气动机械手典型教学模型制作

金光辉

（沈阳职业技术学院，辽宁 沈阳 110045）

1 气动机械手概述

气动机械手教学模型用于可编程序控制器实训教学，适用于基础教学与课程设计教学环节，可做学习PLC控制气动技术入门的典型应用设备。气动机械手教学模型主要有气泵、储气罐、压力开关组成气源部分；由双向电磁阀、分流排组成气路分配控制部分；由气缸、气动手爪组成气动执行部分，由机械零件、工位组成被控对象部分。气动机械手教学模型可以用铝合金型材搭建框架，外形尺寸为500mm×300mm×600mm，分层设计空间，上层为机械手臂执行工作区，由气缸、手爪、零件、工位组成；下层为气源及气路分配区，由气泵和电磁阀，分流排组成。气动机械手教学模型提供外接电气控制系统端子排。气动机械手教学模型照片如图1、2。

图1 气动机械手教学模型正面照片

图2 气动机械手教学模型背面照片

2 系统介绍

2.1 气泵

气泵为静音微型气泵，轻便小巧，在美术喷笔绘画中作为气源被大量使用，适合室内。

该气泵供电为220V交流电，能提供0.3MPA的大气压（俗称三个压），噪音小，安装在框架底部。

该气泵通电后，可通过右侧的旋钮调节压力（顺时针调大，逆时针调小，调节时向上拔出，调整后再向下摁锁紧），右侧的压力表可以实时监控气泵输出的压力值。

2.2 储气罐

储气罐的作用是储存气体，缓和气流，避免气路执行元件用气造成的气压波动。通过单向阀门向电磁阀供气。

2.3 压力开关（暂未接线）

气泵工作时经由一个单向气阀向储气罐提供气源，当储气罐达到设定的压力上限时，需要断开气泵；气泵停止工作，由于单向阀的作用，储气罐会保压；当气路执行元件工作时，由于用气会使得储气罐压力降低到下限值，此时气泵再投入运行。

因本模型储气罐容量小，而且微型气泵比较耐用，有一定的过压能力，但长时间运行会发热，注意节约使用，模型气源主要是具有演示示教作用，实际使用时可直接接电源使用。

压力开关压力值的设定方法：通过上方螺丝调节设定压力值，当气路达到设定的压力值后，对应的触点导通，当压力值小于设定范围时，触点断开（该触点在保护壳内，外壳卸掉,壳直接观察到）。

2.4 电磁阀

电磁阀为直流24V控制，共计4组，Q1控制气缸1，以此类推，当想改变其功能时，将气管相互调换即可，电磁阀对应的控制线接到了控制端子排上，并有详细定义。

2.5 气路插头（图3）

气路插头也叫气路接头，为快速插头。当气管更换时，一手压住蓝色部分，一手向外拔出即可拆除气管。当连接时，手怼气管插入即可。

图3

2.6 磁性开关（图4）

每一个气缸两端安装2个磁性开关，可检测气缸终端到位信号。磁性开关信号（负极 信号作为公共端接到一起）接到了端子排上。

图4

2.7 端子排信号（如图5、表1）

图5

表1

（1）电磁阀线圈端子接线。电磁阀线圈端子应接PLC输出信号端，共计8个输出点。

从左侧开始端子顺序定义：

COM：电磁阀输出公共端（接24V直流，不分正负）

1-1：导通时，Q1向右侧移动

1-2：导通时，Q1向左侧移动

2-1：导通时，Q2向右侧移动

2-2：导通时，Q2向左侧移动

3-1：导通时，Q3向下侧移动

3-2：导通时，Q3向上侧移动

4-1：导通时，Q4向内侧爪取

4-2：导通时，Q4向外侧松开

（2）磁性开关端子接线。磁性开关端子接PLC输入信号端，总计8个输入点。

1-1：Q1气缸左侧位置磁性开关

1-2：Q1气缸右侧位置磁性开关

2-1：Q2气缸左侧位置磁性开关

2-2：Q2气缸右侧位置磁性开关

3-1：Q3气缸上侧位置磁性开关

3-2：Q3气缸下侧位置磁性开关

4-1：Q4气缸松开位置磁性开关

4-2：Q4气缸夹紧位置磁性开关

COM：磁性开关输入公共端（共负，接24V-，PLC公共端接24V+）

3 脱机调试

气动机械手教学模型可实现对工件的抓取移动摆放等动作,该机械手动能由小型气泵压缩空气提供，由4个气缸组合而成，其中Q1和Q2气缸控制机械手爪的水平位置，Q3气缸控制手爪的上下动作，Q4气缸完成工件的抓取放开功能，4个气缸的开通关闭可通过PLC驱动电磁阀控制，同时也可以通过电磁阀的手动触点，达到手动控制气缸的功能。为了让气流更加柔和持续，在气路管路中添加了一个气体储存罐，方便在气缸断电后作为后续动力提供保障，同时加入一个机械压力开关，当气路当中的气压达到设定的数值时，机械开关触点导通，对外可以提供信号。

3.1 其他参数

气泵压力：0.3Mpa 可调节

压力开关：0.1MPa 出厂设置，可调节

3.2 注意事项

（1）严禁在实验过程中将手伸到工作区域。

（2）气泵尽量不要频繁通断，如果频繁通断，可能造成第二次启动的时候，气泵自我保护，需等待一段时间才能启动的现象。

4 结语

以上文字材料较为详细地介绍了气动机械手工作原理、结构、制作明细等，希望能为机器人爱好者提供宝贵的技术要点。