1 引言
在当今工业生产中应用工业机械手可把人类从危险、繁重的体力劳动中解放出来，同时可极大地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。物料搬运机械手在高温、重载、多粉尘的危险环境中应用普遍，不但减轻了工人的劳动强度，还大大提高了劳动生产率。本文主要对气动吸盘式工业机械手的机械结构和控制系统进行阐述。所设计的机械手根据实际工作现场需要，利用真空吸附方式抓取，可自动搬运镁合金板材。
2 机械手结构及动作
2.1 工作背景
镁合金板材生产线由熔炉、压铸机、传送带、切割机、物料传送装置等组成，现场工作环境温度高、噪声大，板材进行粗切割后，人工进行板材搬运劳动强度大，所需员工多，工作效率低，导致该岗位员工经常性流失，且人工搬运时容易对板材造成撞伤，影响板材的后续加工。
2.2 工作要求
根据生产线的实际要求，该工业机械手需能实现X、Y、Z 三个方向的移动，另外手爪能抓取和放开工件：(1)X、Y 方向移动范围为0～3500mm;(2)Z 方向移动范围为0～1800mm;(3)手爪采用气动吸盘式，能实现对工件的抓取和放松，最大吸附力为300N。
2.3 机械手总体结构
该工业机械手由支架、手臂和手爪组成，控制系统采用PLC+人机界面控制，机械手可以在X、Y、Z 三个方向上移动，并进行精确定位控制，在人机界面上可调节各轴的动作位置、速度、抓取工件等待时间并实时显示。机械手总体结构图如图1 所示。
3 机械手控制系统设计
3.1 控制要求
(1)通过机械手能实现工件的到位检测、自动抓放，可以对工件吸取位置的X、Y 值进行设置并保存，并可选择2/3 层堆放方式、小层距离堆放方式等。
(2)操作模式分为手动和自动两种。其中手动操作时，可以手动运行到任何一个位置，并可进行原点返回。自动模式下，先开启真空泵，按启动按钮后可进行自动抓放工件操作。分定位和工作两种方式。
(3)自动定位功能。因工件放置架每层焊接高度有误差，自动抓放料工件之前必须进行定位，即在正常抓取工件之前空载对每层的数据进行检测的操作。自动/手动选择开关选到自动档，工作/定位/选择开关选到定位，再按启动按钮，机柜面板上运行灯亮，机器先上后下，进行定位，定位结束后机器自动停止。
(4)自动计数功能。能实现对抓取工件数量自动计数，机械手每抓取一个工件，计数器值加一。
(5)参数可设定。在触摸屏上能进行参数设定，如工件类型、运行速度等。
(6)报警功能。当机械手自动运行，出现异常停止时，机器蜂鸣器报警，报警灯亮，按复位按钮，蜂鸣器停止，故障灯亮，点击报警画面，对各个位置的错误状态进行显示，这样可以很方便地检查出错误状态，从而提高排除故障效率。如热继电器故障可查看水箱及真空泵供水情况后按打开机柜按RESET 键恢复;如急停故障可拨回急停到原状态;原点检测故障检查原点接近开关状况。当排除故障后，手动操作使吸盘到适当位置，按原点按钮，机械手自动回归到原点，按启动按钮，机械手进入自动状态。
3.2 硬件设计
(1)PLC 的类型选择
OMRON PLC 系列产品在工业控制中应用广泛，适用于检测、监测及控制的自动化。其中以CPM、COM、C200H 系列的应用最为特出，其主要性能表现在以下几个方面：可靠性高;操作简单;采用USB 口编程;可扩展性强;内置集成功能丰富;通讯能力强。
基于上述的几方面，所以在本控制系统中选择CPM系列PLC 作为主控器。设计的工业机械手控制系统共有19 个数字量的输入，12 个数字量的输出，共需31 个I/O点，所以选择了CP1H-X40DT-D(24 点输入16 点输出)作为主机。系统组成框图如图2 所示。
(2)I/O 点的分配
用OMRON 的PLC 控制器进行控制，其输入输出地址分配如表1、表2。
(3)触摸屏选择
触摸屏采用威纶触摸屏MT6056I，用EasyBuilder8000 人机界面软件进行编程，触摸屏包括操作界面、参数设置界面和报警界面。
3.3 软件设计
该控制系统采用日本OMRON 提供的CX-programmerPLC 编程软件进行编程，工作流程图如图3。
4 结语
在镁合金板材生产线采用该气动吸盘式工业机械手进行工件的抓放操作后，现场工作人员由原来的6～8 人减少为2～3 人，降低了劳动力成本，同时提高了劳动生产率。经现场运行调试，该工业机械手运行稳定性好，达到了设计要求，客户使用后反映好。
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