所属技术领域
本发明涉及一种包装机械手气动控制系统，适用于机械领域。
背景技术：
调查数据统计说明，90%的包装机械使用了气动元件及气动系统。气动技术在包装机技术中具有其他动力驱动技术不可比拟的优势：1)气动执行元件主要用于完成选择、汇集、装入、夹紧和卸放等动作，设计制造复杂包装系统，采用气动技术，可使整个机构大大简化。2)工作介质是空气，气动装置是一种清洁动力源，对污染等限制严格的场合，优先选用气动系统。3)在包装工艺中常需要多个动作协调，气动元件容易调节。4)由于气动系统具有防火、防爆、耐潮的特点，因此在一些易燃易爆产品的包装过程中大量使用气动技术。5)可短时间释放能量以获得间歇运动的高速响应；对冲击负载和过负载有较强的适应能力。6)气动技术低成本，易于被采用。
技术实现要素：
本发明提出了一种包装机械手气动控制系统，采用气动控制机械手装置，可以实现自动充填，并可在装置中配置自动秤重系统而完成自动计量，这样，真个包装过程即可自动连续地运行。
本发明所采用的技术方案是。
所述气动控制系统包括包装充填机械手装置水平运动驱动系统、竖直运动驱动系统和料手伸展收缩驱动系统。
所述气动控制系统采用带缓冲和感应开关的双作用气缸作为执行元件，采用先导式3位5通双电控电磁换向阀实现有级调速。系统运行中断电或意外掉电时，先导式3位5通双电控电磁换向阀阀芯能自动复位到中位，机械手在水平方向上就能保持在掉电时刻的位置，不会出现失控。
所述气动控制系统的竖直运动定位控制采用plg的pwm功能，通过plc程序实现开环快速运动和闭环高精度定位。pwm气动高速开关阀控制原理为：plc产生pwm信号，放大后的pwm信号控制2个2位3通高速开关阀，实现对汽缸的闭环控制。
所述气动控制系统的方向控制阀选用先导式2位5通双电控电磁换向阀，按照料手机械结构的设计，当料手驱动气缸向下运动时，料手张开，机械手完成填料动作；当料手驱动气缸向上运动时，料手闭合，机械手完成抓取动作。
本发明的有益效果是：该控制系统可以实现自动充填，并可在装置中配置自动秤重系统而完成自动计量，这样，真个包装过程即可自动连续地运行。
附图说明
图1是本发明的自动充填与计量包装机械手运动流程图。
图2是本发明的水平运动气动控制系统图。
图3是本发明的竖直运动气动控制系统图。
图中：1.水平气缸；2.先导式3位5通电磁换向阀；3.直动式两位两通电磁换向阀；4、6.节流阀；5、15.消声器；7、14.气动三联件；8、13.气罐；9、12.单向阀；10、11.气泵；16.高速开关阀；17.竖直气缸；18.高速开关阀；19.溢流阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，设计目标是实现对短小丝条状物料连续自动包装充填和计量，执行件作循环往复的直线水平运动和竖直运动，并且运动中速度要调节。
如图2，气动控制系统包括包装充填机械手装置水平运动驱动系统、竖直运动驱动系统和料手伸展收缩驱动系统。包装充填机械手装置需要在水平方两个固定点间作定距循环往复运动，在可接受的冲击下速度要快。因此采用带缓冲和感应开关的双作用气缸作为执行元件。采用先导式3位5通双电控电磁换向阀实现有级调速。系统运行中断电或意外掉电时，先导式3位5通双电控电磁换向阀阀芯能自动复位到中位，机械手在水平方向上就能保持在掉电时刻的位置，不会出现失控。
包装充填机械手装置水平运动速度，可采用汽缸流量进气口调节或排气口调节。课题组对两种方法进行了实验研究。结果表明进气调速由于先导式电磁阀是利用直动式电磁阀输出的先导气压来操纵主阀换向，先导式换向阀在换向的瞬间会出现压力降低的现象，造成先导式换向阀换向失灵，因此放弃进口调速方案。
调速装置在先导式3位5通电磁换向阀的排气口，先导压力来源于气源压力，因而不会出现先导式换向阀因压力降低而动作失灵的现象。该调速回路的工作原理是：cpu采集汽缸上的磁电感应开关状态，并根据相应的状态控制调速装置中的两个节流阀开启和关闭以达到调速目的。两个节流阀流量不同，小流量阀和大流量阀分别接通以及两阀同时接通，实现水平运动的低速、中速和高速调节。
如图3，目标物料在竖直方向上的位置是离散变化的，机械手装置在竖直方向行程内应能实现任意位置的精确定位。考虑产品成本、工作可靠性、快速运动、精确定位等要求，根据新兴pwm高速开关阀技术优势，通过对制动缸和普通缸2种方案的实验研究，最终采用了pwm(脉冲宽度调制)气动高速开关阀控制普通缸的气动位置控制系统。
竖直运动定位控制采用plg的pwm功能，通过plc程序实现开环快速运动和闭环高精度定位。pwm气动高速开关阀控制原理为：plc产生pwm信号，放大后的pwm信号控制2个2位3通高速开关阀，实现对汽缸的闭环控制。
按照设计要求，初械手料手需要完成抓料和填料动作，需料手驱动气缸在竖直方向两个固定点间作往复运动。因此，方向控制阀选用先导式2位5通双电控电磁换向阀。按照料手机械结构的设计，当料手驱动气缸向下运动时，料手张开，机械手完成填料动作；当料手驱动气缸向上运动时，料手闭合，机械手完成抓取动作。根据机械手工作的要求，机械手在停止工作时料手应为张开状态，系统意外掉电时，料手应保持掉电时刻的状态，因此方向控制阀选用先导式两位五通双电控电磁换向阀，当系统意外掉电时换向阀的阀芯能自动保持在原位，料手也就能保持在掉电时刻的状态。在机械手停止工作前，通过控制换向阀使驱动气缸的下腔与气源连通，系统关闭电源后，换向阀会保持这种状态，驱动气缸可利用气源的背压保持料手的张开。此外，在气缸的两个气口处都分别装有节流阀，可通过调节节流阀对料手抓料取和卸料速度进行调节。