CN205521417U

CN205521417U - 基于plc的气动机械手

Info

Publication number: CN205521417U
Application number: CN201620259907.4U
Authority: CN
Inventors: 臧华东
Original assignee: Suzhou Vocational Institute of Industrial Technology
Current assignee: Suzhou Vocational Institute of Industrial Technology
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2026-03-31

Abstract

本实用新型提供了一种基于PLC的气动机械手，包括PLC组件、驱动组件、手臂部、手腕部；PLC组件与驱动组件相连接，驱动组件与手臂部、手腕部相连接；PLC组件用于向驱动组件发送控制信号；驱动组件用于根据控制信号：控制手臂部上升、下降、旋转和/或伸缩；控制手腕部取/放物品。本实用新型提供的气动机械手，不仅能够实现手动控制物品的搬运，还能够实现搬运流程的全自动化，降低人力劳动成本，提升效能。

Description

基于PLC的气动机械手

技术领域

本实用新型涉及气动技术领域，尤其涉及一种基于PLC的气动机械手。

背景技术

近20年来，气动技术的应用领域迅速扩大，气动技术——被誉为工业自动化“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造领域中越来越受到人们的重视，并的道理广泛的应用。电气可编程控制技术与气动技术的结合，整个系统自动化程度变得更高，控制方式灵活，性能更加可靠；气动机械手自动生产线的迅速发展，对气动技术要求提高了很多。

气动技术是以压缩空气为工作介质来传动和控制的一门专业技术。气动技术因具有节能、安全可靠、结构简单以及可以在高温、震动、易燃、多尘埃、强磁等恶劣环境下工作的优点，气动技术正朝着精确化、高速化、小型化、复合化和集成化的方向发展。

气动机械手是机械手中的一种，它结构简单、重量轻、动作灵活、平稳和不污染环境等优点而被广泛的应用。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于PLC的气动机械手。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供了一种基于PLC的气动机械手，包括PLC组件、驱动组件、手臂部、手腕部；

PLC组件与驱动组件相连接，驱动组件与手臂部、手腕部相连接；

PLC组件用于向驱动组件发送控制信号；

驱动组件用于根据控制信号：

控制手臂部上升、下降、旋转和/或伸缩；

控制手腕部取/放物品。

作为优选的，手腕部为夹持型手腕部。

进一步的，夹持型手腕部能够根据所抓取物件的重心调节方位。

作为优选的，手腕部为吸盘式手腕部。

作为优选的，手臂部还包括导向装置；

导向装置用于增加手臂部的刚性和导向性。

作为优选的，还包括消音组件；

消音组件设于手臂部和手腕部。

作为优选的，PLC组件包括能够与外部上位机通信的通信接口。

作为优选的，驱动组件包括气压传动组件，手臂部包括第一气缸和第二气缸；手腕部包括第三气缸；

气压传动组件用于控制第一气缸、第二气缸、第三气缸伸缩，实现手臂部的上升、下降、伸缩以及手腕部夹紧或松开。

进一步的，第一气缸、第二气缸上分别设有用于限制第一气缸、第二气缸伸缩的限位组件。

进一步的，第一气缸、第二气缸、第三气缸上还设有速度控制阀，速度控制阀用于控制第一气缸、第二气缸、第三气缸伸缩的速度。

本实用新型与现有技术的机械手相比，具有结构简单，实现简易，并能够自动控制机械手完成流水作业。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的结构框图。

图2为本实用新型一种实施方式中手部的结构示意图。

图3为本实用新型一种实施方式中PLC的端口分配示意图。

图4为本实用新型一种实施方式中初始化程序的程序图。

图5为本实用新型一种实施方式中手动控制程序的程序图。

图6为本实用新型一种实施方式中机械手位置复位程序的程序图。

图7-1为本实用新型一种实施方式中自动控制程序的程序图(前半)。

图7-2为本实用新型一种实施方式中自动控制程序的程序图(后半)。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。

本实用新型的一种实施方式提供了一种基于PLC的气动机械手，包括PLC组件、驱动组件、手臂部、手腕部；PLC组件与驱动组件相连接，驱动组件与手臂部、手腕部相连接；PLC组件用于向驱动组件发送控制信号；驱动组件用于根据控制信号：控制手臂部上升、下降、旋转和/或伸缩；控制手腕部取/放物品。

在本实施例中，机械手需要完成物品的抓取动作、手臂回转、升降及伸缩运动，因此选用圆柱坐标式；机械手主要由底座、手臂和夹子三部分组成。基座的主要功能是支撑和手臂完成回转，手臂装在底座上，做上下直线运动，手部做伸缩运动，夹子部分采用两根手爪，具有一个开合的动作(夹紧、放松)，机械手的结构框图如图1所示。

在本实施例中，机械手驱动部分是采用气压驱动，使用的压力为0.6MPa。气动驱动的主要优点是气源方便，驱动系统具有缓冲作用，成本低，维修方便。机械手的全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，用于实现升降气缸、伸缩气缸以及驱动手部气缸(开合气缸)。

本实施例中的机械手具有一个旋转运动自由度、两个直线运动自由度和一个开合运动，用于将工件从原工作台上的物品搬到其右侧工作台上，两个工作台高度不同，所在位置和机械手底座位置三点位置组成一定的角度，而且两个工作台与机械手底座的距离也不相同。

本实施例中的机械手的全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，整个机械手在工作中能实现上升/下降、左旋转/右旋转、夹紧/放松功能。

机械手实现物品移动操作，需要实现以下几个动作：

竖直下降：机械手的升降运动通过升降气缸、垂直导柱、滑动导柱，气缸下行至下限位置，使手部夹持机构(手爪)到达工作台上的物品工件位置。

夹紧：机械手开合气缸手爪伸出，手爪夹紧物品工件。

竖直上升：通过升降气缸，气缸上行至上升限位，将物品抓起，同时使手爪及其所夹紧的物品到达目标工作台上的平面位置。

右向回转：机械手气缸活塞伸出至目标工作台的正上方。

手臂伸长：机械手伸缩气缸活塞伸出至伸出限位，使手爪及其所抓紧的物品到达目标工作台的上方。

放松：机械手开合气缸活塞缩回，手爪张开放松物品在工作台上。

手臂缩短：机械手气缸活塞缩回至缩回限位。

左向回转：机械手回转气缸向左缩回至原位。

以上是机械手抓取物品的动作流程。至此，也是机械手一次工作中动作的循环。

在本实施例中，手爪部就是与物品接触的部分。由于物品的形式不同，可分为夹持式和吸附式手爪部。当夹持物品是圆柱、长方形状时，一般试用的是夹持式手爪部；当被夹物品是平板、板料时，一般使用负压式吸盘。

夹持式手爪部是由手爪和传力机构构成的。手爪是与物品直接接触的部件，经常使用的手爪运动形式有回转型和平移型。在本实施例中，采用的是回转型手爪。

手爪结构取决于被抓物品的表面形状被抓部位和物品的重量及尺寸。常有的指形有平面的、V面的和曲面的；手爪有外抓式和内抓式，手部指数可以是二指，也可以是多指；传力机构是通过手爪产生夹紧力来完成夹放物品的任务。传力结构的形式比较多，例如：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式。

手腕部分是连接手部和被抓物品的部件，可以根据被抓物品的重心调节被抓物品的方位，方位调节由旋转气缸控制，不仅可以确保抓稳物品，还能扩大机械手活动的范围，使机械手变得灵活，适应性更强。

本实施例中提供的机械手所夹持对象为圆筒形物品，因此选用回转型手部，具体设计如图2所示。

在本实施例中，手臂是机械手主要的组成部分，是支撑被抓物品、手腕的重要部分。手臂的作用就是带动手爪去抓取物品，并按照要求把物品放到指定的位置。按照抓取物品的要求，手臂有三个自由度：手臂伸缩、左右回转、升降运动。对于手臂结构的要求重量尽量轻，已达到动作的灵活性、运动速度高、节约材料和动力，尽量减少运动时候的冲击。

机械手手臂回转、升降运动都由气缸来实现。手臂的伸缩是直线运动，该模块水平安装在立柱上。

气压驱动机械手手臂在进行伸缩(或上升)运动时，为了防止绕轴发生松动，以保证手部的确的运动方向，并使活塞杆不受较大的弯曲作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。目前采用的导向装置有单向导杆、双向导杆、四向导杆等，在手臂升降模块采用双向导杆能增加手臂的刚性和导向性。

在本实施例中，机械手还可以设有一个底座。对于专用的机械手而言，传动部分合控制部分通常是单独布置的，所以底座设计的比较简单或者不设底座。而对于一般的机械手而言，底座是机械手最基本的部分，机械手的执行机构的各部分和驱动系统都安装在底座上，是支撑机械手全部重量的构件。基座结构从形式上分可以分为落地式和悬挂式，或分为固定式、可移动式、行走式。本实施例中机械手的底座采用落地固定式。

驱动系统是机械手不可缺失的重要部分，机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传送装置。气压传动在工业机械手应用比较广泛，气压传动系统动作迅速、反应灵敏、阻力损失、工作稳定和维护方便等，因此采用气压传动方式。气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点。

在本实施例中，根据机械手的动作要求，要完成物品的移动，在驱动系统中气缸的运动的方式有：直线运动(缸体固定，活塞杆运动)、摆动(缸体固定)及其气动系统原理有立柱气缸升降、水平气缸伸缩、手臂气缸伸缩、摆动夹子。机械手的每一个自由度对应的气缸在物品移动中只有两个停止位置。由于情况的变化，不可能完全通过气缸的端盖来控制活塞的停止位置。这些位置可以通过安装在机械手上的限位开关来确定并根据实际情况来进行调整。

在本实施例中，还可以在气缸上加装方向控制阀，用来改变气体的流向和通断。

在本实施例中，还可以在气缸上加装速度控制阀，该速度控制阀是一个单向阀和节流阀并联结合成的流量控制阀，用于控制气缸的运动速度。

在本实施例中，还可以在气缸上加装消音器，降低气流在通道上的空气阻力。

在本实施例中，气缸分别与空气压缩机相连接，通过空气压缩机作为动力源，推动气缸的伸缩。

在本实施例中，选用电磁阀作为执行器。利用电磁铁推动阀芯来控制压缩空气方向,从而控制气动执行器开关方向。

由工作过程分析可知，本控制需设工作方式选择开关1个，占5个输入点；手动时设运动选择开关1个，占3个输入点；上、下、左、右4个位置检测开关，占4个输入点；物品检测开关1个，占1个输入点；原点、启动、停止3个按钮，占3个输入点，一共需要16个输入点。

输出设备有上升/下降、左移/右移电磁阀，占4个输出点；夹紧/放松电磁阀，占1个输出点；设原点指示灯1个，占1个输出点，一共需要6个输出点。

在本实施例中，为PLC设置输入/输出分配表如下：

输入信号	输入口	输出信号	输出口
				下限位开关SQ1	X000	下降电磁阀	Y000
上限位开关SQ2	X001	上升电磁阀	Y001
				右限位开关SQ3	X002	夹紧电磁阀	Y002
左限位开关SQ4	X003	右行电磁阀	Y003
				物品检测开关SQ5	X004	左行电磁阀	Y004
左移/右移SA1	X005	原点指示灯	Y005
				上升/下降SA2	X006
夹紧/放松SA3	X007
				手动操作SA4	X010
回原点操作SA5	X011
				步进操作SA6	X012
周期操作SA7	X013
				连续操作SA8	X014
原点按钮SB1	X015
				系统启动按钮SB2	X016
系统停止按钮SB3	X017

根据机械手的输入/输出分配表，其I/O分配表如图3所示。

在本实施例中，还可以在PLC的扩展接口上连接扩展单元，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要，还可以通过通信接口实现与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。

在本实施例中，初始化程序如图4所示。由辅助继电器M8044检测机械手是否在原点，M8044由原点的各气动系统驱动，它的ON状态作为自动方式时允许状态转移的条件。另由特殊辅助继电器M8000驱动指令FNC60(IST)，设定初始状态。

在本实施例中，手动操作程序如图5所示。当工作方式选择开关SA4扳到“手动”位，运动开关选择SA1扳到所需运动方式，如“左/右”位时，按下气动按钮SB2，机械手左移。按下停止按钮机械手右移。同理，扳SA2“上/下”位时，操作SB2和SB3，可实现机械的上升/下降运动等。

在完成一次物品移动流程后，机械手需要回到初始位置。在本实施例中，机械手返回到初始状态的程序图如图6所示。

在本实施例中，由于FNC60(IST)的支持，机械手还能够实现全程自动控制，当工作方式选择开关扳到“步进、但周期、连续”方式时，PLC会根据预设的程序实现流程的全程自动控制。图7-1、图7-2是本实施例中的其中一种自动控制程序图，实际自动控制程序可以根据实际需求进行改变。

上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims

1.一种基于PLC的气动机械手，其特征在于，包括PLC组件、驱动组件、手臂部、手腕部；

所述PLC组件与所述驱动组件相连接，所述驱动组件与所述手臂部、手腕部相连接；

所述PLC组件用于向所述驱动组件发送控制信号；

所述驱动组件用于根据所述控制信号：

控制所述手臂部上升、下降、旋转和/或伸缩；

控制所述手腕部取/放物品。

2.根据权利要求1所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述手腕部为夹持型手腕部，手腕部由电动电磁铁控制。

3.根据权利要求2所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述夹持型手腕部能够根据所抓取物件的重心调节方位，方位调节由旋转气缸控制。

4.根据权利要求1所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述手腕部为吸盘式手腕部。

5.根据权利要求1所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述手臂部还包括导向装置；

所述导向装置用于增加所述手臂部的刚性和导向性。

6.根据权利要求1所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述PLC组件包括能够与外部上位机通信的通信接口。

7.根据权利要求1所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述驱动组件包括气压传动组件，所述手臂部包括第一气缸和第二气缸；所述手腕部包括第三气缸；

所述气压传动组件用于控制所述第一气缸、第二气缸、第三气缸伸缩，实现所述手臂部的上升、下降、伸缩以及所述手腕部夹紧或松开。

8.根据权利要求7所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述第一气缸、第二气缸上分别设有用于限制所述第一气缸、第二气缸伸缩的限位组件。

9.根据权利要求7所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，所述第一气缸、第二气缸、第三气缸上还设有速度控制阀，所述速度控制阀用于控制所述第一气缸、第二气缸、第三气缸伸缩的速度。

10.根据权利要求7所述的基于PLC的气动机械手，其特征在于，还包括消音组件；

所述消音组件设于所述第一气缸、第二气缸、第三气缸上。