基于PLC控制的工业机械手的制作方法

本发明涉及机械手装置，具体为一种基于plc控制的工业机械手。

背景技术：

随着产业转型升级的需求，人力成本的上升，国家政策的扶持，2017～2022年我国工业机器人未来的增速可达30％以上，到2022年我国工业机器人年销售量将超过27万台，采用智能工业机器人进行作业已成为发展趋势，如搬运机器人、装配机器人、救援机器人等，这不仅提高了劳动效率，减轻了劳动力，且对环境的适应性强，能代替人工从事危险、有害和人员不能到达的地方的工作。

工业机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的产物，通过plc操作控制实现抓取、点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等等自动化作业，具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举力量大等特点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提出了一种可实现工业化运作的基于plc控制的工业机械手。

能够解决上述技术问题的基于plc控制的工业机械手，其技术方案包括安装于多节关节臂上的手爪，所不同的是：

1、所述多节关节臂包括大臂、中臂和小臂，所述大臂铰装于腰座上，所述腰座通过转动机构安装于机座上，所述腰座上设有摆动大臂的第一气缸，所述中臂铰装于大臂上，大臂上设有摆动中臂的第二气缸，所述小臂铰装于中臂上，中臂上设有摆动小臂的第三气缸，所述手爪通过回转机构安装于小臂上。

2、所述大臂、中臂和小臂的摆动面均处于同一竖直面上。

所述回转机构的一种结构包括安装于小臂上的套筒和同轴安装于套筒内的回转大齿轮，所述套筒上安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴上安装有与回转大齿轮啮合的回转小齿轮。

所述手爪的一种结构包括圆周均布的四个爪杆，各爪杆通过径向的内、外连杆构成的平行四边形机构安装于对应的爪座上，四个爪座安装于回转大齿轮端面上，四个爪座中央同轴设置的第四气缸的伸缩杆上开设有轴向的环形齿条，四根内连杆于爪座上的连接端均开设有局部的回转齿，各回转齿与环形齿条之间对应设有摆齿，各摆齿的上、下端局部齿啮合对应的回转齿和环形齿条。

为进一步提高小臂的摆动幅度，所述第三气缸与上曲杆、下折杆和小臂座构成四边形连杆机构，第三气缸的气缸杆与下折杆的连接点铰装于中臂上，所述小臂安装于小臂座上。

本发明的有益效果：

1、本发明基于plc控制的工业机械手选择圆柱坐标系，机械手臂可以上、下运动和前、后伸展且360度旋转，而手爪拥有五个自由度(三个移动自由度和两个转动自由度)，具有工作空间范围大、定位准确、精度高、刚度好、运动灵活、传动效率高等特点。

2、本发明可根据不同的应用场合，通过更换末端执行器(手爪)或重新编写plc控制程序而满足不同需求，扩大了工业机械手的使用范围。

3、本发明采用plc来控制整个机构运动，操作简单，稳定性好。

4、本发明方便拆卸和变换其它类型的手爪，各机械臂和手爪运动方式结合齿轮传动和气压驱动，结构紧凑、重量轻、惯性小、工作稳定。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的主视图。

图2为图1实施方式的俯视图。

图3为图1中的a向视图。

图4为图2中的b—b剖视图。

图号标识：1、手爪；2、大臂；3、中臂；4、小臂；5、腰座；6、机座；7、第一气缸；8、第二气缸；9、第三气缸；10、套筒；11、回转大齿轮；12、伺服电机；13、回转小齿轮；14、外连杆；15、内连杆；16、爪座；17、摆齿；18、上曲杆；19、下折杆；20、小臂座；21、爪杆；22、环形齿条；23、转动架；24、支撑架；25、第四气缸。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明基于plc控制的工业机械手，包括大臂2、中臂3和小臂4以及手爪1，对应于大臂2设有第一气缸7，对应于中臂3设有第二气缸8，对应于小臂4设有第三气缸9。

所述大臂2下端通过转动架23铰装于腰座5的后侧上，所述腰座5通过转动机构(围绕竖直轴转动)安装于机座6上，所述腰座5的前侧上设有缸座，所述第一气缸7的缸体的前下端铰装于缸座上，第一气缸7的伸缩杆的后上端铰装于大臂2上安装的支撑架24上，如图1、图2所示。

所述中臂3设于大臂2的上方，中臂3的后下端安装于大臂2上端的转架上，所述第二气缸8设于大臂2与中臂3之间，第二气缸8的缸体后下端铰装于大臂2上的支撑架24上，第二气缸8的伸缩杆的前上端铰连于中臂3的臂体底部，如图1所示。

所述第三气缸9设于中臂3上方，第三气缸9的伸缩杆的前下端铰连于下折杆19的后上端，所述下折杆19的后段杆部上端安装于中臂3前上端的转架上，该后段杆部底部抵在中臂3前端部上，下折杆19的前段杆部前端铰连小臂座20的后下端，第三气缸9的缸体后上端铰连上曲杆18的后下端，上曲杆18的前下端铰连小臂座20的前上端，第三气缸9、上曲杆18、小臂座20和下折杆19构成一个四边形机构，所述小臂4设于小臂座20前方，小臂4的后上端固装于小臂座20的前端面上，如图1、图2所示。

所述手爪1包括回转部和张合部，所述回转部包括与小臂4前下端固连的套筒10，所述套筒10内同轴安装有回转大齿轮11，套筒10上还安装有伺服电机12，所述伺服电机12的输出轴上安装有回转小齿轮13，所述回转小齿轮13与回转大齿轮11啮合；所述张合部设于回转部前方，包括圆周均布的四个爪杆21(平行于轴向)，对应于四个爪杆21设置四个爪座16，四个爪座16安装于回转大齿轮11的前端面上(平齐套筒10前端)，各爪杆21与对应爪座16之间通过对应设置的平行四边形机构连接安装，各平行四边形机构包括径向的内、外连杆15、14，各内连杆15与对应爪座16连接端的下部开设有局部的回转齿，四个爪座16中央设有安装于回转大齿轮11前端面上的第四气缸25，所述第四气缸25的伸缩杆上开设有轴向的环形齿条22，围绕环形齿条22圆周均布设有四个摆齿17，各摆齿17铰装于对应的爪座16上，各摆齿17的外齿啮合对应内连杆15的回转齿，各摆齿17的内齿啮合环形齿条22，如图3、图4所示。

所述手爪1的回转受控于伺服电机12的驱动，各爪杆21同步的径向扩张和收缩受控于第四气缸25，当第四气缸25的伸缩杆向前运动时(如图4中箭头所示)，环形齿条22带动四个摆齿17同步摆动，同步摆动的四个摆齿17通过对应的平行四边形机构同步带动四个爪杆21收缩抓取物件(如图3中箭头所示)，第四气缸25的伸缩杆向后运动则带动四个爪杆21同步扩张释放物件。

上述结构中的各气动机构和电动机构可由plc控制，所述手爪1是与物件接触的部件，采用回转型夹持式手指(爪杆21)，手指实现张开和闭合夹持动作，结构简单、制造方便；所述小臂4和中臂3连接手爪1和大臂2，用来调整被抓取物件的方位(姿势)；大臂2支承起被抓物件、手爪1、小臂4和中臂3，并带动手爪1抓取物件，并按照预定轨迹把物件移动到指定的位置；所述腰座5实现多节关节臂的旋转运动；搬运工件时要求运动速度缓慢，空载时要求快速运动；所述机座6是机械手的基础部件，机械手的各执行机构和驱动系统都安装在机座6上，起连接和支撑作用。

本发明最适合布置于左、右输送带之间使用而实现流水线上两条输送带之间物品的搬运工作，可根据动作顺序编写plc控制程序。