一种四自由度气动搬运机械手控制系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 108081241 A(43)申请公布日 2018.05.29

(21)申请号 201611029315.4(22)申请日 2016.11.22

(71)申请人 李彦松

地址 110000 辽宁省沈阳市和平区市府大

路216号6号楼3单元308室(72)发明人 李彦松　(51)Int.Cl.

B25J 9/00(2006.01)B25J 9/16(2006.01)

权利要求书1页 说明书2页 附图2页

(54)发明名称

一种四自由度气动搬运机械手控制系统(57)摘要

一种四自由度气动搬运机械手控制系统，采用PLC控制技术和组态技术相结合设计而成，实现对搬运机械手各种精准、快速的动作及工序的控制，从而使生产的自动化程度得到大幅度提高，并可代替人工在环境恶劣、工人无法作业的

该控制系统结构设计场合完成既定的工作任务。

合理，运行稳定，控制准确，且控制系统的仿真界面与实际机械手能很好地实现同步工作。该系统适用于环境比较恶劣的工业现场中，具有较高的研究和使用价值。

CN 108081241 ACN 108081241 A

权　利　要　求　书

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1.一种四自由度气动搬运机械手控制系统，其特征是：所述控制系统硬件主要是由1个摆动气缸、3个伸缩气缸构成的四自由度机械手，单个周期的工作流程主要由伸缩臂伸出、机械手下降、夹工件、机械手上升、伸缩臂缩回、摆臂右转到位、伸缩臂伸出、机械手下降、放工件、机械手上升、伸缩臂缩回、摆臂左转到位等12个动作组成。

2.根据权利要求1所述的一种四自由度气动搬运机械手控制系统，其特征是：所述控制系统的气源是由空气压缩机(排气压力额定值为0.6MPa)通过手动截止阀进入储气罐，经过滤器、减压阀后进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。

3.根据权利要求1所述的一种四自由度气动搬运机械手控制系统，其特征是：所述机械手控制系统的控制核心器件采用16点输入，16点继电器输出的FXZN-32MRPLC。

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CN 108081241 A

说　明　书

一种四自由度气动搬运机械手控制系统

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技术领域[0001]本发明涉及一种四自由度气动搬运机械手控制系统，适用于机械领域。

背景技术[0002]气动机械手由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作及自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备。本设计利用PLC的顺序控制特点，实现对搬运机械手各种精准、快速的动作及工序的控制，从而使生产的自动化程度得到大幅度提高，并可代替人工在环境恶劣、工人无法作业的场合完成既定的工作任务，同时，采用组态技术可实现对机械手的组态画面同步仿真和控制功能，它对提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代具有十分重要的作用。

发明内容[0003]本发明提出了一种四自由度气动搬运机械手控制系统，采用PLC控制技术和组态技术相结合设计而成，实现对搬运机械手各种精准、快速的动作及工序的控制，从而使生产的自动化程度得到大幅度提高，并可代替人工在环境恶劣、工人无法作业的场合完成既定的工作任务。[0004]本发明所采用的技术方案是：所述控制系统硬件主要是由1个摆动气缸、3个伸缩气缸构成的四自由度机械手，单个周期的工作流程主要由伸缩臂伸出、机械手下降、夹工件、机械手上升、伸缩臂缩回、摆臂右转到位、伸缩臂伸出、机械手下降、放工件、机械手上升、伸缩臂缩回、摆臂左转到位等12个动作组成。[0005]所述控制系统的气源是由空气压缩机(排气压力额定值为0.6MPa)通过手动截止阀进入储气罐，经过滤器、减压阀后进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。[0006]所述机械手控制系统的控制核心器件采用16点输入，16点继电器输出的FXZN-32MRPLC。[0007]本发明的有益效果是：该控制系统结构设计合理，运行稳定，控制准确，且控制系统的仿真界面与实际机械手能很好地实现同步工作。该系统适用于环境比较恶劣的工业现场中，具有较高的研究和使用价值。附图说明[0008]图1是本发明的气动回路图。[0009]图2是本发明的工作流程部分梯形图。[0010]图中：1.气源；2.手动截止阀；3.储气罐；4.过滤器；5.减压阀；6.压力表；7~10.消声器；11~14.三位四通电磁阀；15~18.单向节流阀；19.摆动气缸；20~22.伸缩气缸。具体实施方式

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CN 108081241 A[0011]

说　明　书

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下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0012]如图1，控制系统硬件主要是由1个摆动气缸、3个伸缩气缸构成的四自由度机械手，单个周期的工作流程主要由伸缩臂伸出、机械手下降、夹工件、机械手上升、伸缩臂缩回、摆臂右转到位、伸缩臂伸出、机械手下降、放工件、机械手上升、伸缩臂缩回、摆臂左转到位等12个动作组成。[0013]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，其升降运动通过升降气缸、垂直导柱、滑动导柱、垂直导轨及升降位置限位开关相互配合完成;转动是通过摆动气缸、摆动臂及摆动位置限位开关相互配合完成；伸缩运动通过伸缩气缸、滑动导柱、水平导轨及伸缩位置限位开关相互配合完成。通过伸缩气缸与机械结构配合实现气动手爪对物品的夹持与松开。[0014]控制系统的气源是由空气压缩机(排气压力额定值为0.6MPa)通过手动截止阀进入储气罐，经过滤器、减压阀后进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。[0015]如图2，机械手控制系统的控制核心器件采用16点输入，16点继电器输出的FXZN-32MRPLC。根据系统控制要求及PLC I/O分配编写程序，系统上电后，按下启动按钮，机械手就可按设定的程序工作。[0016]启动后，机械手处于左限位，当检测到有工件信息时，机械手伸缩臂水平伸出，伸出到位后，延时1s，机械手升降手臂下降，下降到位后延时0.5s，气动手爪夹取工件，延时is后手臂垂直上升，上升到限位后手臂缩回，延时0.5s，右转一定角度后延时1s，手臂伸出，伸出到位后，延时1s，机械手升降手臂下降，到位后延时0.5s，气动手爪松开放下工件，延时1s后手臂垂直上升，上升到限位后手臂缩回，延时0.5s，机械手左转到左限位。[0017]该机械手控制系统仿真系统界面由按钮、指示灯、机械手、限位开关等元件组成，为与实物机械手形象逼真，在组态王常用图符中自制机械手元件。设计中，画面中有很多图素，各个动画采用隐含链接方式，各图素的隐含连接表达式为假时不显示，如为真时则显示。[0018]系统的PLC控制程序与仿真界面编辑好后，将PLC与计算机连接，在组态王工程浏览器中通过“设备配置向导”为系统定义外部设备和数据库。系统的外部设备即下位机选用FXZN-32MR型PLC，通讯方式采用组态王的串行通讯方式，PLC的编程口与计算机的COM1口相连接。在组态王工程浏览器的“设备”中选则相应的“COMI”端口，在“设备配置向导”选择“PLC\\三菱\\FX2\\编程口”。[0019]变量数据库存放的是变量的当前值，系统的工作状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作人员在计算机前发布的指令也要迅速地送达到系统，所有这一切都是以实时数据库为中介环节的，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在组态王工程浏览器中通过“数据词典”为该系统定义数据库。

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CN 108081241 A

说　明　书　附　图

图1

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说　明　书　附　图

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图2

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