plc機械手臂畢業(yè)設計

1、<p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院</p><p>　　畢 業(yè) 設 計 任 務 書</p><p>　　姓名 專業(yè)班級 </p><p>　　任 務 下 達 日 期 2014 年 2 月 18 日</p><p>　　設計（論文）開始日期 2014 年 2 月 25

2、 日</p><p>　　設計（論文）完成日期 2014 年 4 月 30 日</p><p>　　設計（論文）題目： 機械手臂設計 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　院（部） 主 任 </p>

3、<p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院</p><p>　　畢業(yè)設計答辯委員會記錄</p><p>　　電力工程 學院 專業(yè)，學生 文）答辯。</p><p>　　設計題目： 機械手臂設計 </p><p>　　專題（論文）題目： 機械手臂設計 </p><

4、;p>　　指導老師：答辯委員會根據(jù)學生提交的畢業(yè)設計材料，根據(jù)學生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學生答辯委員會 人，出席 人</p><p>　　答辯委員會主任（簽字）： </p><p>　　答辯委員會副主任（簽字）： </p><p>　　答辯委員會委員：

5、 ， ， ，</p><p>　　， ， , 。</p><p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院</p><p><b>　　畢業(yè)設計評語</b></p><p>　　第

6、 頁</p><p>　　共 頁</p><p>　　畢業(yè)設計及答辯評語： </p><p><b>　　機械手的設計</b></p><p>　　本文簡要地介紹了工業(yè)機器人的概念，機械手的組成和分類，

7、機械手的自由度和座標型式，氣動技術的特點，PLC控制的特點及國內(nèi)外的發(fā)展狀況。</p><p>　　本文對機械手進行了總體方案設計，確定了機械手的座標型式和自由度，確定了機械手的技術參數(shù)。同時，分別設計了機械手的夾持式手部結(jié)構以及吸附式手部結(jié)構;設計了機械手的手腕結(jié)構，設計了機械手的手臂結(jié)構。</p><p>　　設計出了機械手的氣動系統(tǒng)，繪制了機械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖。利用可編 程序控制

8、器對機械手進行控制，選取了合適的PLC型號，根據(jù)機械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機械手的工作時序圖和梯形圖，并編制了可編程序控制器的控制程序。</p><p>　　關鍵詞：工業(yè)機器人，機械手，氣動，可編程序控制器(PLC)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　題 目：機械手的設計I<

9、/p><p><b>　　機械手的設計1</b></p><p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　第一章 緒 論4</b></p><p>　　1.1機械手概述4</p><p>　　1.2機械手的組成和分類5</p&

10、gt;<p>　　1.2.1機械手的組成5</p><p>　　1.2.2機械手的分類7</p><p>　　1.3國內(nèi)外發(fā)展狀況9</p><p>　　1.4課題的提出及主要任務11</p><p>　　1.4.1課題的提出11</p><p>　　1.4.2課題的主要任務12</p&

11、gt;<p>　　第二章機械手的設計方案13</p><p>　　2.1機械手的座標型式與自由度13</p><p>　　2.2 機械手的手部結(jié)構方案設計14</p><p>　　2.3 機械手的手腕結(jié)構方案設計14</p><p>　　2.4 機械手的手臂結(jié)構方案設計14</p><p>　　

12、2.5 機械手的驅(qū)動方案設計14</p><p>　　2.6 機械手的控制方案設計15</p><p>　　2.7機械手的主要參數(shù)15</p><p>　　2.8機械手的技術參數(shù)列表15</p><p>　　第三章手部結(jié)構設計19</p><p>　　3.1手指手部結(jié)構19</p><p

13、>　　3.1.1手指的形狀和分類19</p><p>　　3.1.2設計時考慮的幾個問題19</p><p>　　3.2氣流負壓式吸盤20</p><p>　　第四章手腕結(jié)構設計22</p><p>　　4.1手腕的自由度22</p><p>　　第五章手臂結(jié)構設計23</p><

14、p>　　5.1手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分23</p><p>　　5.1.1結(jié)構設計23</p><p>　　5.1.3手臂伸縮驅(qū)動力的計算24</p><p>　　第六章機械手的PLC控制設計26</p><p>　　6.1 可編程序控制器的選擇及工作過程26</p><p>　　6.1.1 可編程序控制

15、器的選擇26</p><p>　　6.1.2 可編程序控制器的工作過程26</p><p>　　6.2可編程序控制器的使用步驟27</p><p>　　6.3機械手可編程序控制器控制方案28</p><p><b>　　第七章結(jié)論33</b></p><p><b>　　致

16、 謝35</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　1.1機械手概述</b></p><p>　　工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于

17、多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。</p><p>　　機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。</p><p>　　機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，

18、而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備.</p><p>　　機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被

19、稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(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，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.</p><p>　　機械手的結(jié)構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺

20、機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，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。</p><p>　　1.2機械手的組成和分類</p><p>　　1.2.1機械手的組成</p><p&

21、gt;　　機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如方框圖2-1所示。</p><p>　　圖1-1機械手的組成方框圖</p><p><b>　　(一)執(zhí)行機構</b></p><p>　　包括手部 、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。</p><p><b

22、>　　1、手部</b></p><p>　　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。</p><p>　　夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結(jié)構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響

23、其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。</p><p>　　手指結(jié)構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。</p><p>　　而傳力機構則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒

24、條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。</p><p>　　吸附式手部主要由吸盤等構成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。</p><p>　　對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。</p><p>　　對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，

25、通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。</p><p>　　用負壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、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。</p><p>　　此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式.</p><p><b>　　2、手腕<

26、;/b></p><p>　　是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。</p><p><b>　　3、手臂</b></p><p>　　手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置.</p><p>　　工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)

27、動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。</p><p>　　手臂可能實現(xiàn)的運動如下:</p><p>　　手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動，都需要有導向裝</p><p>　　置，以保證手指按正確方向運動。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和

28、扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件</p><p><b>　　受力狀態(tài)簡單。</b></p><p>　　導向裝置結(jié)構形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導向型式。</p><p><b>　　4、立柱</b></p><p>　　立柱是支承手

29、臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。</p><p><b>　　5、行走機構</b></p><p>　　當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安</p><p>　　裝滾輪、軌道

30、等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾滾輪輪式式布行走機構可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。</p><p><b>　　6、機座</b></p><p>　　機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機</p><p>　　座上，故起支撐和連接的作用。</p><p&

31、gt;<b>　　(二)驅(qū)動系統(tǒng)</b></p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動。</p><p><b>　　(三)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動

32、的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。</p><p>　　控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。</p><p><b&

33、gt;　　(四)位置檢測裝置</b></p><p>　　控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制</p><p>　　系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構</p><p>　　以一定的精度達到設定位置。</p><p>　　1.2.2機械手的分類</p>

34、<p>　　工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。</p><p><b>　　(一)按用途分</b></p><p>　　機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種:</p><p><b>　　1、專用機械手</b></p>

35、<p>　　它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械</p><p>　　手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大</p><p>　　批量的自動化生產(chǎn)，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加口工中心”附屬的自動換刀機械手。</p><p><b>　　2、通用機械手</b>

36、;</p><p>　　它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和</p><p>　　控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于</p><p>　　不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。</p><p>　　通用機械

37、手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以 “開一關”式控制定位，只能是點位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。</p><p><b>　　(二)按驅(qū)動方式分</b></p><p>　　1、 液壓傳動機械手</p><p>　　是以液壓的壓力來驅(qū)動

38、執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾</p><p>　　百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油</p><p>　　的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械</p><p>　　手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是</p><p>　　

39、電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。</p><p>　　2、 氣壓傳動機械手</p><p>　　是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構簡單，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械手的結(jié)構大，所以適用于高速

40、、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。</p><p><b>　　3、機械傳動機械手</b></p><p>　　即由機械傳動機構(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，動作頻率大，但結(jié)構較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上、下料。</p>

41、<p><b>　　4、電力傳動機械手</b></p><p>　　即有特殊結(jié)構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構運動的機械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構，故機械結(jié)構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p><b>　　(三)按控制方式分</b>&

42、lt;/p><p><b>　　1、點位控制</b></p><p>　　它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。</p><p><b>　　2、連續(xù)軌跡控制</b></p>

43、<p>　　它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。</p><p>　　1.3國內(nèi)外發(fā)展狀況</p><p>　　國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢:</p><p>　　(1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高

44、速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。</p><p>　　(2)機械結(jié)構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。</p><p>　　(3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向

45、發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構:大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　(4)機器人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、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。</p>

46、;<p>　　(5)虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。</p><p>　　(6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用

47、的最著名實例。</p><p>　　(7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。</p><p>　　我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了

48、部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。

49、以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、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)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程.我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不</p><p>　　1.4課題的提出及主要任務<

50、/p><p>　　1.4.1課題的提出</p><p>　　隨著 工 業(yè) 自動化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動強度，另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。例如，目前在我國的許多中小型汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費時費力，又影響效率。為此，我們把上下料機械手作為我們研究的課題。</p&

51、gt;<p>　　現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點:</p><p>　　(1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等)；液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。</p><p>　　(2)工作時受溫度變化影響較大。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變化。<

52、/p><p>　　(3)因液壓脈動和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。</p><p>　　(4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高;且使用維護需要較高技術水平。</p><p>　　鑒于以上這些缺陷，本機械手擬采用氣壓傳動，氣動技術有以下優(yōu)點:</p><p>　　(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易

53、，而后排入大氣，處理方便，一般不需設置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵塞，不存在介質(zhì)變質(zhì)及補充的問題.</p><p>　　（2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。</p><p>　　(3)動作迅速，反應靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可

54、建立起所需的壓力和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。</p><p>　　(4) 能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突然中斷。</p><p>　　(5) 工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。</p&g

55、t;<p>　　(6) 成本低廉。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。</p><p>　　傳統(tǒng) 觀 點 認為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動技術作為機器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復雜的機械手，用氣動元件組成

56、的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領域里，對氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。</p><p>　　1.4.2課題的主要任務</p><p>　　本課題將要完成的主要任務如下:</p><p>　　(1)機械手為通用機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面必須更廣.</p&g

57、t;<p>　　(2)選取機械手的座標型式和自由度</p><p>　　(3)設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括:手部、手腕、手臂等部件的設計。為了使通用性更強，手部設計成可更換結(jié)構，既可以用夾持式手指來抓取棒料工件，又可以用氣流負壓式吸盤來吸取板料工件。</p><p>　　(6)機械手的控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　本機械手擬采用可編程序控制器(

58、PLC)對機械手進行控制，本課題將要選取PLC型號，根據(jù)機械手的工作流程編制出PLC程序，并畫出梯形圖。</p><p>　　第二章機械手的設計方案</p><p>　　對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾一放和搬運物件，這就要求它</p><p>　　們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及</p><p>

59、;　　在任意位置都能自動定位等特性。設計氣動機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象</p><p>　　(工件)的作業(yè)技術要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求</p><p>　　和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的</p><p>　　受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結(jié)構及運行控制的要求;</p&

60、gt;<p>　　盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)</p><p>　　柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.</p><p>　　本次設計的機械手是通用氣動上下料機械手，是一種適合于成批或中、小批</p><p>　　生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備，動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動強度大和

61、操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。</p><p>　　2.1機械手的座標型式與自由度</p><p>　　按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標型式可分為直角座標式、圓柱座標式、球座標式和關節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標型式。相應的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構，從而增加一個手臂上下擺動的自由度</

62、p><p>　　圖2-1所示為機械手的手指、手腕、手臂的運動示意圖。</p><p>　　圖 2-1 機械手的運動示意圖</p><p>　　2.2 機械手的手部結(jié)構方案設計</p><p>　　為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構設計成可更換結(jié)構，當工件是棒料時，使用夾持式手部;當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。</p>

63、<p>　　2.3 機械手的手腕結(jié)構方案設計</p><p>　　考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結(jié)構，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構為回轉(zhuǎn)氣缸。</p><p>　　2.4 機械手的手臂結(jié)構方案設計</p><p>　　按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸

64、縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。</p><p>　　2.5 機械手的驅(qū)動方案設計</p><p>　　由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用氣壓傳動方式。</p><p>　　2.6 機械手的控制方案設計</p>

65、;<p>　　考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　2.7機械手的主要參數(shù)</p><p>　　1、主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。故該機械手主參數(shù)定為10公斤，高速動作時抓重減

66、半。使用吸盤式手部時可吸附5公斤的重物。</p><p>　　2、基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。</p><p>　　該機械手最大移動速度設計為1.2m/s，最大回轉(zhuǎn)速度設計為1200°/s，平均移動速度為lm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為900°/s。

67、</p><p>　　機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因為平均速度與行程有關，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。</p><p>　　除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采

68、用自動傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1500mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為2400(應大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機械手設計成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴大了它的使用范圍。手臂升降行程定為150mm。</p><p>　　定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為土0.5～±lmm</p><p

69、>　　2.8機械手的技術參數(shù)列表</p><p><b>　　一、用途:</b></p><p>　　用于 100 噸以上沖床上下料。</p><p><b>　　二、設計技術參數(shù):</b></p><p><b>　　1、抓重</b></p><p&

70、gt;　　10公斤 (夾持式手部)</p><p>　　5公斤 ( 氣流負壓式吸盤)</p><p><b>　　2、自由度數(shù)</b></p><p><b>　　4個自由度</b></p><p><b>　　3、座標型式</b></p><p>&l

71、t;b>　　圓柱座標</b></p><p><b>　　4、最大工作半徑</b></p><p><b>　　1500mm</b></p><p><b>　　5、手臂最大中心高</b></p><p><b>　　1380mm</b>

72、</p><p><b>　　6、手臂運動參數(shù)</b></p><p>　　伸縮行程 600mm</p><p>　　伸縮速度 500mm/s</p><p>　　升降行程 200mm</p><p>　　升降速度 300mm/s</p><p>　　回轉(zhuǎn)范

73、圍 0°～ 240°</p><p><b>　　回轉(zhuǎn)速度90°</b></p><p><b>　　7、手腕運動參數(shù)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍 0°～ 180°</p><p>　　回轉(zhuǎn)速度 180°/s&

74、lt;/p><p><b>　　8、手指夾持范圍</b></p><p>　　棒料 : 80～150mm</p><p>　　片料 : 面 積不大于0.5m Z</p><p><b>　　9、定位方式</b></p><p>　　行程 開 關 或可調(diào)機械擋塊等</p>

75、;<p><b>　　10、定位精度</b></p><p><b>　　士0.5mm</b></p><p><b>　　l1,緩沖方式</b></p><p><b>　　液壓緩沖器</b></p><p><b>　　12.驅(qū)

76、動方式</b></p><p><b>　　氣壓傳 動</b></p><p><b>　　13、控制方式</b></p><p>　　點位程序控制(采用PLC)</p><p>　　圖2- 8機械手的工作范圍</p><p><b>　　第三章手部結(jié)構

77、設計</b></p><p>　　為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構設計成可更換結(jié)構，當工</p><p>　　件是棒料時，使用夾持式手部:當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。</p><p><b>　　3.1手指手部結(jié)構</b></p><p>　　3.1.1手指的形狀和分類</p>

78、<p>　　夾持式是最常見的一種，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作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進型)，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。當二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指;同理，當二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構簡單，制造容

79、易，應用廣泛。移動型應用較少，其結(jié)構比較復雜龐大，當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應不同直徑的工件。</p><p>　　3.1.2設計時考慮的幾個問題</p><p>　　(一)具有足夠的握力(即夾緊力)</p><p>　　在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。

80、</p><p>　　(二)手指間應具有一定的開閉角</p><p>　　兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。</p><p>　　(三)保證工件準確定位</p><p>　　為使手指和被夾持工件保持準

81、確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。</p><p>　　(四)具有足夠的強度和剛度</p><p>　　手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的</p><p>　　慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應盡量</p>&l

82、t;p>　　使結(jié)構簡單緊湊，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</p><p><b>　　轉(zhuǎn)力矩最小為佳。</b></p><p>　　(五)考慮被抓取對象的要求</p><p>　　根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結(jié)構是一支點</p><p>　　兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多

83、為圓柱形，故手指形狀設計成V型，其結(jié)構如附圖所示.</p><p>　　3.2氣流負壓式吸盤</p><p>　　氣流負壓式吸盤是利用吸盤(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內(nèi)形成負壓將工件吸住。它適用于搬運一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更</p><p><b>　　為明顯。

84、</b></p><p>　　氣流負壓式與鉗爪式手部相比較，氣流負壓式手部具有結(jié)構簡單，重量輕，</p><p>　　表面吸附力分布均勻，但要求所吸附表面平整光滑、無孔和無油。</p><p>　　按形成負壓(或真空)的方法，氣流負壓式手部可分為真空式、氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤。在本機械手中，擬采用噴射式氣流負壓吸盤。</p><p

85、>　　圖 3-2 噴 射 氣 流 原 理 圖</p><p>　　噴射式氣流負壓吸盤的工作原理如圖3-3所示，根據(jù)流體力學，氣體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，單位時間內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴的每一個截面的氣體質(zhì)量均相等。因此，在最簡單的情況下，低流速(高壓強)截面的噴嘴應當具有大面積，而高流速(低壓強)截面的噴嘴應當具有小面積。所以，壓縮空氣由噴嘴進口處A進入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當沿氣流流動方向

86、截面收縮到最小處X時〔即臨界面積)，流速達到臨界速度即音速，此時壓力近似為噴嘴進口處的壓力之半，即= 0.52 8P,。為了使噴嘴出口處的壓力低于Pk，必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負壓。當在C處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件。</p><p>　　圖 3

87、- 4 所示為可調(diào)的噴射式負壓吸盤結(jié)構圖。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應當有適當?shù)拈g隙，以便將被抽氣體帶走。當間隙太小時，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率;當間隙太大時，離噴射氣體越遠的氣體被帶著向前運動的速度就越低，同時間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。因此，間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調(diào)節(jié)， 以便噴嘴有效地工作。在圖3-4中，噴嘴

88、5與噴嘴套6的相對位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙的大小。</p><p>　　株膠吸盤2.吸盤芯子3.通氣壞打4.吸盤體5.噴嘴6.噴嘴套</p><p>　　圖 3- 3 可 調(diào)噴 射 式 負 壓 吸 盤 結(jié)構</p><p><b>　　第四章手腕結(jié)構設計</b></p><p>　　考慮到機械手的通用性，同時由于被

89、抓取工件是水平放置，因此手腕必須設</p><p>　　有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結(jié)構，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運</p><p>　　動的機構為回轉(zhuǎn)氣缸。</p><p><b>　　4.1手腕的自由度</b></p><p>　　手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的

90、自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。</p><p>　　手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位</p><p>　　精度等許多因素有關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，</p><p>　　因此給手腕設一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。</p><p>　　目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構，

91、應用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于3600，并且要求嚴格的密封。</p><p><b>　　第五章手臂結(jié)構設計</b></p><p>　　按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來

92、實現(xiàn)。</p><p>　　5.1手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分</p><p><b>　　5.1.1結(jié)構設計</b></p><p>　　手臂的伸縮是直線運動，實現(xiàn)直線往復運動采用的是氣壓驅(qū)動的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結(jié)構中應用比較多。同時 ， 氣 壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)

93、生轉(zhuǎn)動，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，在設計手臂結(jié)構時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。它應根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構設計和布局上應盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。在本機械手中，采用的是單導向桿作為導向裝置，它可以增加手臂的剛性和導向性。</p><p>　　該機 械 手 的手臂結(jié)構如附圖所示，現(xiàn)將其工作過程描述如下

94、:</p><p>　　手臂主要由雙作用式氣缸1、導向桿2、定位拉桿3和兩個可調(diào)定位塊4等組成。雙作用式氣缸1的缸體固定，當壓縮空氣分別從進出氣孔c, e進入雙作</p><p>　　用式氣缸1的兩腔時，空心活塞套桿6帶動手腕回轉(zhuǎn)缸5和手部一同往復移動。</p><p>　　在空心活塞套桿6中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸</p>

95、<p>　　5，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。在雙作用式氣缸1缸體上方裝置著導</p><p>　　向桿2，用它防止活塞套桿6在做伸縮運動時的轉(zhuǎn)動，以保證手部的手指按正確</p><p>　　的方向運動。為了保證手嘴伸縮的快速運動。在雙作用式氣缸1的兩個接氣管口</p><p>　　c, e出分別串聯(lián)了快速排氣閥.手臂伸縮運動的行程大小，通過調(diào)整兩塊

96、可調(diào)定位塊4的位置而達到。手臂伸縮運動的緩沖采用液壓緩沖器實現(xiàn).</p><p>　　手腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸5實現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結(jié)構見A-A</p><p><b>　　剖面;</b></p><p>　　在附圖中所示的接氣管口a、b是接到手腕回轉(zhuǎn)氣缸的;d是接到手部夾緊氣</p><p>　　缸的。直線氣缸

97、1內(nèi)的三根氣管采用了伸縮氣管結(jié)構，其特點是機械手外觀清晰、</p><p>　　整齊，并可避免氣管的損傷，但加工工藝性較差。另外活塞套桿6做成筒狀零件</p><p>　　可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運動速度。</p><p><b>　　5.導向裝置</b></p><p>　　氣壓驅(qū)動的

98、機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，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，在設計手臂結(jié)構時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。它應根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構設計和布局上應盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　目前常采用的導向裝置有單導向桿、雙導向桿、四導向桿等，在本機械手中采用單導

99、向桿來增加手臂的剛性和導向性。</p><p>　　5.1.3手臂伸縮驅(qū)動力的計算</p><p>　　手臂作水平伸縮時所需的驅(qū)動力: </p><p>　　圖5-1 手嘴伸出時的受力狀態(tài)</p><p>　　圖4- 3 所示為活塞氣缸驅(qū)動手臂前伸時的示意圖。在單桿活塞氣缸中，由</p><p>　　于氣缸的兩腔有

100、效工作面積不相等，所以左右兩邊的驅(qū)動力和壓力之間的關系式不一樣。當壓力油(或壓縮空氣)輸入工作腔時，驅(qū)使手臂前伸(或縮回)，其驅(qū)動力應克服手臂在前伸(或縮回)起動時所產(chǎn)生的慣性力，手臂運動件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力(即背壓)所造成的阻力，因此，驅(qū)動力計算公式為:</p><p>　　P驅(qū) = P慣 + P摩 + P密  + P背 N （5-1）</p><p&

101、gt;　　式中:P慣——手伶在起動過程中的慣性力(N);</p><p>　　P摩——摩擦阻力(包括導向裝置和活塞與缸壁之間的摩擦阻力)(N);</p><p>　　P密——密封裝置處的摩擦阻力(N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻</p><p><b>　　力 不 同 。</b></p><p>　　P背——氣 缸

102、 非工 作腔壓力(即背壓)所造成的阻力(N)，若非工作腔與</p><p>　　油箱或大氣相連時，則 P背 =0 。</p><p>　　第六章機械手的PLC控制設計</p><p>　　考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器</p><p>　　(PLC)對機械手進行控制.當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC

103、程序即</p><p>　　可實現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　6.1 可編程序控制器的選擇及工作過程</p><p>　　6.1.1 可編程序控制器的選擇</p><p>　　目前 ，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型&

104、lt;/p><p>　　PC等?？紤]到本機械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造</p><p>　　成本，因此在本次設計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。</p><p>　　6.1.2 可編程序控制器的工作過程</p><p>　　可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務的。為此采用</p&g

105、t;<p>　　了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為4個階段。</p><p>　　第一階段是初始化處理。</p><p>　　可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢</p><p>　　問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.</p><p>　　該表是一個專

106、門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲</p><p>　　器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時， CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。當確認其硬件工作正常后，進入</p><p><b>　　下一階段。</b></p><p>　　第二階段是處理輸入信號階段。</p>

107、<p>　　在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進行掃描，將獲得的各個輸入端子的</p><p>　　狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0</p><p>　　狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成</p><p>　　運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。</p>

108、;<p>　　第三階段是程序處理階段。</p><p>　　當輸入狀態(tài)信息全部進入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進入到第三個階段。在這</p><p>　　個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關</p><p>　　指令進行運算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。</p><p>

109、　　第四階段是輸出處理階段。</p><p>　　CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設備進行各種相應的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。</p><p>　　6.2可編程序控制器的使用步驟</p><p>　　在可編程序控制器

110、與被控對象(機器、設備或生產(chǎn)過程)構成一個自動控制系</p><p>　　統(tǒng)時，通常以七個步驟進行:</p><p><b>　　(1)系統(tǒng)設計</b></p><p>　　即確定被控對象的動作及動作順序。</p><p><b>　　(2) I/0分配</b></p><p&g

111、t;　　即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應的輸入端號;哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，并分配相應的輸出端號.此外，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計數(shù)器、定時器等也要進行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號來識別信號的。</p><p><b>　　(3)畫梯形圖</b></p><p>　　它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達了系統(tǒng)中全部動作的相

112、互關系。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相當于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。 </p><p>　　(4)助記符機器程序</p><p>　　相當于微機的助記符程序，是面向機器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡易編程器時，應將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器

113、中。</p><p><b>　　(5)編制程序</b></p><p>　　即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。這項工作在編程器上進行。</p><p><b>　　(6)調(diào)試程序</b></p><p>　　即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設計(包括畫梯形圖

114、、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進行。如IBM-PC機，只要這個機器配有相應的軟件。</p><p><b>　　(7)保存程序</b></p><p>　　調(diào)試通過的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盤上備用。</p><p>　　6.3機械手可編程序控制器控制方案</p><p><b>

115、　　1、系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　控制對象為圓柱座標氣動機械手。它的手臂具有三個自由度，即水平方向的伸、縮;豎直方向的上、下;繞豎直軸的順時針方向旋轉(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置—機械手，還可完成抓、放功能。</p><p>　　以上動作均采用氣動方式驅(qū)動，即用五個二位五通電磁閥(每個閥有兩個線圈，對應兩個相反動作)分別控制五個氣缸，使機械手完成伸、縮、上

116、、下、旋轉(zhuǎn)及機械手抓放動作。其中旋轉(zhuǎn)運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉(zhuǎn)化</p><p><b>　　為旋轉(zhuǎn)運動。</b></p><p>　　這樣 ，可用PLC的8個輸出端與電磁閥的8個線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵，從而使機械手按預先安排的動作序列工作.如果欲改變機械手的動作，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。</p

117、><p>　　另外 ，除抓放外，其余六個動作末端均放置一限位開關，以檢測動作是否到位，如果某動作沒有到位，則出錯指示燈亮。</p><p>　　2、工業(yè)機械手的工作流程</p><p>　　此機械手用于沖床的上下料。</p><p>　　當按下機械手啟動按鈕之后，機械手有如下動作:</p><p>　　先右轉(zhuǎn)至右限位開關動

118、作(1DT通電) →下降至下限位開關(5DT通電) → 手腕逆時針轉(zhuǎn)動90°(7DT通電) →手臂伸長至限位開關(3DT通電) →檢查有無物品，若有物品，手爪抓緊(9DT通電) →手臂收縮至限位開關(4DT通電) →上升至上限位開關(6DT通電) →左轉(zhuǎn)至左限位開關動作(2DT通電) →手腕順時針轉(zhuǎn)動90° (8DT通電) →手臂伸長至最長(3DT通電) →手爪松開(IODT通電) →延時T →手臂收縮最短(4DT