一种基于PLC控制的混合型气动机械手制造技术

一种基于PLC控制的混合型气动机械手，是一种具有3个自由度的极坐标型机械手。该机械手系统稳定可靠、使用方便、成本低，具有可编程、二次设计等开放式功能特点,对提高学生的工程素质、创新能力及综合实践能力有显著效果,可满足培养综合性和创新型、复合型工程技术人员的要求，具有很好的应用推广价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械手，特别是一种基于PLC控制的混合型气动机械手。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于PLC控制的混合型气动机械手，系统稳定可靠、使用方便、成本低，具有可编程、二次设计等开放式功能特点,对提高学生的工程素质、创新能力及综合实践能力有显著效果,可满足培养综合性和创新型、复合型工程技术人员的要求，具有很好的应用推广价值。本专利技术所采用的技术方案是：所述气动机械手是一种具有3个自由度的极坐标型机械手，极坐标型机械手具有占地面积小，结构紧凑，便于与其他机器人协调工作，重量较轻等特点，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，机械手由机械系统、位置检测系统、气动及控制系统3部分组成。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。所述机械手的气动系统由气源、气动三联件、气动系统控制阀、俯仰及伸缩气缸等组成，整个气动系统主要完成俯下、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记X13、X14提供，位置信号由光栅尺产生的脉冲信号提供。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，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。所述气动机械手要实现物品的自动搬运工作，机械手需要先回到原点位置。可根据不同的工艺要求来设定机械手的动作顺序和动作的位移，要求控制系统具有手动运行模式、回原点模式和自动运行模式、半自动模式。手动模式功能为:按下手动按钮,气缸、步进电机、手爪电机可作相应手动控制；回原点模式功能为:按下回原点按钮，伸缩气缸返回到缩回极限位置,俯仰气缸返回到仰起极限位置,步进电机转到逆时针转动极限位置,手爪闭合到完全闭合状态；全自动模式功能为:在完成回原点操作后,按下全自动按钮可实现连续的工作循环,当按下停止按钮后,机械手将在1个工作循环后才停止；半自动模式功能为：按下半自动按钮，机械手在完成1个工作循环后自动停止。设计机械手自动循环工作的动作顺序为：俯下→正转→开爪→伸出→合爪→缩回原位→反转回原位→仰起回原位→停止。本专利技术的有益效果是：系统稳定可靠、使用方便、成本低，具有可编程、二次设计等开放式功能特点,对提高学生的工程素质、创新能力及综合实践能力有显著效果,可满足培养综合性和创新型、复合型工程技术人员的要求，具有很好的应用推广价值。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的气动机械手结构示意图。图2是本专利技术的气动机械手气动原理图。图3是本专利技术的工步状态表。图中：1.底座；2.回转台；3.俯仰气缸4.光电检测装置；5.立柱；6.伸缩气缸；7.手爪具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，气动机械手是一种具有3个自由度的极坐标型机械手，极坐标型机械手具有占地面积小，结构紧凑，便于与其他机器人协调工作，重量较轻等特点，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，机械手由机械系统、位置检测系统、气动及控制系统3部分组成。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，机械手的气动系统由气源、气动三联件、气动系统控制阀、俯仰及伸缩气缸等组成，整个气动系统主要完成俯下、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记X13、X14提供，位置信号由光栅尺产生的脉冲信号提供。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，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。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。如图3，气动机械手要实现物品的自动搬运工作，机械手需要先回到原点位置。可根据不同的工艺要求来设定机械手的动作顺序和动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：述气动机械手是一种具有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，机械手由机械系统、位置检测系统、气动及控制系统3部分组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于PLC控制的混合型气动机械手，其特征是：述气动机械手是一种具有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，机械手由机械系统、位置检测系统、气动及控制系统3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。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：所述机械手的气动系统由气源、气动三联件、气动系统控制阀、俯仰及伸缩气缸等组成，整个气动系统主要完成俯下、仰起、伸出、缩回4个动作。4.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的混合型气动...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚秀清，
申请(专利权)人：褚秀清，
类型：发明
国别省市：辽宁;21