基于PLC的液压搬运机械手设计

　　0　概述

　　作者所设计的工业机械手,用于实现某加工生产线上零件的上料与卸料。该生产线如图1所示,工件及随行夹具采用步伐式输送带实现各机床间的自动输送。搬运机械手1、2分别位于生产线两端的上料和卸料工位,用以实现工件的自动装卸。

　　1　机械手的结构及工作原理

　　搬运机械手1 (上料)的部件结构和动作原理与搬运机械手2 (卸料)相同,下面以卸料机械手2为例介绍其结构及工作原理。该机械手是圆柱坐标型,具有2个自由度,其控制定位方式为多点位控制,驱动方式采用液压传动,手指具有夹紧、放松的功能,手臂具有伸缩、回转的功能。

　　1·1　机械手的结构

　　图2是卸料机械手的整机结构示意图。该机械手由大臂1、立柱2、底座3、手爪伸缩油缸4、小臂升降油缸5、大臂支撑装置6、大臂回转油缸7和手爪8等部件所组成。机械手的手部采用的是三爪内撑式结构,手爪的伸缩是依靠与手爪伸缩油缸活塞杆相联接的锥面推杆的上下运动而实现的。机械手的小臂升降油缸是双活塞杆油缸,并且与手爪伸缩油缸嵌套在一起。机械手大臂的回转是依靠带齿条的无杆活塞油缸,通过齿轮机构并外加一个支撑滚轮结构来实现的。

　　1·2　机械手的自动工作循环

　　卸料机械手工作循环如下:当自动线零件输送带将工件及其随行夹具送到卸料工位,并且夹紧机构松开工件后,控制系统发出指令,使卸料机械手的小臂升降油缸5将手部下降到取料位置。当手部上的定位压盘在零件上部定位后,手爪伸缩油缸4的活塞杆连同锥面推杆下移,使内撑式手部的3个手爪8深入到工件内的空槽中,工件夹紧。小手臂升降油缸5上升,将工件提起到设定高度,大手臂回转110°,小手臂升降油缸5下移,将工件准确地放到卸料台上。手指缩回将工件松开、小手臂上升,大手臂反方向回转110°复位,一个工作循环结束。

　　2　液压系统的设计

　　机械手的驱动系统采用全液压驱动,保证了整机动作迅速、平稳,特别是满足了机械手小臂升降和大臂回转的动作精度要求[1-2]。在机械手的工作过程中,小臂升降频繁,为了节省能量,减少系统发热,故而在液压系统中采用双联叶片泵[3]。如图3所示,当系统需小流量时,由泵1供油;当系统需要大流量时,由泵1和泵2同时供油。卸料机械手不工作时,打开安全阀卸荷。在该系统中,机械手的运动可通过调节调速阀来获得不同的运行速度。各油缸的换向,由3个二位五通电磁换向阀实现。

　　3　控制系统设计

　　随着计算机技术的发展,可编程控制器PLC迅速地发展了起来,改变了工厂自动控制系统的面貌。比起继电器控制, PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、控制程序可变、无限触点数、编程简单、扩充方便、体积小等优点,所以它正在逐步取代传统的继电器接触式的控制[4]。