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廣東石油化工學(xué)院成人教育 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)、作業(yè)) 題 目： 氣動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 楊景雄 層次： 本科 所學(xué)專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 2012級(jí) 指導(dǎo)老師： 職稱(chēng)： 2015 年 03 月 20 日廣東石油化工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)、作業(yè))評(píng)語(yǔ)表 指 導(dǎo)　 教　 師　 評(píng)　 語(yǔ) 評(píng)定成績(jī)：________分 簽 名：______________ 年 月 日 評(píng) 閱　　教　　師　 評(píng)　 語(yǔ) 評(píng)定成績(jī)：________分 簽 名：_______________ 年 月 日 答辯結(jié)論 評(píng)定成績(jī)：________分 簽 名：_______________ 年 月 日 總 評(píng) 評(píng)定等級(jí)：________ 簽 名：_______________ 年 月 日 廣東石油化工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、作業(yè)） 原 創(chuàng) 承 諾 書(shū) 我承諾所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、作業(yè)） 氣動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè) 計(jì) 是本人在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。若本論文（設(shè)計(jì)、作業(yè)）及資料與以上承諾內(nèi)容不符，本人愿意承擔(dān)一切責(zé)任。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、作業(yè)）作者簽名： 日期： 年 月 日 廣東石油化工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)、作業(yè))任務(wù)書(shū) 發(fā)給學(xué)員　　　　　　　 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、作業(yè)）題目：　氣動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì) 　　　 2、學(xué)員完成設(shè)計(jì)（論文、作業(yè)）時(shí)間：　　 　年　 　　月　　 日 3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、作業(yè)）課題要求：　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4、實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 5、文獻(xiàn)查閱要求： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 6、發(fā)出日期：　　　　　年　　　　月　　　日 7、學(xué)員完成日期：　　　　　年　　　　月　　　日 系（教研室）意見(jiàn)： 簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： 摘 要 本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度，確定了機(jī) 械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，分別設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)以及吸附式手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩設(shè)計(jì) 了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了手臂伸縮、升降用液壓緩沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器。 設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖。利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫(huà)出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖和梯形圖，并編制了可編程序控制器的控制程序。 關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)械手，機(jī)械手，氣動(dòng)，可編程序控制器(PLC) 目 錄 摘要........................................................................... Ⅰ 第1章緒論.............................................................. .......1 1.1機(jī)械手概述..................................................................1 1.2機(jī)械手的組成和分類(lèi)..........................................................1 1.2.1機(jī)械手的組成.............................................................1 1.2.2機(jī)械手的分類(lèi)..........................................................3 1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r..............................................................4 1.4課題的提出及主要任務(wù)課題的主要任務(wù)...........................................5 第2章設(shè)計(jì)方案..................................................................6 2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度.....................................................6 2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).....................................................6 2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).....................................................6 2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).....................................................6 2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)........................................................7 2.6 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì).........................................................7 第3章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................7 3.1手指的形狀和分類(lèi)..............................................................7 3.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題...........................................................7 第4章手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................8 第5章手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................8 5.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................8 第6章氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)................................................................8 6.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖.........................................................8 第7章機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)......................................................10 7.1 機(jī)械手的工藝過(guò)程..............................................................10 7.2 PLC控制系統(tǒng)...................................................................10 7.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)...........................................................12 結(jié)束語(yǔ).............................................................................16 參考文獻(xiàn)...........................................................................17 第1章緒論 1.1機(jī)械手概述 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用. 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專(zhuān)用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 1.2機(jī)械手的組成和分類(lèi) 1.2.1機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。 圖1-1機(jī)械手的組成方框圖 （一）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部 、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。 夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。 手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 吸附式手部主要由吸盤(pán)等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤(pán)內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤(pán)和電磁盤(pán)兩類(lèi)。 對(duì)于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤(pán)吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。 對(duì)于導(dǎo)磁性的環(huán)類(lèi)和帶孔的盤(pán)類(lèi)零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤(pán)吸料。電磁吸盤(pán)的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。 用負(fù)壓吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)吸料，其吸盤(pán)的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。 此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機(jī)械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部)等型式. 2、手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))。 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置. 工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下: 手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件受力狀態(tài)簡(jiǎn)單。 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立往通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱(chēng)為可移式立柱。 5、行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 6、機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。 (二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。 控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 (四)位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 1.2.2機(jī)械手的分類(lèi) 工業(yè)機(jī)械手的種類(lèi)很多，關(guān)于分類(lèi)的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類(lèi)。 (一)按用途分 機(jī)械手可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種: 1、專(zhuān)用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加口工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。 2、通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以 “開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類(lèi)型。 (二)按驅(qū)動(dòng)方式分 1、 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。 2、 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。 4、電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 (三)按控制方式分 1、點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專(zhuān)用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類(lèi)。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類(lèi)工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外機(jī)械手領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì): (1)工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的65萬(wàn)美元。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)械手整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)械手產(chǎn)品問(wèn)市。 (3)工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)械手還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)械手則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)械手。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)械手的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)械手走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)械手就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (7)機(jī)械手化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)械手;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)械手在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)械手己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)械手產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)械手生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求，“一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國(guó)的智能機(jī)械手和特種機(jī)械手在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)械手，6000m水下無(wú)纜機(jī)械手的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)械手、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)械手、爬壁機(jī)械手、管道機(jī)械手等機(jī)種:在機(jī)械手視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)械手、智能裝配機(jī)械手、機(jī)械手化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 1.4課題的提出及主要任務(wù)課題的主要任務(wù) 設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 1、 工件形狀 2、 工件重量50g，為塑料件；運(yùn)動(dòng)部件總重6Kg 3、動(dòng)作要求 單元一：提升機(jī)構(gòu)：零件從振動(dòng)料斗落料到20mm高的平臺(tái)上，首先對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到零件合格，則該將零件從20mm高處提升至40mm高處，便于物料轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)進(jìn)行抓??；如果檢測(cè)到零件不合格，則將零件推入廢料箱中，不進(jìn)行提升動(dòng)作。 單元二：物料轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)：檢測(cè)裝置檢測(cè)到平臺(tái)上有零件，則將提升機(jī)構(gòu)提升起來(lái)的零件轉(zhuǎn)運(yùn)至距離該處440mm處，待裝配。 該機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)系統(tǒng)工作循環(huán)為：懸臂伸出→氣爪下行→抓取工件→氣爪上行→懸臂回縮→旋轉(zhuǎn)合適的角度（小于180）→懸臂伸出→氣爪下行→松開(kāi)工件（放到指定的工作臺(tái)上），完成一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)。 本課題將要完成的主要任務(wù)如下: (1)機(jī)械手為專(zhuān)用機(jī)械手 (2)選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度 (3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:氣爪，氣缸的設(shè)計(jì)。 (4)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，并繪出氣動(dòng)原理圖。 (6)機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出PLC程序，并畫(huà)出梯形圖。 第2章 設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾一放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿(mǎn)足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專(zhuān)用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制. 2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮，無(wú)旋轉(zhuǎn)，因此，可采用直角座標(biāo)型式。 2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 本課題要抓取的是一圓柱形物體，所以可采用夾持式手部，直接采取氣爪即可。 2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 被抓取工件是水平放置，手腕無(wú)需設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，手腕設(shè)計(jì)并無(wú)太大要求，只需連接手臂與手部即可。 2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為 手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方向設(shè)計(jì) 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。 2.6 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 第3章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1手指的形狀和分類(lèi) 夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱(chēng)直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 3.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 (二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 (五)考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是左右兩指弧形夾持氣爪。（為了牢固抓取，將氣爪部位，加裝與零件外形較為接近的爪子） 第4章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 被抓取工件是水平放置，手腕無(wú)需設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，手腕設(shè)計(jì)并無(wú)太大要求，只需連接手臂與手部即可。 第5章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 5.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂的伸縮是直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用的是氣壓驅(qū)動(dòng)的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時(shí) ，氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在本機(jī)械手中，采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 第6章 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 圖6- 1所示為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)(排氣壓力大于0.4～0.6M Pa) 通過(guò)快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過(guò)濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作。 圖6-1 機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個(gè)快速排氣閥，可加快起動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來(lái)完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來(lái)調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。 為簡(jiǎn)化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。 電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計(jì)算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱(chēng)使用流量相適應(yīng)來(lái)確定的。 第7章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7.1 機(jī)械手的工藝過(guò)程 機(jī)械手的工作均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它的上升、下降、左移、右移都是有電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)來(lái)完成的。 分析工藝過(guò)程機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)后按扭后，機(jī)械手將原點(diǎn)→下降→夾緊（T）→上升→右移→下降→放松（T）→上升→左移到原點(diǎn),動(dòng)作完成一個(gè)工作周期。機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動(dòng)作轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制的，而加緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是有時(shí)間來(lái)控制的。 為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工件時(shí)才能下降， 若上次搬到右工作臺(tái)上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。為此設(shè)置了一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，以檢測(cè)“無(wú)工件”信號(hào)。 為了滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。 1） 手動(dòng)工作方式：利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一步動(dòng)作進(jìn)行控制。例如，按下“下降” 按鈕，機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升。手動(dòng)操作可用于調(diào)整工作 位置和緊急停車(chē)后機(jī)械手返回原點(diǎn)。 2） 單步工作方式：從原點(diǎn)開(kāi)始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。 3） 單周期工作方式：按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手按工序自動(dòng)自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，返回原點(diǎn)后停止。 4） 連續(xù)工作方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作，在連 續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車(chē)狀態(tài)： 正常停車(chē)：在正常工作狀態(tài)下停車(chē)。按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手在完成最后一個(gè) 周期的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。 緊急停車(chē)：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時(shí)停車(chē)。按下緊急停車(chē)按鈕，機(jī)械手停止 在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回到原點(diǎn)。 7.2 PLC控制系統(tǒng) 1．確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號(hào) 1）輸入信號(hào) 位置檢測(cè)信號(hào)：下限、上限、右限、左限共 4 個(gè)行程開(kāi)關(guān)，需要 4 個(gè)輸入端 子?！盁o(wú)工件檢測(cè)”信號(hào)：用光電開(kāi)關(guān)作檢測(cè)元件，需要 1 個(gè)端子?！肮ぷ鞣绞健边x擇開(kāi)關(guān)：有手動(dòng)、單步、單周期和連續(xù) 4 種工作方式，需要4 個(gè)輸如端子。 手動(dòng)操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松 6 個(gè)按鈕，也需要6 個(gè)輸入端子。 自動(dòng)工作：尚需啟動(dòng)、正常停車(chē)、緊急停車(chē) 3 個(gè)按鈕，也需要 3 個(gè)輸入端子。 以上共需要 18 個(gè)輸入信號(hào)。 2）輸出信號(hào) PLC 的輸出用于控制機(jī)械手的下降、上升、右移、左移、加緊、放松以三個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制等，共需要 11 個(gè)輸出點(diǎn)。機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始工作，需要一個(gè)原點(diǎn)指示燈，也需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)。所以，至少需要 6 個(gè)輸出點(diǎn)。 由于機(jī)械手的控制屬于開(kāi)關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型 號(hào)的小型 PLC 均可滿(mǎn)足要求。根據(jù)所需的 I/O 總點(diǎn)數(shù)并留有一定的備用量，可選用 FX2N-48RM，其輸入和輸出各 24 點(diǎn)，繼電器輸出型。FX2N-48RM 的各項(xiàng)工作參數(shù)已在第二章介紹，在此不在做介紹。 2．分配 PLC 的輸入/輸出端子PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 7-2 所示。 圖 7-2 輸入/輸出分配接線圖 7.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 為了方便編程，可將手動(dòng)和自動(dòng)程序分別編出相對(duì)獨(dú)立的程序段，用跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行選擇，控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖，如圖 7-3 所示。選擇手動(dòng)方式時(shí)，X3 接同，跳過(guò)自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序；選擇自動(dòng)工作方式時(shí)，X3 斷開(kāi)，執(zhí)行自動(dòng)程序。 圖 7-3 總程序結(jié)構(gòu)框圖 （1）手動(dòng)程序 手動(dòng)操作不需要按工序順序進(jìn)行動(dòng)作，所以可按普通繼電器程序來(lái)設(shè)計(jì)。手動(dòng)操作的梯形圖，如圖 7-4 所示， 圖 7-4 手動(dòng)程序 手動(dòng)按鈕 X20-X25 分別控制圖 7-4 手動(dòng)程序下降、上升、右移、左移、加緊和放松各個(gè)動(dòng)作。為了保證系統(tǒng)的的安全與進(jìn)行， 設(shè)置了一些必要的連鎖。其中在左、右移動(dòng)的電路中加入 X11 作上限連鎖，這是 因?yàn)闄C(jī)械手只有處于上限位置時(shí)，才允許左、右移動(dòng)。 （2） 自動(dòng)程序 自動(dòng)程序如圖7-5 所示。 圖7-5 自動(dòng)程序 1）連續(xù)及單周期操作。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，程序處于初始狀態(tài) S0，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，X10 接通，又接通下一個(gè)狀態(tài) S21，接著執(zhí)行 下一步動(dòng)作。當(dāng)執(zhí)行完最后一步動(dòng)作，即左移到原點(diǎn)碰到左限位開(kāi)關(guān)時(shí)，X13 接 通，如果是單周期操作，則 M0 斷開(kāi)，回到初始狀態(tài)，如果連續(xù)操作，則 M0 接通， 狀態(tài)轉(zhuǎn)移至 S20，又開(kāi)始下一個(gè)周期的循環(huán)。 在運(yùn)行中，如按正常停車(chē)按鈕，則 X1 接通，M0 復(fù)位，機(jī)械手的動(dòng)作繼續(xù)執(zhí) 行完一個(gè)周期后，回到初始狀態(tài)。如按緊急停車(chē)按鈕，則 X2 接通，狀態(tài) S0~S33 全部復(fù)位，機(jī)械手工作停止。重新啟動(dòng)時(shí)，先用手動(dòng)來(lái)將機(jī)械手移回原點(diǎn)，才能 再次進(jìn)行自動(dòng)操作。 2）單步操作。當(dāng)自動(dòng)操作程序采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)時(shí)，單步操作程序用“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”標(biāo)志器 M8040 來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖7-6 所示。該繼電器線圈接通時(shí)，禁進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，線圈斷電時(shí)，允許狀態(tài)轉(zhuǎn)移。 在單步操作方式下，利用啟動(dòng)按鈕 X0 作為單步操作信號(hào)，X4 接通。不按啟動(dòng)按鈕時(shí)，X0 斷開(kāi)，其常閉接點(diǎn)閉合，M8040 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移被禁止。 圖 7-6 用“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”設(shè)計(jì)的單步操作梯形圖 當(dāng)完成一步動(dòng)作后，按下啟動(dòng)按鈕，X0 接通，，其常閉接點(diǎn)將 M8040 斷開(kāi)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一步。 將如圖 7-6 所示的單步操作梯形圖連接在如圖 7-5 所示的自動(dòng)程序上端，就得到了包括單步、單周期、連續(xù)操作在內(nèi)的整個(gè)自動(dòng)操作的梯形圖。 至此，機(jī)械手的控制程序分段設(shè)計(jì)完畢。根據(jù)圖 7-3 所示的總程序結(jié)構(gòu)框圖，將手動(dòng)作程序梯形圖和自動(dòng)程序梯形圖嵌入，就得到整個(gè)程序的梯形圖。 結(jié)束語(yǔ) 在此我要謝謝我的指導(dǎo)老師，他的教誨和幫助是我完成這次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和動(dòng)力。還要衷心感謝三年來(lái)幫助過(guò)我的班主任，還有同學(xué)、朋友們。感謝公司里幫助我的同事跟領(lǐng)導(dǎo)。班主任嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，忘我的工作精神，樸實(shí)無(wú)華的為人，寬廣大度的胸襟和誨人不倦的風(fēng)范將是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。同事跟領(lǐng)導(dǎo)兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度，果斷的處事態(tài)度都是我要學(xué)習(xí)的。值此論文完成之際，感謝老師對(duì)我孜孜不倦的教導(dǎo)。感謝學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和老師對(duì)我2年來(lái)的培養(yǎng)，謝謝各位老師，愿各位老師工作順利，身體健康！。 參考文獻(xiàn) [1] 王承義．機(jī)械手及其應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981，12-25 [2] 廖常初．可編程控制器的編程方法與工業(yè)應(yīng)用．重慶：重慶大學(xué)出版社，2001，26-37 [3] 郭洪紅．工業(yè)機(jī)器人技術(shù)．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006年，20-28 [4] 王承義．機(jī)械手及其應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981，8-25 [5] 張鳳珊．電器控制及可編程序控制器．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社．1999，62-79 [6] 楊長(zhǎng)能，張興毅．可編程序控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用．重慶：重慶大學(xué)出版社．1992，31-52 [7] 袁秀英．組態(tài)軟件技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社．2003，6-37，154-159 [8] 楊存智.PLC在自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械手中的應(yīng)用［M］.機(jī)床電器.2006.33（1）：38～40. 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