工業設備維護系統的開發

陸光銘 鐘鍵 羅男生 東莞理工學院 機械工程學院 曾志彬 吳國洪 東莞市橫瀝模具科技產業發展有限公司 李志峰 北京航天智造科技發展有限公司

0 前言

在鋰電池的生產中安全問題尤為重要，從典型鋰離子火災案例的基礎上分析出幾方面分析鋰離子電池的起火原因，其中外部短路與剛性損傷占直接導致鋰電池燃燒爆炸，而外部短路情況多出現在電池在搬運過程掉落后與金屬接觸，剛性損傷則多出現在剛性機械手抓取時將動力電池壓損。

中國經濟的快速增長,帶動了各行各業的發展,中國工業技術已經進行了大范圍的革新,傳統的生產工藝已經滿足不了工業快速發展的要求,因此機械手應運而生。同時搬運過程中通常采用機械手結合各種取料組件以達到搬運的功能，機械手的設計通常穩定可靠，故設計的關鍵在于取料組件的合理性。

參考緩沖彈簧剛度測試的原理及試驗方法，利用緩沖彈簧的載荷-位移特性曲線，依托緩沖彈簧的工作穩定、可靠等特性，采用緩沖彈簧結合在吸附組件能夠有效解決剛性機械手抓取時將動力電池壓損的問題。進一步的，通過在吸附組件兩側增加阻擋機構，能夠在鋰電池由于各種原因而掉落后及時將其阻擋，避免鋰電池與設備上其他金屬接觸，有效解決外部短路而引起起火的情況。

針對上述問題，本文提出了一種工業設備維護系統的開發方案，以氣缸為動力、以滑塊與導軌，直線軸承與緩沖軸作為傳動部件，以吸盤為執行件，以PLC為控制中心，實現吸附并保護電池，下文將從機構設計方面與軟件系統搭建方面進行闡述。

1 硬件平臺設計

本文所設計具有保護作用的吸附結構，包括了氣缸等驅動件，各連接組件，滑塊與導軌、直線軸承與緩沖軸等傳動件，吸盤作為執行件，各限位件和部分輔助件。組件安裝板設置于Z軸安裝板的上方，并通過螺栓連接；兩個加強板設置于組件安裝板后方，與組件安裝板和Z軸安裝板兩兩垂直，并通過螺栓連接；滑塊導軌中的滑軌設置于Z軸安裝板的卡槽中，并通過螺栓連接；滑塊導軌中的滑塊設置于Z軸運動板后方，沿著銑邊安裝，并通過螺栓連接；迷你氣缸通過鎖定在迷你氣缸安裝板后設置于Z軸安裝板后，并通過螺栓連接；浮動接頭設置于迷你氣缸的連桿末端，并通過螺紋連接；連接塊Ⅰ設置于Z軸運動板后，并通過螺栓連接；連接塊Ⅰ與浮動接頭裝配連接，實現浮動配合；通過氣缸帶動Z軸運動板以導軌與滑塊的傳動方式實現在Z軸的移動。兩個限位座Ⅱ設置于Z軸安裝板后方，左右對稱，并通過螺栓連接；兩個緩沖器分別設置于兩個限位座Ⅱ中，并通過螺紋連接；兩個限位座Ⅰ設置于Z軸安裝板兩側，并通過螺栓連接；兩個緩沖器分別設置于兩個限位座Ⅰ中，并通過螺栓連接；兩個限位塊設置于Z軸安裝板前方，并通過螺栓連接。通過限位塊與緩沖器實現在Z軸方向的位置限定，以及緩沖的方式有利于提高氣缸的壽命，增加吸附組件的耐用性。

電磁閥安裝板設置于Z軸運動板前方，并通過螺栓連接，二位三通電磁閥與真空壓力表安裝在電磁閥安裝板上；兩過濾器設置于電磁閥安裝板前方，并通過螺栓連接；兩個加強板設置于Z軸運動板前方的卡槽中，并通過螺栓連接；轉接板設置于兩個加強板下方，并通過螺栓連接；緩沖板設置于轉接板下方，并通過螺栓、銷釘連接；匯流板設置于緩沖板前方，并通過螺栓連接；兩直管接頭和四個彎管接頭設置于緩沖板前方，并通過螺栓連接；四個直線軸承設置于緩沖板中，并通過螺栓連接；四個限位片分別設置于四個緩沖軸上方，并通過螺栓連接；四個緩沖軸分別設置于直線軸承中，并分別安裝一彈簧后設置于氣路板上方，并通過螺栓連接，實現垂直方向的滑動配合；8個吸盤設置于氣路板下方，并通過螺栓連接；兩連接塊Ⅱ設置于Z軸安裝板兩側，并分別通過螺栓、銷釘連接；兩雙桿氣缸Ⅰ設置于兩連接塊Ⅱ外側，并分別通過螺栓連接；兩阻擋氣缸安裝板設置于兩雙桿氣缸Ⅰ的推桿末端，并分別通過螺栓連接；兩雙桿氣缸Ⅱ設置于阻擋氣缸安裝板下方，并分別通過螺栓連接；膠塊設置于氣缸Ⅱ推桿末端，并分別通過螺栓連接。

2 軟件系統搭建

迷你氣缸帶動Z軸運動板垂直下降，通過彈簧緩沖的方式吸附產品，迷你氣缸帶動Z軸運動板垂直上升。兩雙桿氣缸Ⅰ帶動阻擋氣缸安裝板下降，兩雙桿氣缸Ⅱ帶動兩膠塊在水平方向伸出，若產品掉落則落在膠塊上。經過搬運后，兩雙桿氣缸Ⅱ帶動兩膠塊在水平方向縮回，兩雙桿氣缸Ⅰ帶動阻擋氣缸安裝板上升，避免下降時與工作臺干涉。迷你氣缸帶動Z軸運動板下降，通過彈簧緩沖的方式放下產品，實現目標物體安全的搬運。

系統運行方面，使用時，以PLC為控制中心，磁性開關作為感應器，8個吸盤作為執行元件。PLC發指令控制五位三通電磁閥Ⅰ，改變電磁閥進出氣的方向，進而通過氣缸連桿的前進帶動吸附組件在Z軸方向下降，與目標物體接觸。PLC收集到磁性開關的觸發信息，進而向二位三通電磁閥發指令，通過壓差產生的吸力將目標物體吸附。PLC采集真空壓力表數值信號，當吸盤內達到一定壓強值，PLC發指令控制五位三通電磁閥Ⅰ，改變電磁閥進出氣的方向，進而通過氣缸連桿的后退帶動吸附組件在Z軸方向上升。PLC收集到磁性開關的觸發信息，向電磁閥Ⅱ發指令，通過改變電磁閥進出氣的方向令雙桿氣缸下降。PLC收集到磁性開關的觸發信息，向電磁閥Ⅲ發指令，通過改變電磁閥進出氣的方向令阻擋氣缸伸出，避免目標物體落地。在搬運的同時實時采集真空壓力表數值信號，若數值小于一定值，則停止所以動作并報警，以達安全搬運物體的目的。

3 結語

本文所做的工作總結如下：第一，根據功能的要求對吸附組件進行了結構設計；第二，根據執行功能搭建了吸附組件的控制系統。本文設計以緩沖式吸盤組件吸附目標物體，進一步通過兩側的氣缸組件保護目標物體，采用緩沖軸與直線軸承、導軌與滑塊的傳動方式，通過實時監測真空壓力表的數值判斷目標物體是否被成功吸附，并且添加磁性開關保證吸附組件運行的安全性。