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单轴位置控制系统设计

一、单轴位置控制装置简介
单轴位置控制装置实际上是一个一维机械手装置，它以工业自动化生产系
统中的一维机械手为参考对象，完全展现了实际一维机械手的运行状态，装置
将机械、气动、电气控制、传感器等技术合理的融合在一起。

图1单轴位置控制装置外形图
1、机械部分
单轴位置控制实训装置的机械部分主要由直线滑块模组机构、升降气缸、
吸盘、接近传感器、磁感应开光及限位开关等构成。

1)直线滑块模组机构：由一个电机通过联轴器主同步带轮驱动，并通过同
步带将滑块与从同步带轮配合成直线驱动机构，在型材上实现直线移动。在自
动状态下将不同属性的工件放入对应的物品容器中，滑块上的气动抓手的位置
判断是根据与工位对应的接近开关开关来判断滑块与工位见关系，在直线模组
终端均设置行程开关，来保护模组的滑块在允许范围内运动。

X向的运动机构均设定有保护开关，为超小型基本开关。安装于各自机构
的两头极限位置。一旦行走超出范围时，立即切断机构电气硬件回路。从而避
免程序的误动作组成设备损坏。并将超程信号开放到IO面板。

2)接近传感器：是代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象进行
检测为目的的传感器的总称。能检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信
号。在换为电气信号的检测方式中，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属
体中产生的涡电流的方式、捕测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、
利石和引导开关的方式。
本装置采用LJ8A3-2-Z/BX系列接近传感器。

产地：上海
特点：1）非屏蔽式
2）直流型NPN常开（NO）
3）三线制
工作电压：DC10-36V
检测距离：2mm
按装开孔：螺丝固定安装

3)升降气缸及吸盘
升降气缸和吸盘皆为气动执行器件，在本实训装置上的主要功能是实现工
件的吸取、提升、下降及释放。提升、下降位置由装在气缸上的两个磁感应开
关通过检测装在活塞上的磁环位置来判断，吸盘利用真空发生器产生的负压将
工件吸住，负压消失工件在其自身重力作用下自然与吸盘分离。此过程是磁感
应开关把升降气缸缸位检测信号反馈给控制器（PLC，自动控制时有效），再通
过控制器控制电磁阀，使升降气缸与真空发生器实现气源换向，

从而实现工件的吸取、提升、下降及释放操作。
气缸、节流阀及磁感应开关：为了使气缸的动作平稳可靠，气缸的作用气
口都安装了限出型气缸截流阀。气缸截流阀的作用是调节气缸的动作速度。截
流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以
将管连接好了，使用时十分方便。上图是一个双动气缸装有两个限出型气缸节
流阀的连接和调节原理示意图，当调节节流阀A时，是调整气缸的伸出速度，
而当调节节流阀B时，是调整气缸的缩回速度。
从上图看到，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个
极限位置都分别装有一个磁感应接近开关。磁感应接近开关的基本工作原理是
：当磁性物质接近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。若在气缸
的活塞（或活塞杆）上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置各安装一
个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位
置。当气缸的活塞杆运动到哪一端时，哪一端的磁感应式接近开关就动作并发
出电信号。在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断气缸的

运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。在传感
器上设置有LED
显示用于显示传感器的信号状态，供调试时使用。传感器动作时，输出信号“1
”，LED亮；传感器不动作时，输出信号“0”，LED
不亮。传感器（也叫做磁性开关）的安装位置可以调整，调整方法是松开磁性
开关的紧定螺钉，让磁性开关在气缸的滑轨里滑动，到达指定位置后，再旋紧
紧定螺钉。

2、机械部分工作原理
直线滑块模组的滑块通过（升降气缸固定在滑块上）移动，到达指定的工位后
，升降气缸及吸盘工作，将工件吸取并提升，然后直线滑块模组
机构的滑块又开始移动到达指定的工位后，升降气缸及吸盘又开始工作，将工
件放到指定的工位上，达到搬运工件之目的。

1)X向直线滑块模组单元：

直线滑块模组机构由一个电机通过联轴器主同步带轮驱动，并通过同步带将滑块与从

同步带轮配合成直线驱动机构，在型材上实现直线移动。在自动状态下将不同属性的工件放

入对应的物品容器中，滑块上的气动抓手的位置判断是根据与工位对应的接近开关开关来判

断滑块与工位见关系，在直线模组终端均设置行程开关，来保护模组的滑块在允许范围内运

动。

2）Z向升降气缸单元

Z轴通过工厂自动化常用的气缸和气动真空吸盘来控制取放工件。Z轴方向的运动通

过一个气缸来实现。真空吸盘安装在升降气缸的前端，通过电磁阀来控制气路通断，从而控

制Z轴