浅谈电气专业维修电工高级机械手的学习
中图分类号：TP242 文献标识码：A
根据《维修电工国家职业技能标准》的要求，高级维修电工理论知识考核范围包括：继电控制电路、交直流传动系统、电子线路等知识的读图、测绘、分析、调试与维修。考核深度要求掌握电气图测绘地步骤和方法，熟悉机床电路的组成、原理及常见故障；掌握PLC的基本指令表，熟悉编程技巧，掌握编程软件的使用方法，熟悉PLC常见故障的类型和解决方法等，其中可编程逻辑控制器理论知识点和实操都占到30%甚至更多。从现代生活需求还是工业发展方向，都需要高技能复合型人才。可想而知，对于可编程控制器的学习需要不断地深入。在多次的高级维修电工理论知识培训考核中，机械手类题目就多次出现，从专业的知识方面来看，机械手学习的综合知识面广，涉及知识较多；从逻辑思维方面来看，在现代化的生产生活中，社会分工逐步细化，生产设备越来越精密，自动化生产设备越来越复杂，机械手控制精细化，同时可以很好地锻炼学生逻辑思维方面的能力。
一、机械手背景
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。在现代生产过程中，机械手被广泛地应用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲倦，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。在1962年，美国联合控制公司又试制成一台数控示教再现型机械手。同年，美国机械制造公司也试验成功一种叫Vewrsatran机械手，该机械手的中央立柱可以回转、升降，采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在60年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。对于我们维修电工高级工学习机械手来说是比较复杂的，通过我的教学和观察，发现学生的学习方法和技巧还有待提高。
二、机械手结构及工作原理
结合维修电工考证和《国家职业技能鉴定标准》要求，我校与企业联合研制出针对考证训练地模拟机械手，大概分为3个模块：（1）送料机构；（2）抓取机构；（3）分拣系统；采用电磁阀气动控制。送料机构有物料检测，当料槽有物料时，物料检测传感器会发出信号，通过程序控制电磁阀，送料气缸推出物料，等待机械手抓取；抓取机构有3个自由度的控制，每个自由度都规定初始位置，当物料放于指定位置时，机械手开始动作下降，夹紧物料；此过程需要位置传感器来检测抓取物料的精确度；取完后，机械手要放物料在分拣系统中。该系统由传送带带动，有物料检测、颜色检测、金属检测，结合企业生产实际，分拣到不同的收料处。机械手控制涉及气动、电磁阀控制、传感器检测、机械位置调整、硬件电路接线调试综合能力训练，所以学习起来比较费劲。经过3年的教学，总结出自己的一套学习方法。
三、机械手学习
对于机械手，模块化学习是很重要的，使用时要根据各个模块的功能有针对地做练习，这样学习起来会很容易上手。下面介绍模块化分步学习的方法及注意事项。
（1）对于机械手结构，我们把它分为3个模块来学习，如图1所示。供料单元、搬运单元、分拣单元；第一模块上料检测单元，此模块又可分为物料检测、推送物料、循环供料；物料检测主要用于入料口，并在需要时将料仓中物料送至抓取搬运平台，为搬运单元做好准备。在物料检测过程中需要注意调整检测传感器的灵敏度，因为这是机械手搬运过程的第一步中的第一个环节，如果这里检测出现错误就可能导致搬运单元过程的失败。此过程需要循环进行，下一次何时开始推送物料要看机械手把第一次的物料是否安全无误地搬运到指定位置，这是供料单元在程序编写过程中要注意的。
（2）搬运单元，在整个搬运系统中，此环节最为重要、复杂。涉及到机械知识、气动控制、传感器知识、PLC程序控制设计等方面的内容。在机械手搬运过程中涉及到许多传感器限位控制，每一个动作都需要传感器来检测，那么在机械手从原位开始伸出、下降、抓取、上升、旋转、下降、松开、上升、转到原位，这个过程需要调整每个电磁阀动作的先后顺序，这是首要步骤；然后需要每一动作都要准确到位，这将影响到抓取物料。如何确保物料精准的抓取，这里要分步进行。把抓取的动作分步细化，上述每个动作用传感器检测准确到位后在进行整体调试，这样可以避免在调试过程中重复调整机械手抓取的准确性。程序的编写也有多样性，根据PLC型号的不同，有不同的编写方式，这里重点说明三菱FX2N型号的PLC。大家都知道一般指令编写都是没有问题的，在注意整个机械手动作过程后一步步编写，确保每个动作完成后复位即可。与其他PLC比较拿一般指令编写无太大差别，但是要拿步进指令编写的话，这里就很简单了。三菱FX2N-PLC步进指令有个很大的好处在于它的每一步程序动作完成后，下一步不需要考虑它的复位问题，这可以大大简化了机械手搬运过程的程序量，和一般指令比起来简单了许多。
（3）分拣单元，作为最后的分拣系统，我们能够正确的认清每个传感器的功能，把相应的物料通过传感器检测出来分流出去即可，此过程程序写法有两种方法。一种方法是按照动作顺序到分拣单元时编写；另一种方法是在机械手动作之初，也就是原位的时候把分拣系统程序加入，在机械手完成抓取动作后回到原位的同时开始分拣物料，同时也不影响下次抓取物料，此过程是同步的。这两种方法根据自己的实际情况，采用适合自己的。
机械手的学习需要认真考虑多方面的因素，本课程是一门综合性课程，涉及到电气专业基本类课程，所以想学好本课程，基础是关键。对于上述学习方法，涉及到机械手实训设备的类型，对于一般维修电工考证使用机械手，这种学习方法可以满足，但涉及到精准定位抓取物料类型，需要使用编码器来记录数据的，这种方法可以借鉴。对于我们经常用得FX2N系列PLC，编写程序通常使用两种方式，一种是基本指令编写程序；另一种是利用FX2N系列PLC的步进指令进行编写；这两种方法都可以对机械手进行编程，个人建议使用第二种方法。这种方法简单实用，思路比较清晰，程序模块化，比较容易上手。
对于上述学习方法，结合维修电工考证指导，在我多次培训学生后总结出。学习机械手，重点需要模块化，对于机械手本身也需要模块化学习，模块分得越详细越好，当然程序同样也可进行模块化编程，两者同时进行，在我们学习机械手则很轻松。在我国已经有很多企业在制造机械手，佛山也有许多，在劳动力成本日趋严重的现在，机械手渐渐已经取代劳动力踏入我们的生产生活，作为电气专业的核心项目，掌握如何学习机械手也显得尤为重要。
