智能装备产品的系统的开发

梁勇东 叶文斌 钟键 东莞理工学院机械工程学院 曾志彬 吴国洪 东莞市横沥模具科技产业发展有限公司 陈学忠 广东石东实业（集团）公司

1 前言

在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械手来完成物体的取放。机械手在自动化生产中的优势是十分明显的，可以部分代替人工操作，从而减少人工成本，提高生产效率；其次可以按照设定好的程序，实现对于部件的传输和装卸，持续工作，而且精度高，一般不容易出现误差，相比于人工操作更加精确；还有，其安全性好，对于一些危险性较大的工序，进行施工时，由于不需要进行人工操作，因此可以有效保证，人员安全，减少意外事故的发生。

其中就有利用机械手搬运大件货物，目前，搬运大件货物（如大型纸箱）的机械手大多数采用吸盘把货物提起从而进行搬运的方式，然而，容易发生吸不住，提不起来的现象，并且在吸放的重复性动作中，真空吸盘容易老化，需要时常更换真空吸盘，对于大规模使用吸盘机械手搬运货物的环境，时常更换真空吸盘极大影响了工作效率。然而，企业往往需要运行更可靠，效率更好的货物夹持器。

在自动生产线中，各种型式的机械手应用越来越广泛。现代的机械手采用各种电气、机械、液压、气动传动机构，并用电子系统进行控制，以实现模仿人的手臂和手指动作，而其手爪的结构也是各式各样。根据上述情况，手爪方式更适合大件货物的夹持，手爪的设计是各型式的机械手重点，通常的夹持手爪是通过直接使用气动推动，但该方法在大件货物中较为不稳定，偶尔出现卡物的情况，违背了公司对夹持器运行可靠，效率好的要求。因此有必要设计一款适合大件货物搬运的机械手。

针对以上问题，本文提出了一种基于PLC在智能装备领域的应用示范的设计方案，大致为将气缸的末端与手爪的一侧连接，利用一个气缸驱动，并通过光轴与滑块、一个齿轮两平行齿条的传动方式，实现手爪的两侧同步动作，夹持货物。下文将具体从机构设计方面与控制方面进行阐述。

2 设计

根据目标功能，本文所设计的应用于夹持大件货物的手爪，在机构上分别从驱动部分、传动部分和执行部分三方面进行设计。驱动部分包括有气缸，该气缸是一种直线推杆气缸，气缸水平设置在手爪基体的上侧方，通过气缸固定件连接手爪基体，手爪基体是机械手的最基本结构，气缸固定件由一块角铝连接水平设置的铝板组成，角铝固定连接直线推杆气缸，铝板与手爪基体连接，进一步与角铝连接，从而固定直线推杆气缸。

传动部分包括有缸爪连接件（连接直线气缸与手爪的零件）、手爪固定板、光轴滑块、齿条、齿轮。其中缸爪连接件设置于气缸输出轴的末端，同时在手爪基体的左侧，进一步连接手爪固定板，气缸动作时缸爪连接件随着气缸产生相对于手爪基体的移动，手爪固定板设置于两个光轴滑块的下表面，从而手爪固定板可随气缸移动。光轴与光轴滑块配套使用，总设计样式为四根光轴、四个光轴滑块，并且为两行两列分布式，其中一根光轴通过两个光轴支座固定在手爪固定板的下表面，光轴与滑块辅助于手爪产生相对运动。手爪固定板设置在手爪基体的下表面，进一步的齿条设置在手爪固定板的下表面，左右两根齿条围绕齿轮平行设置，实现两齿条相对运动。齿轮是一种带轴承的齿轮，与齿条一同设置在定位板的上表面，定位板起着支撑两条齿条的作用。定位板设置与齿轮轴连接，并设置于齿轮的下表面，齿轮与齿轮轴套合使用，齿轮轴设置在固定板的下方，两者通过齿轮固定件固定连接；齿轮轴固定不旋转，齿轮自带轴承可旋转。手爪基体的上表面设置了通孔，用于与机械手主体连接。执行部分包括手爪，手爪设置在手爪固定板的下方，手爪呈L型，用于夹持货物。

本文所设计的手爪可跟生产线的其他自动化设备一起使用，通过手爪基体的通孔连接至机械手末端，该手爪的气缸通过进出气口与气动电磁阀连接，进一步的，气动电磁阀的com端与PLC的输出端电连接，气动电磁阀的常开端与+24V电连接。PLC控制器按顺序指令执行，当PLC向气动电磁阀的com端的输出状态改变时，气体进入气缸的方式改变，气缸动作，通过缸爪连接件带动左边的手爪固定板运动，进而带动与左边的手爪固定板连接的齿条运动，配合齿轮的传动，实现左右两平行设置的齿条相对运动，结合光轴的导向作用，实现手爪的相对运动，从而可夹持货物。具体运动方式为，气缸缩短时，通过缸爪连接件带动左侧手爪向右移，进一步带动左齿条向右移动，在啮合的作用下，齿轮产生顺时针转动，并且带动右齿条往左移动，右侧手爪也同步地向左移动，机械手处于夹取状态。由于左齿条与右齿条的齿距相同，因此左齿条与右齿条是同步动作的，并且保持着两个齿条的中心与被夹取的物体的中心重合，有利于物体的定位。气缸伸长时，通过缸爪连接件带动左侧手爪向左移，进一步带动左齿条向左移动，在啮合的作用下，齿轮产生逆时针转动，并且带动右齿条往右移动，右侧手爪也同步地向右移动，机械手处于张开状态。

图1 机构设计图

3 结语

本文所做的工作为：根据功能的要求对移动机器人进行了结构设计和控制系统设计。本文所设计的应用于夹持大件货物的手爪只用一个气缸进行驱动，控制方式简单，使用齿轮齿条传动方式，安装方便，并且，一个齿轮两平行齿条的传动方式，直接使得机械手末端的中心与货物的中心在同一垂直面上，容易定位，为机械手的运动定位提供了便捷，符合企业所需要的安装方便，控制简单等特点。