畢業(yè)設(shè)計(jì)---機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) [論 文]</p><p>　　題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　系 別： 電氣與電子工程系</p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：自動(dòng)化</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b

2、>　　學(xué) 號(hào)：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p>　　2011年5月24日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　任 　務(wù) 　書(shū)</b></p>&l

3、t;p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　注：任務(wù)書(shū)必須由指導(dǎo)教師和學(xué)生互相交流后，由指導(dǎo)老師下達(dá)并交教研室主任審核后發(fā)給學(xué)生，最后同學(xué)生畢業(yè)論文等其它材料一起存檔。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定</p><p><b>　　答辯小組評(píng)定意見(jiàn)</b></p><p>　　一、評(píng)語(yǔ)（根據(jù)

4、學(xué)生答辯情況及其論文質(zhì)量綜合評(píng)定）。</p><p>　　二、評(píng)分（按下表要求評(píng)定）</p><p>　　答辯小組成員簽字 </p><p>　　年 月 日 </p><p><b>　　畢業(yè)答辯

5、說(shuō)明</b></p><p>　　1、答辯前，答辯小組成員應(yīng)詳細(xì)審閱每個(gè)答辯學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），為答辯做好準(zhǔn)備，并根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)給出實(shí)際得分。</p><p>　　2、嚴(yán)肅認(rèn)真組織答辯，公平、公正地給出答辯成績(jī)。</p><p>　　3、指導(dǎo)教師應(yīng)參加所指導(dǎo)學(xué)生的答辯，但在評(píng)定其成績(jī)時(shí)宜回避。</p><p>　

6、　4、答辯中要有專(zhuān)人作好答辯記錄。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)定意見(jiàn)</b></p><p>　　一、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的學(xué)術(shù)評(píng)語(yǔ)（應(yīng)具體、準(zhǔn)確、實(shí)事求是）：</p><p>　　簽字： </p><p>　　年 月 日</p><p&

7、gt;　　二、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)分[按下表要求綜合評(píng)定]。</p><p><b>　　（1）理工科評(píng)分表</b></p><p><b>　?。?）文科評(píng)分表</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日</p><p><b

8、>　　摘要</b></p><p>　　機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域?？删幊炭刂破鳎≒LC）已在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用。論文以西門(mén)子PLC為基礎(chǔ)，介紹PLC在機(jī)械手搬運(yùn)控制中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一套可行的機(jī)械手控制系統(tǒng)，并給出了詳細(xì)的PLC程序。此機(jī)械運(yùn)用到了步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣壓傳動(dòng)，能夠使機(jī)械手滿足控制要求。介紹了機(jī)械手的動(dòng)作順序及其應(yīng)

9、用PLC進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)方法，建立了相應(yīng)的原理圖，確定了PLC的輸入∕輸出量，建立了PLC控制的硬件接線圖及相應(yīng)的控制流程圖。通過(guò)PLC的軟件程序控制各電磁閥，驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作，給出一定的脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，從而控制機(jī)械手的動(dòng)作。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)械手， P

10、LC， 驅(qū)動(dòng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The manipulator is a new device developed in the automatic production process. It is widely used in industrial producing and other fields. Pr

11、ogrammable Logic Controller (PLC), has been widely used in industrial producing as well. This paper based on Siemens PLC is introduced, and control of PLC in manipulator handling applications, design a feasible robot con

12、trol system, and gives the detailed PLC program. This machine use to step motor, dc motor drive and pneumatic transmission, can make robots</p><p>　　Keywords: manipulator, PLC, drive</p><p><

13、b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.2 機(jī)械手的定義及分類(lèi)2</p><p>　　1.3 機(jī)械手的應(yīng)用及組成機(jī)構(gòu)3</p><p>　　1

14、.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　2 可編程邏輯控制器（PLC）4</p><p>　　2.1 PLC的特點(diǎn)4</p><p>　　2.2 PLC的選型5</p><p>　　2.3 西門(mén)子—S7-200系列PLC的結(jié)構(gòu)功能6</p><p>　　3 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p>&

15、lt;p>　　3.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)概述8</p><p>　　3.1.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度8</p><p>　　3.2 機(jī)械手的各部分結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.2.1手部的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.2.2 手腕12</p><p>　　3.2.3 臂部13</p><

16、;p>　　3.2.4 機(jī)身14</p><p>　　3.3 本設(shè)計(jì)的總體要求15</p><p>　　4 機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)16</p><p>　　4.1氣壓傳動(dòng)16</p><p>　　4.1.1 氣壓傳動(dòng)簡(jiǎn)介16</p><p>　　4.1.2 氣壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)16</p>&l

17、t;p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)17</p><p>　　4.2.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的原理17</p><p>　　4.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.3直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)21</p><p>　　4.3.1 驅(qū)動(dòng)芯片的介紹21</p><p>　　4.3.2 驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)21<

18、/p><p>　　5 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.1 機(jī)械手的功能介紹22</p><p>　　5.2 機(jī)械手的控制23</p><p>　　5.2.1 S7-200 PLC的CPU選擇23</p><p>　　5.2.2 PLC的I/O分配23</p><p>　　

19、5.2.3 物塊的位置控制及程序流程圖25</p><p>　　5.3 PLC的程序設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.4 PLC程序設(shè)計(jì)的總結(jié)31</p><p><b>　　結(jié)論32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><

20、;b>　　附錄A34</b></p><p><b>　　致謝47</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越高，生產(chǎn)工況也有趨

21、于惡劣的態(tài)勢(shì)，這對(duì)一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時(shí)操作工人的工作安全也受到了相應(yīng)的威脅。工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡(jiǎn)單化，對(duì)于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對(duì)人體造成傷害，如冶金、化工、醫(yī)藥、航空航天等。</p><p>　　機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)

22、生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。</p><p>　　機(jī)械手發(fā)展較快，應(yīng)用較多。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊接、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整

23、。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　　機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用，機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要

24、因素。</p><p>　　PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息；PLC采用光電隔離和濾波技術(shù)技術(shù)有效抑制外部干擾源對(duì)PLC的影響，此外PLC還可在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；具有編程簡(jiǎn)單，易于掌握；設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少；功能強(qiáng)、通用性好；開(kāi)發(fā)周期短，功耗小等優(yōu)點(diǎn)。本課題對(duì)

25、現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。可編程序控制器PLC控制的物料搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了維修率，提高了工作效率。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手</p><p>　　是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器

26、各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。</p><p>　　1.2 機(jī)械手的定義及分類(lèi)</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是五十年代末才發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它

27、的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控加工中心，它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)， 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見(jiàn)的上下料工序，通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低; 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜，需較多繼電器，接線繁雜，易受車(chē)體

28、振動(dòng)干擾，而存在可靠性差、故障多、維修困難等問(wèn)題。</p><p>　　機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。</p><p>　　機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要

29、的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重視，并投入了大量的物力和財(cái)力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。</p><p>　　機(jī)械手一般分為三類(lèi)。第一類(lèi)是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各

30、項(xiàng)規(guī)定工作。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類(lèi)是需要人工操作的，稱(chēng)為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電信號(hào)操作機(jī)械手來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球、火星等。第三類(lèi)是專(zhuān)用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱(chēng)為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專(zhuān)

31、用的。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可歸為第一類(lèi)，即通用機(jī)械手。</p><p>　　1.3 機(jī)械手的應(yīng)用及組成機(jī)構(gòu)</p><p>　　目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)

32、用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，專(zhuān)用條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及用于不同類(lèi)型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。</p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)

33、、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂和軀干。手部裝在手臂前端，可以轉(zhuǎn)動(dòng)、開(kāi)閉手指。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。可根據(jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。本設(shè)計(jì)采用二指的構(gòu)造。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正

34、確地工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確地定位?？傊?，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)架。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以電氣、氣動(dòng)用得最多，占90％以上，液壓、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用得較少。液壓驅(qū)動(dòng)主要是

35、通過(guò)液壓缸、閥、油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。一般采用4～6個(gè)大氣壓，個(gè)別達(dá)到8～10個(gè)大氣壓。本設(shè)計(jì)的手爪部分采用氣壓驅(qū)動(dòng)。電氣驅(qū)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)可以采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母機(jī)構(gòu)。通用機(jī)械手則考慮采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流或交流的伺服電動(dòng)機(jī)、變速箱等。本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手腕和機(jī)械手的底盤(pán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)只適用于動(dòng)作固定的場(chǎng)合。</p><p>　　機(jī)械手控

36、制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種，目前以點(diǎn)位控制為主，占90％以上。</p><p>　　控制系統(tǒng)可以根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制，它首先要編制程序加以?xún)?chǔ)存，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手工作。對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用小

37、型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，具有編程簡(jiǎn)單、修改容易、可靠性高等</p><p>　　1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)

38、定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來(lái)越多地裝備部隊(duì)。</p><p>　　國(guó)外方面：近幾年國(guó)外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技

39、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。</p><p>　　國(guó)內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)

40、械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。</p><p>　　2 可編程邏輯控制器（PLC）</p><p>　　可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)和執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型

41、的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌渫鈬O(shè)備，都易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.1 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)起來(lái)的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫(xiě)的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或

42、生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms；（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；（4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選；（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大；（7）

43、大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。</p><p>　　豐富的I/O接口模塊PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流、開(kāi)關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。</p><p>　　編程簡(jiǎn)單易學(xué) P

44、LC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。</p><p>　　安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。</p><p>　　

45、2.2 PLC的選型</p><p>　　對(duì)于PLC的選擇，我們必須考慮多方面的因素。例如輸入、輸出的最多點(diǎn)數(shù)，掃描速度，內(nèi)存容量，指令條數(shù)，功能模塊等。同時(shí)還要考慮其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性以及工作環(huán)境對(duì)其的影響。</p><p><b>　　1.常用PLC介紹</b></p><p>　　PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號(hào)的也很多，各個(gè)廠家生產(chǎn)的也有

46、一定區(qū)別，各個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向也不同，所以我們必須根據(jù)自己設(shè)計(jì)需要，考慮如何選擇。</p><p>　　西門(mén)子的中國(guó)業(yè)務(wù)是其亞太地區(qū)業(yè)務(wù)的主要支柱，活躍在中國(guó)的信息與通訊、自動(dòng)化與控制、電力、交通、醫(yī)療、照明以及家用電器等各個(gè)行業(yè)中，其核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)解決方案。</p><p>　　歐姆龍S7-200系列PLC 突出的特點(diǎn)：可靠性高、操作簡(jiǎn)便；豐富的內(nèi)置集成功能；強(qiáng)勁通訊能力；

47、豐富的擴(kuò)展模塊；簡(jiǎn)單、易用的Micro/WIN編程軟件。</p><p>　　OMRON的可編程序控制器更加小型化。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來(lái)說(shuō))，從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)造了新的環(huán)境。編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。由于原有SYSMAC支持軟件

48、及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴(kuò)展及維護(hù)都可簡(jiǎn)單進(jìn)行。</p><p>　　三菱FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其FX2N PLC還可

49、以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件計(jì)數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。</p><p><b>　　2. 確定型號(hào)</b></p><p>　　綜上，對(duì)于被控對(duì)象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性?xún)r(jià)比，使用和維修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能等必須能滿足被控對(duì)象的各種控制要求；選用的PLC主機(jī)及配置必須是功能較強(qiáng)的新一代PLC機(jī)型，一般

50、最好不要選用舊機(jī)型（若采用三菱公司的PLC，則選FX系列，不選F1系列）。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮將來(lái)工藝的變化和擴(kuò)展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個(gè)控制系統(tǒng)可靠。還要考慮大家對(duì)產(chǎn)品的熟悉程度，以及編程指令的易懂性。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最終選擇西門(mén)子的S7-200系列的PLC,其型號(hào)為：S7-CPU226。</p><p>　　2.3 西門(mén)子—S7-200系列PLC的結(jié)

51、構(gòu)功能</p><p>　　可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)原理與微型計(jì)算機(jī)相似。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口。系統(tǒng)程序和接口器件又與微機(jī)不同，這使它的操作使用方法、編程語(yǔ)言、工作方式等與微型機(jī)有所不同。PLC是用微處理器實(shí)現(xiàn)繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器以及A/D、D/A模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進(jìn)行它們之間的聯(lián)系。</p><p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采

52、用的是S7-200系列的PLC，雖然PLC的種類(lèi)很多，但其結(jié)構(gòu)和功能都很相似，那就用此PLC來(lái)說(shuō)明PLC的結(jié)構(gòu)功能。</p><p>　　PLC主要由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置和電源等組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p>　　圖2.1 PLC的基本機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　1 、CPU</b></

53、p><p>　　CPU是PLC的控制中樞。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。CPU在系統(tǒng)的監(jiān)控程序的控制下工作，通過(guò)掃描方式，將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)寫(xiě)入輸入映象寄存區(qū)域，PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶(hù)指令，按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等，然后將結(jié)果送到輸出映象寄存區(qū)域。</p><p><b>　　2、存儲(chǔ)器</b></p&g

54、t;<p>　　PLC的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和可電擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及工作數(shù)據(jù)。</p><p>　　3、基本I/O接口單元</p><p>　　PLC內(nèi)部輸入電路的作用是將PLC外部電路（如行程開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過(guò)光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。PLC外部輸

55、出電路的作用是將輸出映像寄存器的結(jié)果通過(guò)輸出接口電路驅(qū)動(dòng)外部的負(fù)載（如接觸器線圈、電磁閥、指示燈等）。</p><p><b>　　4、外設(shè)接口</b></p><p>　　外設(shè)接口電路用于連接編程器或其他圖形編程器、文本顯示器、觸摸屏、變頻器等，并能通過(guò)外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　5、電源</b

56、></p><p>　　電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電源。外部連接的電源，通過(guò)PLC內(nèi)部配有的一個(gè)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源，并為外部輸入元件提供24V直流電源，而驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶(hù)提供。</p><p>　　3 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)概述

57、</p><p>　　機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。由于應(yīng)用場(chǎng)合的不同，機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，在組成部分的驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)也有各種不同的類(lèi)型。通常根據(jù)機(jī)械手各部分的功能，其機(jī)械部分主要由下列各部分構(gòu)成：</p><p><b>　　1、手部</b></p><p>　　

58、機(jī)械手為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置了操作機(jī)構(gòu)，有時(shí)也稱(chēng)為手抓或末端操作器，是來(lái)握持工件或工具的部件。本設(shè)計(jì)用的是齒輪齒條式夾持器。</p><p><b>　　2、手腕</b></p><p>　　手腕是聯(lián)接手部和手臂的部分，其作用是改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂。手腕往往有三種運(yùn)動(dòng)方式：手腕旋轉(zhuǎn)、手腕彎曲和手腕側(cè)擺，考慮本設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)用的是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控

59、制可±180度旋轉(zhuǎn)的手腕。</p><p><b>　　3、臂部</b></p><p>　　臂部是聯(lián)接機(jī)身和手腕的部分，其作用是改變手部的空間位置，滿足機(jī)械手的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機(jī)座。機(jī)械手的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)有關(guān)的部件，如傳到機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向定位裝置、支承聯(lián)接和位置檢測(cè)元件等。臂部可分為：伸縮型臂部結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮

60、型臂部結(jié)構(gòu)、屈伸型臂部結(jié)構(gòu)、其他專(zhuān)用的機(jī)械傳動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)共用了三個(gè)臂，有伸縮型臂部結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)型臂部結(jié)構(gòu)?？蛇M(jìn)行上下移動(dòng)和前后伸縮移動(dòng)以及水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　4、機(jī)身</b></p><p>　　機(jī)身是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。固定式機(jī)械手直接聯(lián)接在地面基礎(chǔ)上，移動(dòng)式機(jī)械手則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)、俯仰型

61、機(jī)身結(jié)構(gòu)、直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)、類(lèi)人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用的是升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)的機(jī)械手。</p><p>　　3.1.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度</p><p>　　物體上任何一點(diǎn)都與坐標(biāo)軸的正交集合有關(guān)。物體能夠能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱(chēng)為自由度（DOF degree of freedom）。自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)，為了抓取空間中任意位置和方位的物體，三維空間需要6個(gè)自

62、由度 。物體所能進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)有沿著坐標(biāo)軸的三個(gè)平移自由度和繞坐標(biāo)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。 </p><p>　　一般固定程序的機(jī)械手，動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，自由度數(shù)較少。工業(yè)機(jī)器人自由度數(shù)較多，動(dòng)作靈活性和通用性較大。一般說(shuō)來(lái)，機(jī)器人靠近機(jī)座的3個(gè)自由度是用來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個(gè)自由度來(lái)定出末端執(zhí)行器的方位；7個(gè)以上的自由

63、度是冗余自由度，是用來(lái)躲避障礙物的。</p><p>　　自由度的選擇也與生產(chǎn)要求有關(guān)，若批量大，操作可靠性要求高，運(yùn)行速度快，周?chē)O(shè)備構(gòu)成比較復(fù)雜，工件質(zhì)量輕時(shí)，機(jī)械手的自由度數(shù)可少；如果要便于產(chǎn)品更換，增加柔性，則機(jī)械手的自由度要多一些。</p><p>　　計(jì)算機(jī)械手的自由度時(shí)，末端執(zhí)行器的夾持器動(dòng)作是不計(jì)入的，因?yàn)檫@個(gè)動(dòng)作不改變工件的位置和姿態(tài)。在滿足機(jī)械手工作要求前提下，為簡(jiǎn)化機(jī)

64、械手的結(jié)構(gòu)和控制，應(yīng)使自由度數(shù)最少。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的通用機(jī)械手的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，在本設(shè)計(jì)中關(guān)于機(jī)械手的自由度的選擇為5個(gè)。分別為立柱回轉(zhuǎn)、小臂升降、手臂伸縮、手腕旋轉(zhuǎn)、手爪夾緊放松。分別由步進(jìn)電機(jī)2、升降氣缸、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)1和手爪加緊放松氣缸控制。</p><p>　　3.2 機(jī)械手的各部分結(jié)

65、構(gòu)</p><p>　　機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和環(huán)境交互系統(tǒng)一樣，是組成機(jī)械手這一整體的重要組成部分，下面將分別對(duì)此設(shè)計(jì)的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和其設(shè)計(jì)進(jìn)行詳述。</p><p>　　3.2.1手部的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手的手部是重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)械手的首部分為兩大類(lèi)：夾持類(lèi)手部和吸附類(lèi)手部，各類(lèi)又分為很多種，如夾持類(lèi)又可分為夾鉗式手部、鉤托

66、式手部和彈簧式手部。我們可根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選擇外夾夾鉗式v型指手部結(jié)構(gòu)。其傳力機(jī)構(gòu)根據(jù)題目要求，可選擇齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)，故本設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。其手指夾緊工件是由夾緊氣缸1中的齒條活塞桿8在壓縮空氣作用下右移，經(jīng)齒條推動(dòng)齒輪7并帶動(dòng)扇形齒軸5回轉(zhuǎn)，因手指6與扇形齒輪5固結(jié)為一體，所以?xún)蓚€(gè)手指同時(shí)回轉(zhuǎn)而夾緊工件。用由于采用雙向電磁閥，可實(shí)現(xiàn)其手部的夾緊和松開(kāi)。手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機(jī)構(gòu)。</p>

67、<p>　　圖3.1 齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.1.1手部夾力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　手指在件上的夾力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中，我們可有如下參數(shù) 要求抓取工件的重量為30N,V型指的角度2θ=120°，b=60mm，R=40mm，摩擦系數(shù)f=0.1。</p>&l

68、t;p>　　當(dāng)工件重量，手指指形，工件的形狀和夾持的方位確定后（可有圖1 的形狀和方位確定），可得(1)夾力的計(jì)算公式：</p><p><b>　　=130N</b></p><p>　　(2)根據(jù)手部機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖圖5所示，其驅(qū)動(dòng)力為</p><p>　　圖3.2 齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>&

69、lt;b>　?。?）實(shí)際驅(qū)動(dòng)力</b></p><p><b>　　P—驅(qū)動(dòng)力，N</b></p><p>　　—手部的機(jī)械效率，一般取0.85~0.95</p><p>　　—安全系數(shù)，通常為1.2~2.0</p><p>　　—工作狀況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可按下式估計(jì)，</p>

70、;<p>　　—被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，</p><p>　　—運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度</p><p>　　—系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.03 ~0.5s</p><p>　　g—重力加速度，g=9.8m∕</p><p>　　G—被抓取工件所受重力（N）</p><p>　　在此中，因?yàn)閭?/p>

71、動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪齒條機(jī)構(gòu)，故取η=0.9，取=1.5, 機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間0.5s ，</p><p><b>　　3.2.2 手腕</b></p><p>　　此設(shè)計(jì)的手腕上端連著絲桿，從而使整個(gè)手部可以順利水平移動(dòng)，下端連著手部，將載荷從手部傳遞到桿上。手腕是由上升下降氣缸，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和一些機(jī)械裝置構(gòu)成，結(jié)構(gòu)緊密！</p><p>　　

72、氣缸選的是CDM2B10－30型號(hào)，其電磁閥選型是二位五通雙電控電磁閥，選用的是AIRTAC公司型號(hào)為4V110－M5的產(chǎn)品。供電電壓是DC24V.兩位五通電磁閥具有1個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、1個(gè)正動(dòng)作出氣孔和1個(gè)反動(dòng)作出氣孔(分別提供給目標(biāo)設(shè)備的一正一反動(dòng)作的氣源)、1個(gè)正動(dòng)作排氣孔和1個(gè)反動(dòng)作排氣孔(常常安裝消聲器)。其工作原理為：給正動(dòng)作線圈通電，則正動(dòng)作氣路接通(正動(dòng)作出氣孔有氣)，即使給正動(dòng)作線圈斷電后正動(dòng)作氣路仍然是接通的，

73、將會(huì)一直維持到給反動(dòng)作線圈通電為止。 給反動(dòng)作線圈通電，則反動(dòng)作氣路接通(反動(dòng)作出氣孔有氣)，即使給反動(dòng)作線圈斷電后反動(dòng)作氣路仍然是接通的，將會(huì)一直維持到給正動(dòng)作線圈通電為止。當(dāng)要下降手部時(shí)，PLC給正動(dòng)作線圈通電，機(jī)械手手部下降，當(dāng)要手部提升時(shí)，只需給反動(dòng)作線圈通電即可，每次通電都要維持一段時(shí)間（大約2秒鐘）。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)可以使氣缸和下面承載的夾持器一體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以控制手的順利轉(zhuǎn)動(dòng)±

74、;180°，這樣大大提高了機(jī)械手的活動(dòng)空間。設(shè)計(jì)中是有4塊物體，放在一塊玻璃板上，夾持器一塊塊夾取，所以要求機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)手部，使夾持器保持合適的角度來(lái)夾取物塊。步進(jìn)電機(jī)的角度和轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是由PLC控制的。</p><p><b>　　手腕的示意圖如下：</b></p><p>　　圖3 .3 手腕示意圖</p><p><b&g

75、t;　　3.2.3 臂部</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中手臂是使機(jī)械手手部前伸和后縮的重要組成部分，手臂是用滾珠絲桿作用的，絲桿的后端連著直流電機(jī)，絲桿螺母連著手腕整體，直流電機(jī)通過(guò)絲桿將機(jī)械手的手部進(jìn)行水平移動(dòng)。</p><p>　　直流電機(jī)選用的型號(hào)為5D90-24。驅(qū)動(dòng)電壓為24V，功率為90W。負(fù)載轉(zhuǎn)速為2800轉(zhuǎn)，力矩為3.2Kg·cm。</p&g

76、t;<p>　　驅(qū)動(dòng)芯片L298N通過(guò)控制直流電機(jī)的啟停從而控制絲桿螺母的移動(dòng)，這樣可方便精確地控制機(jī)械手的手部的移動(dòng)。</p><p>　　滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器中，是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。其實(shí)物圖如下：</p><p>　　圖3 .4 滾珠實(shí)物圖

77、</p><p>　　滾珠絲桿具有很多優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3； </p><p>　　2、高精度的保證； </p><p><b>　　3、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；</b></p><p><b>　　4、同步性好。</b></p>

78、<p><b>　　絲桿的參數(shù)為：</b></p><p>　　其型號(hào)為KURODA GG1520AS-BALR系列的。</p><p><b>　　3.2.4 機(jī)身</b></p><p>　　機(jī)身包括立柱和底座，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

79、聯(lián)系，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)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。立柱的下端連著底座，上端連著機(jī)械手的手臂，對(duì)手臂其支撐和將載荷傳到底座的作用，底座下面有一步進(jìn)電機(jī)，控制立柱的旋轉(zhuǎn)，也即控制整個(gè)機(jī)械手上方的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其示意圖為：</p><p>　　圖3.5 機(jī)身示意圖</p><p>　　3.3 本設(shè)計(jì)的總體要求</p><p>

80、;　　前已講到，有很多種機(jī)械手，其實(shí)現(xiàn)的功能各種各樣，而此設(shè)計(jì)的機(jī)械手是搬運(yùn)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)的是按照固定順序?qū)⒋庸さ墓ぜ岬絺鬏攷稀?lt;/p><p><b>　　其結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖3.6 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　機(jī)械手的工作流程</b></p><p>

81、　　機(jī)械手的工作方式有三種：?jiǎn)尾竭\(yùn)行、單周期運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行。</p><p>　?、?單步運(yùn)行：從初始步開(kāi)始，按一下啟功按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動(dòng)停止工作并停留在該步。再按一下啟功按鈕，又往前走一步。單步方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手前進(jìn)一個(gè)工步（或工序）即自動(dòng)停止。</p><p>　?、?單周期運(yùn)行：每按一次啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手從原點(diǎn)起始步開(kāi)始，按照工

82、序順序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止，返回有效期停在初始步。若在中途按下停止按鈕，機(jī)械手停止運(yùn)行；再按下啟動(dòng)按鈕，從斷點(diǎn)處開(kāi)始繼續(xù)運(yùn)行，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。</p><p>　　⑶ 連續(xù)運(yùn)行：在初始狀態(tài)下，按下啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手從初始步開(kāi)始，工作一個(gè)周期后，又開(kāi)始進(jìn)行下一個(gè)周期，自動(dòng)、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。</p><p>　　具體流程為：機(jī)械手在載物板上方、手腕靠近立柱為初始態(tài)，當(dāng)在連續(xù)工作

83、方式下按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手由氣壓驅(qū)動(dòng)向下伸開(kāi)小臂，根據(jù)判斷取的是哪個(gè)物件，從而決定是否要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)手腕，以及旋轉(zhuǎn)多少角度。之后夾持器抓住物</p><p>　　塊，待兩秒鐘后反旋轉(zhuǎn)，再由氣壓驅(qū)動(dòng)向上縮回去，步進(jìn)電機(jī)2也是根據(jù)當(dāng)前抓取的是哪個(gè)物件而決定旋轉(zhuǎn)多少角度，之后直流電機(jī)啟動(dòng)通過(guò)滾珠絲桿向前方伸開(kāi)大臂，待到一定長(zhǎng)度時(shí)，下降小臂，釋放物塊。再之后回去再取物塊，當(dāng)四件物塊都取走放在傳送帶上，機(jī)械手就完成了一個(gè)周期，

84、完成一個(gè)周期又回到初始態(tài)。若按下停止鍵，則機(jī)械手待完成一個(gè)工作周期后停止。</p><p>　　4 機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)</p><p><b>　　4.1氣壓傳動(dòng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的夾持器和小臂都是用氣壓驅(qū)動(dòng)的。</p><p>　　4.1.1 氣壓傳動(dòng)簡(jiǎn)介</p><p>

85、　　氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)氣動(dòng)技術(shù)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量與信號(hào)的傳遞，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的一門(mén)技術(shù)，它是流體傳動(dòng)與控制學(xué)科的一個(gè)重要組成部分。從廣義上看，氣動(dòng)技術(shù)范疇，除空氣壓縮機(jī)、空氣凈化器、氣動(dòng)馬達(dá)、各類(lèi)控制閥及輔助裝置以外，還包括真空發(fā)生裝置、真空?qǐng)?zhí)行元件以及各種氣動(dòng)工具等。</p><p>　　由于氣動(dòng)技術(shù)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)、電傳動(dòng)及液壓傳動(dòng)而言有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)發(fā)展十分迅速，

86、現(xiàn)在氣動(dòng)技術(shù)結(jié)合了液壓、機(jī)械、電氣和電子技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，并與它們相互補(bǔ)充，成為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一個(gè)重要手段，在機(jī)械、冶金、紡織、食品、化工、交通運(yùn)輸、航空航天、國(guó)防建設(shè)等各個(gè)部門(mén)已得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　4.1.2 氣壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手的氣動(dòng)控制回路如圖4.1所示。氣動(dòng)系統(tǒng)由氣源、氣動(dòng)、三聯(lián)件OZ、電磁閥、節(jié)流閥和各種氣缸組成。氣源工作壓力：最小6b

87、ar，最大8bar。壓縮空氣經(jīng)氣源三聯(lián)件再次過(guò)濾、凈化、調(diào)壓、霧化后經(jīng)手動(dòng)換向閥后分別進(jìn)入三只電磁換向閥。</p><p>　　升降氣缸的換向閥采用二位五通雙電控電磁閥，夾緊氣缸的換向閥采用二位五通單電控電磁閥。電磁閥均選用AIRTAC公司型號(hào)為4V110－M5的產(chǎn)品，氣缸選用SMC公司的產(chǎn)品。升降氣缸選CDM2B10－30型號(hào)，夾緊氣缸選 MHZ2－10D1E 型號(hào)。為了使各執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，各氣缸2個(gè)氣口裝有

88、單向節(jié)流閥，型號(hào)選擇為SMC公司的ARJ1020F－M5。升降氣缸位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)選用 SMC 公司的D－C73 產(chǎn)品。夾鉗上不用位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)。電磁閥的線圈用電均為直流24V。</p><p>　　圖4.1 氣壓驅(qū)動(dòng)原理圖</p><p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　機(jī)械手的小臂轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)身的旋轉(zhuǎn)都是用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。</p><p

89、>　　4.2.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速及停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同樣可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和方向，從而達(dá)到調(diào)

90、速的目的。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)具有很多的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱(chēng)為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。</p><p>　　2、如果步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個(gè)脈沖完成。由此步進(jìn)電機(jī)

91、轉(zhuǎn)向的角度或位移可以精確由頻率控制</p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。</p><p>　　4、改變脈沖的順序，可以方便地改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)不同于其他交流電機(jī)，還在于,僅僅接上電源,電機(jī)并不轉(zhuǎn)動(dòng),還必須接上相應(yīng)的脈沖分配驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器的輸出為步進(jìn)電機(jī)各相提供按通電順序的勵(lì)磁電流。所以步進(jìn)電機(jī)的工作性能,在很

92、大程度上取決于所使用驅(qū)動(dòng)電路的具體類(lèi)型和性能指標(biāo)。步進(jìn)電機(jī)分為 PM型(永磁式)、VR型(磁阻式或反應(yīng)式)和 HB 型(混合式) 3種類(lèi)型。相數(shù)有兩相、三相、四相、五相、六相等多種形式,目前常用的是兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路可分為電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)式。電壓驅(qū)動(dòng)又有單電壓驅(qū)動(dòng) (見(jiàn)圖4.2(a) )和雙電壓驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)圖4.2 (b) ) 。單電壓驅(qū)動(dòng)在步進(jìn)電機(jī)相繞組中串接一定

93、阻值和功率的電阻,用以增加繞組回路的電阻,減小時(shí)間常數(shù),為了維持電機(jī)相電流的額定值,必然要提高驅(qū)動(dòng)繞組的電壓,串聯(lián)電阻驅(qū)動(dòng)的效率低,但因其驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單,成本低,在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中用得較多;雙電壓驅(qū)動(dòng)每相繞組導(dǎo)通時(shí),首先施加高電壓VH使步進(jìn)電機(jī)相電流快速上升,當(dāng)電流上升到規(guī)定幅度時(shí),高電壓VH被切斷,切換到低電源電壓VL維持電流,因去除了耗能很大的串聯(lián)電阻,電路驅(qū)動(dòng)效率大大提高,這種驅(qū)動(dòng)方式采用高低兩種驅(qū)動(dòng)電源,但電源切換的控制電路相對(duì)復(fù)雜

94、,因而較少采用。恒電流源驅(qū)動(dòng)是比較理想的驅(qū)動(dòng)方式,應(yīng)用專(zhuān)用集成電路PWM恒流斬波驅(qū)動(dòng),能獲得高性能指標(biāo)。</p><p>　　圖 4.2 步進(jìn)電機(jī)兩種驅(qū)動(dòng)方式</p><p>　　4.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)用的是PMM8713三相或四相步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器,SI27300A兩相或四相功率驅(qū)動(dòng)器,用他們組成的四相步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路。&

95、lt;/p><p>　　SI27300是高性能步進(jìn)電機(jī)集成功率放大器,為單極性四相驅(qū)動(dòng),采用SIP18 封裝,其結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖 3。步進(jìn)電機(jī)使用較高電壓電源 ,可使繞組電流幾乎階躍地上升到預(yù)定值 ,流過(guò)檢測(cè)電阻的電流去控制斬波控制電路關(guān)斷,繞組電路在續(xù)流回路中續(xù)流并下降,當(dāng)電流下降規(guī)定時(shí)間后(達(dá)到某一電流值)由脈沖電路產(chǎn)生脈沖至斬波控制電路使斬波開(kāi)關(guān)管接通,如此反復(fù)控制,由其反復(fù)開(kāi)關(guān)繞組電流,進(jìn)行斬波控制,使電流平均值

96、趨向于維持恒定。</p><p>　　圖4.3 SI27300內(nèi)部原理框圖</p><p>　　SI27300的典型技術(shù)指標(biāo)為：</p><p>　　表 4.1 SI27300的典型技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　輸出電流 I0 與檢測(cè)電阻 Rs 的關(guān)系可由下式近似求出：</p><p>　　Ioh (max)≈(0.

97、 233·Vcc2 - 0. 026)/PRs</p><p>　　Ioh (min)≈(0. 214·Vcc2 - 0. 021)/PRs.</p><p>　　PMM8713 是步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器,采用DIP16封裝,適用于控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　脈沖輸入方法有兩種圖4.4(a)為雙脈沖輸入法,CU、CD分別控制步進(jìn)電機(jī)

98、正反轉(zhuǎn)脈沖,圖4.4(b)為單脈沖輸入法,CK脈沖輸入,步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)方向由CPD的電位高低決定。本設(shè)計(jì)考慮為了用PLC方便控制及節(jié)省PLC的內(nèi)部資源，采用的時(shí)第二種脈沖輸入方法，即用PLC的晶體管輸出方式分別給出脈沖和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。</p><p>　　圖4.4 PMM8713的兩種脈沖輸入方法</p><p>　　PMM8713可以擇3種勵(lì)磁方式 ,每相最小灌入與拉出電流為20mA ,滿足

99、后級(jí)功率放大器的輸出要求, 激勵(lì)方式控制決定選擇何種勵(lì)磁方式(1相勵(lì)磁、2相勵(lì)磁、1-2相勵(lì)磁3種勵(lì)磁方式之一)。</p><p>　　設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖如下，勵(lì)磁方式選擇的是1-2勵(lì)磁方式。</p><p>　　圖4.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)選用的是42BYG009型混合式步進(jìn)電機(jī),驅(qū)動(dòng)電壓為直流24V。其參數(shù)為：</p>

100、<p>　　表4.2 42BYG009型混合式步進(jìn)電機(jī)部分參數(shù)</p><p>　　手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)身的轉(zhuǎn)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)都是一樣的。</p><p>　　4.3直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　機(jī)械手的水平方向上的伸縮是用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，設(shè)計(jì)中采用H橋驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)芯片為L(zhǎng)298n。</p><p>　　4.3.1 驅(qū)動(dòng)芯片的介紹

101、</p><p>　　L298N為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的的雙全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢杂脕?lái)驅(qū)動(dòng)二相和四相步進(jìn)電機(jī)，也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。它內(nèi)含兩個(gè)H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)?？梢则?qū)動(dòng)46V電壓、2A以下的電機(jī)，且可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。其內(nèi)部電路圖為：</p><p>

102、;　　圖4.6 L298N內(nèi)部原理簡(jiǎn)圖</p><p>　　4.3.2 驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　因設(shè)計(jì)中只用一個(gè)直流電機(jī)，所以L298N芯片只用一個(gè)全橋。其連接電路為圖為：</p><p>　　圖4.7 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　其中Port0端口作為電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)控制端口，為高電平1時(shí)，直流電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手的手部通

103、過(guò)絲桿向前方移動(dòng)，觸到行程開(kāi)關(guān)時(shí)則關(guān)閉；Port1端口作為電機(jī)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)控制端口，為高電平1時(shí)，直流電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手的手部通過(guò)絲桿向后方移動(dòng)，觸到相應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)時(shí)則關(guān)閉。VCC是用來(lái)作為器件內(nèi)部控制電路的電源，VDD是用來(lái)作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。其使能端直接接高電平，不作為控制端口。直流電機(jī)旁的四個(gè)二極管作續(xù)流保護(hù)電路用的，型號(hào)為1N4148，直流電機(jī)的型號(hào)為5D90-24。</p><p>　　5 機(jī)械手的控制

104、系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 機(jī)械手的功能介紹</p><p>　　本設(shè)計(jì)的機(jī)械手是搬運(yùn)機(jī)械手，用于自動(dòng)化線上，目的是提高生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)成本，是生產(chǎn)有序，可控。機(jī)械手具有5個(gè)自由度，可方便靈活地移動(dòng)滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。</p><p>　　有四件物件需要投放到流水線上，每投放四件，由另一機(jī)械手將待加工的四件物件放到固定的位置。當(dāng)四件物體放到固定的位置上，按

105、下啟動(dòng)按鈕，此機(jī)械手就會(huì)去抓取物件，待一個(gè)放到流水線，又會(huì)回來(lái)抓取另一個(gè)，四個(gè)都放到流水線了為完成一個(gè)周期。</p><p>　　此機(jī)械手可以進(jìn)行單周期、單步和連續(xù)工作三種方式，單周期和單步主要用于維修和調(diào)試所用。連續(xù)工作方式為機(jī)械手正常運(yùn)作方式。這三種工作方式通過(guò)一個(gè)多檔開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。當(dāng)多檔開(kāi)關(guān)撥在單周期工作方式上，按下啟動(dòng)按鈕，此時(shí)機(jī)械手開(kāi)始工作，只是完成一個(gè)周期，即將四件物塊抓取放到流水線上。之后自動(dòng)停下來(lái)；

106、若當(dāng)多檔開(kāi)關(guān)撥在單步工作方式上，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手開(kāi)始進(jìn)行工作，此時(shí)機(jī)械手只是會(huì)進(jìn)行一步，即只完成一個(gè)工步，1/4個(gè)周期即完成一個(gè)物塊的抓取需要11個(gè)工步。在此中途中，若不想再往后檢查機(jī)械手每個(gè)工步的狀態(tài)，只需將多檔開(kāi)關(guān)撥到單周期即可，這樣機(jī)械手便能自動(dòng)完成剩下的工步。多檔開(kāi)關(guān)撥到連續(xù)工作方式，則機(jī)械手處于正常生產(chǎn)方式，即不斷完成各個(gè)周期。</p><p>　　機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作有序，需要強(qiáng)有力的驅(qū)動(dòng)和復(fù)雜的程序

107、控制支持，前已述及了各個(gè)驅(qū)動(dòng)。下面將對(duì)其控制進(jìn)行詳述！</p><p>　　5.2 機(jī)械手的控制</p><p>　　5.2.1 S7-200 PLC的CPU選擇</p><p>　　上已述及，小型的西門(mén)子的PLC 具有控制靈活，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)選用西門(mén)子S7-200系列的PLC。設(shè)計(jì)中機(jī)械手需要12個(gè)輸入端口，9個(gè)輸出端口，</p><p&

108、gt;　　考慮PLC的余量，決定選用CPU226的。S7-CPU226的參數(shù)如下：</p><p>　　表 5.1 S7-CPU226的參數(shù)</p><p>　　由于用的輸入和輸出用的都是24VC電壓，故PLC的選型為S7-226DC/DC/DC。</p><p>　　5.2.2 PLC的I/O分配</p><p>　　根據(jù)控制要求，升降氣缸

109、需要2個(gè)行程開(kāi)關(guān)，小臂即橫梁上有5個(gè)行程開(kāi)關(guān)（四個(gè)物塊的定位和小臂伸開(kāi)的定位），3個(gè)工作方式選擇開(kāi)關(guān)，一個(gè)啟動(dòng)按鈕和一個(gè)停止按鈕。輸出方面：每個(gè)步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖輸出端和轉(zhuǎn)向控制端，升降電磁閥和夾持電磁閥的開(kāi)關(guān)，以及直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。其相應(yīng)的分配點(diǎn)數(shù)為：</p><p>　　表 5.2 I/O分配說(shuō)明圖</p><p>　　其PLC與器件的邏輯連線如下圖所示：</p>&l

110、t;p>　　圖5.1 PLC外圍連接圖</p><p>　　5.2.3 物塊的位置控制及程序流程圖</p><p>　　機(jī)械手要完成抓取四個(gè)物塊，四個(gè)物塊的空間布置決定了程序中的設(shè)置，也即決定了各個(gè)驅(qū)動(dòng)的控制。其空間位置如下圖：</p><p>　　圖5.2 物塊位置示意圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，則機(jī)械手控制的流程如下，圖

111、中的繼電器都為輔助繼電器，而輸出繼電器沒(méi)有畫(huà)出。并且程序中應(yīng)用了大量的輔助繼電器，現(xiàn)列出一些重要的輔助繼電器，以便順利閱讀程序。</p><p>　　表 5.2 輔助繼電器說(shuō)明</p><p>　　圖5.3 程序順序流程圖</p><p>　　5.3 PLC的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手的工作的每個(gè)步驟或動(dòng)作都需要一定且精確的邏輯控制