题，故导致机械手故障频发无法满足现场工况使用要求，未能达到结构合理[3]、性能可靠的要求。

首先，在机械结构上控制机械手升降的液压站安装在机械手横梁的一侧，机械手在走行停止过程中由于液压站自重使机械手单侧惯性过大，导致两侧走行电机的位置有偏差，致使走行电机减速器损坏。同时液压系统性能较差一直存在噪音大及漏油的现象，并且液压元器件的成本较高且出现故障时不易排查，这就大大的增加了维修成本及维修时间。

其次，为了控制机械手的快速升降、慢速升降、及到位停止，系统使用了模拟量传感器进行机械手升降位置的检测。但由于模拟量传感器本身的性能较差及现场的各种干扰，使模拟量传感器反馈值波动较大，机械手升降定位不够准确。美国磨床下料机械手改进前如附图1所示。

3 美国磨床下料机械手改进方案

依据上文提出的美国磨床下料机械手存在的问题，现提出改进方案如下。

机械方面将机械手原液压系统拆除，起升机构更改为重量远远轻于液压系统的钢丝绳电动葫芦带动滑枕上下移动，完成执行机构的升降动作，并将钢丝绳电动葫芦安装于机械手正中央，就不会出现机械手在走行停止时因单侧惯性过大，导致两侧走行电机的位置出現偏差，致使走行电机减速器损坏的情况。

电气方面取消原有的液压伺服控制系统，使用变频器驱动电动葫芦来实现机械手升降过程中的加减速，同时取消原有的位移传感器，更改为光电开关对机械手的停止位置及加减速位置进行定位，并对机械手程序进行了改进，使其更加完善和简单。为防止机械手在升降过程中光电开关误发信号，使机械手产生误动作，在控制机械手升降的程序段中加入定时器[4]，只有在规定时间内机械手升降到位信号被触发，机械手才可以继续执行下一步的动作，否则机械手将停止动作。美国磨床下料机械手改进后如附图2所示。

4 结论

根据本文提出的改进方案，现已对美国磨床下料机械手进行改进。设计改进后，已投入生产使用，在使用过程中机械手走行平稳，走行电机减速器受损率下降，系统故障率降低，在出现故障后维修的耗时减少，减少了停台，保障了生产秩序正常运行，同时维修费用也大幅度降低。

参考文献

[1] 张杨林.国内工业机器人市场及发展趋势[J].大众科技，2006，（06）.

[2] 陈佩云，金茂菁，曲忠萍.我国工业机器人发展现状[J].机器人技术与应用，2001，（01）.

[3] 刘恒娟.基于PMAC开放式数控系统的研制组合机床与自动化加工技术[J].2004（10）：84-86.

[4] 陈志育.基于PC+NC结构的数控系统的研究与开发[J].组合机床与自动化加工技术，2007，（04）.endprint