CN105690381A - 一种基于plc控制的混合型气动机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC控制的混合型气动机械手，机械手整体结构主要由底座1、回转台2、俯仰气缸3、光电检测装置4、立柱5、伸缩气缸6和手爪7等七部分组成。机械手的俯仰和伸缩动作采用气动方式驱动，采用3自由度，占地面积小活动范围大，结构较简单便于组合，定位精度较高，同时兼顾了低成本和高通用性。同时，机械手采用了PLC控制，简化了电气控制***，使机械手工作更稳定、可靠、灵活、工作效率明显提高。

Description

一种基于PLC控制的混合型气动机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手，尤其是涉及一种基于PLC控制的混合型气动机械手。

背景技术

随着机械手技术的广泛应用,具有独立控制器、程序可变、动作灵活、定位精度高、适用于中小批量自动化生产的通用机械手得到迅速发展。本文开发研制的新型气动搬运机械手,采用了混合驱动技术，除了气动机械手常见的机械和气动部件外，混合型气动机械手增加了步进电机、直流电机、光电传感器等电气部件，覆盖了PLC控制技术、气动技术、位置检测技术等，是机电气一体化的典型设备，有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明提供一种基于PLC控制的混合型气动机械手，采用3自由度，占地面积小活动范围大，结构较简单便于组合，定位精度较高，同时兼顾了低成本和高通用性。采用了PLC控制，简化了电气控制***，使机械手工作更稳定、可靠、灵活、工作效率明显提高。

本发明所采用的技术方案是。

本发明的整体结构主要由底座、回转台、俯仰气缸、光电检测装置立柱、伸缩气缸和手爪等七部分组成。

所述的气动机械手是具有3个自由度的极坐标型机械手，机械手的手臂运动由一个直线运动（沿手臂方向的伸缩）和两个转动（绕中心轴的顺逆时针方向旋转和绕水平轴的仰俯）所组成，可以完成俯仰、伸缩、回转3个自由度的运动，机械手由机械***、位置检测***、气动及控制***3部分组成。

所述的机械手的俯仰和伸缩动作采用气动方式驱动，绕水平轴的仰俯动作由俯仰气缸通过连杆机构来实现，将气缸的直线运动转化为手臂的仰俯运动，俯仰及伸缩气缸选用标准气缸，由于抓取工件和堆放工件都有位置定位的要求,因此在气缸上安装有红外光电式传感器，气缸杆上固定有透射式光栅，气缸杆的移动带动光栅移动，产生光电信号脉冲，光电信号通过底座中内置的信号转换电路进行处理后反馈到PLC输入端，PLC控制程序对该反馈信号进行处理，判断手臂的运动是否到位，然后发出控制信号给电磁换向阀来控制气缸的运动和停止，实现机械手任意定位的需要。

所述的气动***由气源、气动三联件、气动***控制阀、俯仰及伸缩气缸等组成，整个气动***主要完成俯下、仰起、伸出、缩回4个动作，由空压机获得气源，经气动三联件，得到清洁、干燥的空气，经过三位五通电磁阀实现运动的转换，电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4由PLC进行控制。俯仰及伸缩气缸的原位信号由光栅尺上的原位标记X2、X3提供，限位信号由由光栅尺上的限位标X13、X14提供，位置信号由光栅尺产生的脉冲信号提供。

所述的气动机械手绕中心轴的转运动采用步进电机驱动来实现，选用了二相混合式步进电机与其配套的等角度恒力矩细分型步进电机驱动器作为机械手回转运动的驱动及定位装置，步进电机内置于机械手底座当中，由于定位控制的需要，回转台转至0°及180°位置时，在底座上设有原点开关及限位挡块。在控制电路中，由PLC把脉冲信号CP、方向信号DIR等控制信号发送给步进电机驱动器来控制步进电机的转动速度、方向及位置，从而实现对步进电机的伺服定位控制。

所述的气动机械手的手爪运动设计考虑到结构与外观的需要选用了机械手爪，采用永磁直流减速电机来驱动手爪，电机的旋转运动通过丝杆螺母机构转化为直线运动，再通过连杆机构转换成手爪的开合运动，由PLC控制一对继电器KA1、KA2实现直流电机的正反转控制，实现手爪的开合抓放动作。

本发明的有益效果是：机械手占地面积小活动范围大，结构较简单便于组合，定位精度较高，同时兼顾了低成本和高通用性。采用了PLC控制，简化了电气控制***，使机械手工作更稳定、可靠、灵活、工作效率明显提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的气动机械手结构示意图。

图2是本发明的气动机械手气动原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，整体结构主要由底座1、回转台2、俯仰气缸3、光电检测装置4、立柱5、伸缩气缸6和手爪7等七部分组成。

如图1所示，气动机械手是具有3个自由度的极坐标型机械手，机械手的手臂运动由一个直线运动（沿手臂方向的伸缩）和两个转动（绕中心轴的顺逆时针方向旋转和绕水平轴的仰俯）所组成，可以完成俯仰、伸缩、回转3个自由度的运动，机械手由机械***、位置检测***、气动及控制***3部分组成。

如图1所示，机械手的俯仰和伸缩动作采用气动方式驱动，绕水平轴的仰俯动作由俯仰气缸通过连杆机构来实现，将气缸的直线运动转化为手臂的仰俯运动，俯仰及伸缩气缸选用标准气缸，由于抓取工件和堆放工件都有位置定位的要求,因此在气缸上安装有红外光电式传感器，气缸杆上固定有透射式光栅，气缸杆的移动带动光栅移动，产生光电信号脉冲，光电信号通过底座中内置的信号转换电路进行处理后反馈到PLC输入端，PLC控制程序对该反馈信号进行处理，判断手臂的运动是否到位，然后发出控制信号给电磁换向阀来控制气缸的运动和停止，实现机械手任意定位的需要。

如图2所示，气动***由气源、气动三联件、气动***控制阀、俯仰及伸缩气缸等组成，整个气动***主要完成俯下、仰起、伸出、缩回4个动作，由空压机获得气源，经气动三联件，得到清洁、干燥的空气，经过三位五通电磁阀实现运动的转换，电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4由PLC进行控制。俯仰及伸缩气缸的原位信号由光栅尺上的原位标记X2、X3提供，限位信号由由光栅尺上的限位标X13、X14提供，位置信号由光栅尺产生的脉冲信号提供。

如图2所示，气动机械手绕中心轴的转运动采用步进电机驱动来实现，选用了二相混合式步进电机与其配套的等角度恒力矩细分型步进电机驱动器作为机械手回转运动的驱动及定位装置，步进电机内置于机械手底座当中，由于定位控制的需要，回转台转至0°及180°位置时，在底座上设有原点开关及限位挡块。在控制电路中，由PLC把脉冲信号CP、方向信号DIR等控制信号发送给步进电机驱动器来控制步进电机的转动速度、方向及位置，从而实现对步进电机的伺服定位控制。

如图2所示，气动机械手的手爪运动设计考虑到结构与外观的需要选用了机械手爪，采用永磁直流减速电机来驱动手爪，电机的旋转运动通过丝杆螺母机构转化为直线运动，再通过连杆机构转换成手爪的开合运动，由PLC控制一对继电器KA1、KA2实现直流电机的正反转控制，实现手爪的开合抓放动作。

Claims (6)

1.一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：机械手整体结构主要由底座1、回转台2、俯仰气缸3、光电检测装置4、立柱5、伸缩气缸6和手爪7等七部分组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：所述气动机械手是具有3个自由度的极坐标型机械手，机械手的手臂运动由一个直线运动（沿手臂方向的伸缩）和两个转动（绕中心轴的顺逆时针方向旋转和绕水平轴的仰俯）所组成，可以完成俯仰、伸缩、回转3个自由度的运动，机械手由机械***、位置检测***、气动及控制***3部分组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：所述机械手的俯仰和伸缩动作采用气动方式驱动，绕水平轴的仰俯动作由俯仰气缸通过连杆机构来实现，将气缸的直线运动转化为手臂的仰俯运动，俯仰及伸缩气缸选用标准气缸。

4.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：所述机械手的俯仰和伸缩动作采用气动方式驱动，绕水平轴的仰俯动作由俯仰气缸通过连杆机构来实现，将气缸的直线运动转化为手臂的仰俯运动，俯仰及伸缩气缸选用标准气缸，由于抓取工件和堆放工件都有位置定位的要求,因此在气缸上安装有红外光电式传感器，气缸杆上固定有透射式光栅，气缸杆的移动带动光栅移动，产生光电信号脉冲，光电信号通过底座中内置的信号转换电路进行处理后反馈到PLC输入端，PLC控制程序对该反馈信号进行处理，判断手臂的运动是否到位，然后发出控制信号给电磁换向阀来控制气缸的运动和停止，实现机械手任意定位的需要。

5.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：所述气动机械手绕中心轴的转运动采用步进电机驱动来实现，选用了二相混合式步进电机与其配套的等角度恒力矩细分型步进电机驱动器作为机械手回转运动的驱动及定位装置，步进电机内置于机械手底座当中，由于定位控制的需要，回转台转至0°及180°位置时，在底座上设有原点开关及限位挡块,在控制电路中，由PLC把脉冲信号CP、方向信号DIR等控制信号发送给步进电机驱动器来控制步进电机的转动速度、方向及位置，从而实现对步进电机的伺服定位控制。

6.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：所述气动机械手的手爪运动设计考虑到结构与外观的需要选用了机械手爪，采用永磁直流减速电机来驱动手爪，电机的旋转运动通过丝杆螺母机构转化为直线运动，再通过连杆机构转换成手爪的开合运动，由PLC控制一对继电器KA1、KA2实现直流电机的正反转控制。