基于PLC 智能铺设地砖机的机械手设计

温杰 史春笑 毛厚昌 谭泽德 欧健威 洪越

华南农业大学珠江学院信息工程学院 广东 广州 510900

一、背景分析

铺设地砖是建筑行业中比较常见的一道工序。目前，地砖都是由工人手工铺设而成，其工作效率低、劳动强度大。随着铺设时间的增加，工人很容易出现工作能力减弱、错误率增加的状况，这直接影响了地砖铺设的质量以及铺设的平整度。此外，长时间弯腰作业不利于工人的身体健康，很容易出现腰椎方面的疾病。因此，迫切需要研制出利用机械手进行自动铺设地砖的机器人，采用自动化设备代替人力铺设地砖，这能从根本上降低工人的劳动强度，提高铺设地砖的质量和效率，也能解决建筑行业人手不足的问题。

二、智能铺设地砖机机械手硬件设计

1.地砖机总体方案设计

本系统的总体设计框图如图1所示。

图1 总体设计框图

2.机械手外部支架设计

本设计选用规格为宽38mm、厚25mm的304不锈钢管焊接成系统支架，外加轮子、轴承、轴芯、齿轮、链条、步进电机、推杆电机等组成系统的外框架。系统支架平面图如图2所示，其中a为支架底面，b为支架顶面。

图2 支架平面设计图

3.机械手设计

本设计是通过控制面板上的按钮、触摸屏以及各种限位开关来控制步进驱动器和相应的步进电机运行，从而实现机械手所需功能。

滚珠丝杠和直线导轨构成机械手移动的主体支架及轨道，机械手被设计成三轴的形式，即X、Y、Z轴，如图3所示。滚珠丝杠上的螺母及螺帽和Z轴的直线导轨上的滑块或X轴直线导轨上的滑块或Y轴直线导轨上的滑块被一片铝片连接起来形成一个承载平台，三轴机械手的动力来源是由分别装在三个轴的端部的步进电机来完成，如图4所示。……