基于plc的气动机械手的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
基于PLC的气动机械手
技术领域
[0001 ]本实用新型设及气动技术领域，尤其设及一种基于化C的气动机械手。
【背景技术】
[0002] 近20年来，气动技术的应用领域迅速扩大，气动技术一一被誉为工业自动化"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。
[0003] 气动技术是W压缩空气为工作介质来传动和控制的一口专业技术。气动技术因具 有节能、安全可靠、结构简单W及可W在高溫、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。
[0004] 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屯、，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】
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种基于化C的气动机械手。
[0006] 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化C的气动机械手，包 括化C组件、驱动组件、手臂部、手腕部；
[0007] 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；
[000引PLC组件用于向驱动组件发送控制信号；
[0009] 驱动组件用于根据控制信号：
[0010] 控制手臂部上升、下降、旋转和/或伸缩；
[0011] 控制手腕部取/放物品。
[0012] 作为优选的，手腕部为夹持型手腕部。
[0013] 进一步的，夹持型手腕部能够根据所抓取物件的重屯、调节方位。
[0014] 作为优选的，手腕部为吸盘式手腕部。
[0015] 作为优选的，手臂部还包括导向装置；
[0016] 导向装置用于增加手臂部的刚性和导向性。
[0017] 作为优选的，还包括消音组件；
[0018] 消音组件设于手臂部和手腕部。
[0019] 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。
[0020] 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=气缸；
[0021] 气压传动组件用于控制第一气缸、第二气缸、第=气缸伸缩，实现手臂部的上升、 下降、伸缩W及手腕部夹紧或松开。
[0022] 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。
[0023] 进一步的，第一气缸、第二气缸、第=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=气缸伸缩的速度。
[0024] 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】
[0025] 图1为本实用新型一种实施方式的结构框图。
[00%]图2为本实用新型一种实施方式中手部的结构示意图。
[0027] 图3为本实用新型一种实施方式中化C的端口分配示意图。
[0028] 图4为本实用新型一种实施方式中初始化程序的程序图。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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）。
[0032] 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】
[0033] 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。
[0034] 本实用新型的一种实施方式提供了一种基于化C的气动机械手，包括化C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。
[0035] 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=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。
[0036] 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W及驱动手部气缸（开合气 缸)。
[0037] 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=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。
[0038] 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。
[0039] 机械手实现物品移动操作，需要实现W下几个动作：
[0040] 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。
[0041 ]夹紧:机械手开合气缸手爪伸出，手爪夹紧物品工件。
[0042] 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。
[0043] 右向回转:机械手气缸活塞伸出至目标工作台的正上方。
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 手臂缩短:机械手气缸活塞缩回至缩回限位。
[0047] 左向回转:机械手回转气缸向左缩回至原位。
[0048] W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。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 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W是二指，也可W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、斜械杠杆式、齿轮齿条式。
[0052] 手腕部分是连接手部和被抓物品的部件，可W根据被抓物品的重屯、调节被抓物品 的方位，方位调节由旋转气缸控制，不仅可W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。
[0053] 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。
[0054] 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=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。
[0055] 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。
[0056] 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，W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，W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。
[0057] 在本实施例中，机械手还可W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W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W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。
[0058] 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。
[0059] 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。运些位置可W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。
[0060] 在本实施例中，还可W在气缸上加装方向控制阀，用来改变气体的流向和通断。
[0061] 在本实施例中，还可W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。
[0062] 在本实施例中，还可W在气缸上加装消音器，降低气流在通道上的空气阻力。
[0063] 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。
[0064] 在本实施例中，选用电磁阀作为执行器。利用电磁铁推动阀忍来控制压缩空气方 向，从而控制气动执行器开关方向。
[0065] 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。
[0066] 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。
[0067] 在本实施例中，为化村受置输入/输出分配表如下：
[006引
[0069] 根据机械手的输入/输出分配表，其I/O分配表如图3所示。
[0070] 在本实施例中，还可W在化C的扩展接口上连接扩展单元，使化C的配置更加灵活 W满足不同控制系统的需要，还可W通过通信接口实现与监视器、打印机和其他的化C或计 算机相连。
[0071] 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。
[0072] 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SAl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。
[0073] 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。
[0074] 在本实施例中，由于FNC60(1ST)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W根 据实际需求进行改变。
[0075] 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W理 解，而在实际应用中，可W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。
【主权项】
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。
【文档编号】B25J9/18GK205521417SQ201620259907
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】臧华东
【申请人】苏州工业职业技术学院