基于PLC控制的三自由度氣動機(jī)械手的設(shè)計(jì)【3自由度】

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省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機(jī)械手、氣動控制越來越離不開PLC, 而閥技術(shù)的發(fā)展, 又使PLC在氣動機(jī)械手、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手。 氣動技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長的發(fā)展過程, 隨著氣動伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室, 氣動技術(shù)及氣動機(jī)械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術(shù)、氣動機(jī)械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術(shù)和氣動機(jī)械手的研究與應(yīng)用都比較晚, 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大, 我國自主研制的許多氣動機(jī)械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機(jī)械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用, 為研究高性能的氣動機(jī)械手奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。由于氣動機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 可以預(yù)見, 在不久的將來, 氣動機(jī)械手將越來越廣泛地進(jìn)入工業(yè)、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。 二、 預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、完成課題的方案和主要措施 1．預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)： 采用氣動裝置PLC控制機(jī)械手，它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。主要完成的是氣動式機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，以及用PLC軟件進(jìn)行簡單的控制編程設(shè)計(jì)。 機(jī)械手具有三個(gè)自由度：上下一個(gè)，旋轉(zhuǎn)一個(gè)，手指的開閉一個(gè)。上下是10cm，前后是25cm，旋轉(zhuǎn)是90度，手抓開合是60度。工件尺寸大約在1.5～2cm直徑。 2．關(guān)鍵理論和技術(shù)： 運(yùn)用機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動軌跡，有一定速度和時(shí)間的動作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號。位置檢測裝置隨時(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。（如下圖所示） 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖 運(yùn)用到所學(xué)知識有機(jī)械設(shè)計(jì)理論，液壓傳動技術(shù)，電液控制技術(shù)，PLC控制編程技術(shù)，電工電子技術(shù)，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理等。 3．完成課題具體方案措施如下： （1）、機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括：末端執(zhí)行器、手臂、手腕及基座的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)： 機(jī)械手（重復(fù)）定位精度：±0.5mm 機(jī)械手最大抓重：0.5kg 工件尺寸：直徑約1.5～2cm 支座旋轉(zhuǎn)角度為：90度（最大速度：90度每秒） 物料盤（采用步進(jìn)電機(jī)控制）每工步旋轉(zhuǎn)角度：30度（最大轉(zhuǎn)度：30度每秒） Y軸大臂上下移動距離為：20cm（最大速度10cm/s） Y軸小臂上下移動距離為：10cm（最大速度10cm/s） X軸小臂伸縮距離：10cm （最大速度10cm/s） 手指開合角度為：60度（最大速度60度每秒） 料槽小臂（推動工件的推桿）伸縮距離為：15cm（最大速度10cm/s） （2）、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題上下、旋轉(zhuǎn)和手爪開合三個(gè)自由度選擇氣壓傳動系統(tǒng)驅(qū)動，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設(shè)計(jì)，并繪出氣動原理圖。 （3）、設(shè)計(jì)控制部分 本機(jī)械手采用可編程序控制器(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取PLC型號（初定三菱的PLC裝置），根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出PLC程序，并畫出梯形圖。預(yù)定工作流程如圖所示。 （4）、圖紙繪制。 裝配圖、零件圖、電路原理圖的繪制。 三、課題進(jìn)展計(jì)劃 日期 工作內(nèi)容 08.10.1～08.10.30 完成開題報(bào)告及資料翻譯 08.11.1～08.12.30 確定結(jié)構(gòu)方案 09.1.1～09.2.30 電氣控制部分方案設(shè)計(jì)與編程 09.3.1～09.4.30 圖紙繪制 09.5.1～09.5.30 撰寫畢業(yè)論文 09.6.1～09.6.10 答辯準(zhǔn)備及答辯 四、主要參考文獻(xiàn) 　　【1】徐炳輝. 氣動手冊[M ]. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2005 　　【2】明仁雄, 等. 液壓與氣壓傳動[M ]. 國防工業(yè)出版社, 2003 　　【3】SMC (中國) 有限公司. 現(xiàn)代實(shí)用技術(shù)[M ] 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1998 　　【4】SMC (中國) 有限公司. 現(xiàn)代實(shí)用技術(shù)[M ] 二版.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003 　　【5】陸鑫盛, 周洪. 氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[M ]. 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 1999 　　【6】馬振福. 液壓與氣壓傳動[M ]. 機(jī)械工業(yè)出版社,2004 　　【7】陳新元, 張安龍. 裝配線機(jī)械手電氣混合控制[ J ].液壓與氣動, 2007 (3) 　　【8】姜繼海, 宋錦春, 高常識. 液壓與氣壓傳動[M ]. 高等教育出版社, 2002 　　【9】上海工業(yè)大學(xué)流控研究室. 氣動技術(shù)基礎(chǔ)[M ]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1982 　　【10】杜來林, 等. 北京大學(xué)出版社, 2005 　　【11】鄭洪生. 氣壓傳動[M ]. 機(jī)械工業(yè)出版社 【12】[德] Werner Deppert/Kurt Stoll1 氣動技術(shù)——低成本綜合自動化[M ]. 李寶仁, 譯. 機(jī)械工業(yè)出版社,1999 【13】(日)大熊繁編著.機(jī)器人控制[M].北京:科學(xué)出版社,2002 【14】遷三郎.機(jī)器人工程學(xué)及其應(yīng)用[M].王琪民,等譯.北京:國防工業(yè)出版社,1989 【15】白井良明.機(jī)器人工程[M].北京:科學(xué)出版社,2001 　　【16】王孝華, 趙中林, 等. 氣動元件及系統(tǒng)的使用與維修[M ]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1996 　　【17】蔡自興. 機(jī)器人學(xué)[M ]. 北京: 清華大學(xué)出版社,2000 　　【18】袁子榮. 液氣壓傳動與控制[M ]. 重慶大學(xué)出版社, 2002 　　【19】路甬祥. 液壓氣動技術(shù)手冊[M ]. 機(jī)械工業(yè)出版社,2002 　　【20】[美] Saeed B. 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