设计智能并联机械手分拣控制系统来提高自动化水平

摘要采用三菱FX 系列PLC实现对柔顺并联机械手在药用玻璃瓶分拣过程中的控制，通过对 PLC 的 I／ O 配置和梯形图 控制程序设计，实现药用玻璃瓶的在线自动分拣，利用组态王软件对分拣过程进行监控，构成完整的柔顺并联机械手控制系统。

      在医药、食品和电子等轻工行业中，通常需要对产品实施封装、抓取和包装等操作，往往需要用机械手来完成。 传统的基于关节型的串联机械手因采用开环串联机构， 难于实现末端执行器的高速、高精度的运动控制。 为了满足药用玻璃瓶生产企业的 产品质量自动检测的要求，本文设计一套具有PLC 控制和组态王监控的柔顺并联机械手智能分拣系统。

1 系统工作流程

      本系统采用三菱 FX 系列 PLC——FX2N－32MT作为控制器， 在 PC 机上运行 GX Developer 编程软件对三菱 PLC 进行 控制程序的编写和调试，采用组态王 KingView 对柔顺并联机械 手的药用玻璃瓶分拣过程进行实时监控。 图 1 为分拣系统结构示意图。柔顺并联机械手对药用玻璃瓶的分拣过程为：生产出来 的药用玻璃瓶被送到分拣传送带， 传送带在电机驱动下匀速转动，柔顺并联机械手前端、传送带正上方设置有由视觉传感器组成的质量检测系统， 当传送带上的药用玻璃瓶运动到质量检测区， 质量检测系统根据预设的指标将药用玻璃瓶识别为合格产品和不合格产品，传送带继续运动，当传送带上的药用玻璃瓶 运动到分拣区，柔顺并联机械手动作，将药用玻璃瓶按照质量检 测结果先抓取后放置到合格品容纳盒或者不合格品容纳盒。

具体的分拣操作步骤为：

1）柔顺并联机械手初始位于原点位置，该位置固定，位于传 送带正上方，距离传送带固定高度；

2） 药用玻璃瓶运动到分拣区， 柔顺并联机械手按照空间“门”字形轨迹首先运动到药用玻璃瓶正上方，然后下降固定 高度，最后驱动气动吸盘吸取药用玻璃瓶，从而完成抓取操作；

3）柔顺并联机械手按照空间“门”字形轨迹首先上升固定高 度， 然后控制末端动平台平移到合格品容纳盒或者不合格品容 纳盒的正上方，再然后下降固定高度，最后释放气动吸盘安全放 置药用玻璃瓶，从而完成放置操作；

4）柔顺并联机械手按照空间“门”字形轨迹首先上升固定高 度， 然后控制末端动平台平移到初始原点位置， 从而完成一次 “抓取－放置”操作；

5）传送带上存在多个药用玻璃瓶时，对药用玻璃瓶进行编 码，依次对每个药用玻璃瓶进行“抓取－放置”操作。

2 系统硬件配置

FX2N－32MT 作为系统的控制核心， 对柔顺并联机械手分 拣系统各个动作进行控制。 根据对分拣操作实现步骤的分析，柔 顺并联机械手分拣系统的部分 I ／ O 分配表如表 1 所示。

3 系统软件设计

       在 PLC 的控制下，分拣系统的工作过程为：启动电源，按下启v> 动按钮，系统按照前述的分拣操作步骤自动循环工作，直到按下停 止按钮；若系统在运行过程中出现异常，按下急停按钮可立即停止 工作；若系统急停时，末端执行器没有回到初始位置，按下复位按 钮，末端执行器自动回到初始原点。 系统工作流程图如图 2。

      GX Developer 编程软件是三菱 PLC 常用的编程软件，采 用梯形图进行编程。 程序编制的内容包括：系统初始化、分拣操 作步骤的点动实现、系统急停与系统复位。 编程结束后，建立与 PLC 的通信，对程序进行编译并下载到 PLC 中，启动程序运行 监控，对程序进行调试。

4 组态系统设计

      组态王具有适应性强、开放性好、运行稳定、使用方便、易于 扩展、经济、开发周期短等优点，通常把组态系统划分为控制层、 监控层、管理层三个层次结构，其中监控层对下连接控制层，对 上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动 控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。 本文采用组 态王 6．55 开发组态控制系统。

        组态王软件与三菱 PLC 通过数据交换实现对柔顺并联机 械手的运动控制， 设计组态画面实现对柔顺并联机械手运动状 态的监控。 组态界面的设计包括电机运动状态、末端执行器位置状态、状态指示灯、动作按钮以及开关，设计的柔顺并联机械手 控制系统仿真画面如图 3。

5 结束语

      通过组态王设计上位机软件对柔顺并联机械手的分拣过程进行实时监测与控制，系统操作简单，稳定性好，可有效提高药用玻璃瓶生产企业的自动化水平。

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