數(shù)控機床上下料機械手

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1、畢 業(yè) 設 計 正 文 第27頁 摘 要 本文是設計數(shù)控機床上下料機械手，通過查閱相關資料以及對本專業(yè)知識的學習和應用，對工業(yè)機械手各部分機械結構和功能的論述和分析，設計了一種數(shù)控機床上下料機械手。針對機械手的腰座、手臂、手爪等各部分機械結構以及機械手控制系統(tǒng)進行了設計。具體進行了機械手的總體設計，機械手手臂結構的設計，機械手腕部的結構設計，末端執(zhí)行器（手爪）的結構設計，機械手的機械傳動機構的設計，機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計。同時對液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了理論分析和計算?；赑LC對機械手的控制系統(tǒng)進行了設計，基本達到了預期的設計目的

2、 關鍵詞:機械手； PLC；液壓伺服定位；電液系統(tǒng) 哈爾濱職業(yè)技術學院印制 目 錄 緒 論 1 一、機械手的發(fā)展概況 2 （一）工業(yè)機械手的國內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 2 （二）PLC控制技術在國內(nèi)外的發(fā)展概況 3 （三）課題的提出及主要任務 5 （四）機械手在數(shù)控機床的應用 6 二、機械手的總體設計方案 7 （一）上下料機械手的工作原理 7 （二）機械手的組成 7 三、機械手執(zhí)行機構的設計 11 （一）機械手的運動概述 11 （二）執(zhí)行機構主要部分的設計 11 （三）手臂結構的設計 12 （四）執(zhí)行機構的工作流程 13 四

3、、機械手的驅(qū)動系統(tǒng)設計 15 （一）機械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設計 15 （二）氣動元件選取及工作原理 16 五、機械手控制系統(tǒng)的設計 18 （一）控制系統(tǒng)的性能要求 18 （二）控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理設計 18 （三）PLC 程序設計 23 結 論 27 參考文獻 28 致 謝 29 緒 論 工業(yè)機器人由操作機、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、課重復編程/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

4、動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 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、抵壓、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地引用 一、機械手的發(fā)展概況 （一）工業(yè)機械手的國內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 機械手最早應用在汽

5、車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可以代替人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應用領域日益擴大。 目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB及奧地利的工GM公司。 我國機械

6、手起步于20世紀70年代初期，經(jīng)過30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的應用化期。在我國，機械手市場份額大部分被國外機械手企業(yè)占據(jù)著。在國際強手面前，國內(nèi)的機械手企業(yè)面臨著相當大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府無比會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給機械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。 隨著機械手發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的提高，機械手已在眾多領域得到了應用。從傳統(tǒng)的汽車制造領域向非制造領域延伸。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系

7、統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務等領域機械手的應用也越來越多。 在未來幾年，傳感技術，激光技術，工程網(wǎng)絡技術將會被廣泛應用在機械手工作領域，這些技術會是機械手的應用更為高效，高質(zhì)，運行成本低。據(jù)猜測，今后機器人將在醫(yī)療、保健、生物技術和產(chǎn)業(yè)、教育、救災、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領域得到應用。 目前，我國工業(yè)機械手的發(fā)展主要是逐步擴大其應用范圍在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，研制出示教式機械手，計算機控制機械手和組合式機械手等將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構、設計成典型的通用機構，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，

8、選用不同的典型機構，組裝成各種用途的機械手，既便于設計制造，又便于更換工件，擴大應用范圍。 （二）PLC控制技術在國內(nèi)外的發(fā)展概況 自二十世界六十年代美國推出可編程邏輯控制器PLC取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交

9、通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)、 同時，計算機監(jiān)控系統(tǒng)是采用集中監(jiān)測、集中控制、集中顯示、集中管理、集中保存的系統(tǒng)， 融合了較先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、故障診斷技術和軟件技術，廣泛地應用在化工、供暖、機械、供水、水處理等多個領域。在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越顯著的作用。 可編程控制器的發(fā)展也電視更加適用于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型集合超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前，可編程

10、控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進、應用、腰肢和生產(chǎn)時伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。可以預期，隨著我國現(xiàn)代化的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的告訴發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。特別在那

11、些對實時性要求高，對成本努不發(fā)表，對尺寸敏感的場合，嵌入式PLC大有可為。PLC控制在國內(nèi)將會有一個廣闊的發(fā)展前景、 隨著PLC技術的推廣和應用，PLC將向兩個方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。 PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC向多功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡化發(fā)展，使之能與計算機組成集成按制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合的自動控制。 PLC向小型化方向發(fā)展，主要變現(xiàn)在下列幾個方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎上，產(chǎn)品的體積越來越小，功能越來越強；應用的專業(yè)性，使得控制質(zhì)量大大提高。 另外，PKC

12、在軟件方面也將有較大的發(fā)展。系統(tǒng)的開放使第三方的軟件能方便的在符合開放系統(tǒng)標準的PLC上得到移植。除了采用標準化的硬件外，采用標準化的軟件也能大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期；同時，標準化的軟件由于經(jīng)受了實際應用的考驗，它的可靠性也明顯提高。 總之，PLC的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、容量大、體積小、成本低、通信聯(lián)網(wǎng)功能強。 （三）課題的提出及主要任務 1.課題的提出 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，注塑及其的生產(chǎn)過程中，往往工件、材料的上下要人工完成，既費時

13、又費力，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。 2.課題的主要任務 本課題將要完成的主要任務如下：機械手為上下料機械手 設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括：手部、手臂等部件的設計。手部設計成夾持式手指來抓取工件，為了使通用性更強，手部設計成可更換結構，不僅可以應用于夾持式手指來抓取棒料工件。 （1）氣壓傳動系統(tǒng)的設計，本課題將設計出機械手的氣壓傳動系統(tǒng)，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設計，并繪出氣動原理圖。 （2）人機交互界面的設計 （3）機械手的控制系統(tǒng)的設計，本機械手擬采用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織出PLC程序

14、。 （四）機械手在數(shù)控機床的應用 因現(xiàn)在科技的發(fā)展和進步，許多的危險性和有害性的工作都由機器人取代了人工。所以機械手的誕生受到了市場很大的需求，機械手在各類機床上的應用廣泛?？梢杂糜趭A持工件，搬運運輸?shù)裙ぷ鳌? 二、機械手的總體設計方案 對氣動機械手的基本要求是能快速、準確的搬運工見，這就要求他們具有高精度、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以及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)功能要求和環(huán)境條件。 本次設計的機械手是專用氣動上下料機械手，專用機械手具

15、有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點。 （一）上下料機械手的工作原理 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。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動方式，來實現(xiàn)執(zhí)行機構的相應部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。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。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置相比較，然后通過系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的要求達到設定位置。 （二）機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構、控制系統(tǒng)以

16、及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如圖2-1所示。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 被抓取工件 位置檢測裝置 圖2-1 1.執(zhí)行機構 包括手部、手臂和立柱、機座等不件，有的還增設行走機構。 （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。而在本課題中則選用夾持式手部結構。夾持式手部由手爪和傳力機構所構成。手爪是與物件直接接觸的構件，常用的手爪運動形式有回轉型和平移型?；剞D型手爪結構相對簡單，制造也比較容易，故應用廣泛。平移型應用的比較少，其原因是平移型手爪結構相對復雜，但平移型手爪夾持圓形工件時，工件直徑變化不影響其軸心位置，

17、因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手爪結構取決于被抓物件表面的形狀、被抓部位和物件的重量及尺寸。 而傳力機構則通過手爪產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。 （2）手臂 手臂是支撐被抓物件、手爪、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。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件與驅(qū)動源相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 （3）立柱 立柱是支撐手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降運動均與立柱有緊密的聯(lián)系。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，被稱為可移式立柱。 （4）機座 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

18、系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。 2.驅(qū)動系統(tǒng) 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。 3.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(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)和電氣定位系統(tǒng)組成。該機械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，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，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手進行監(jiān)視，當動作錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警。 4.位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨

19、時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(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)行機構以一定的精度達到設定位置。 三、機械手執(zhí)行機構的設計 （一）機械手的運動概述 機械手的運動，可從該機械手的自由度，工作空間和機械結構類型等三方面來討論。 圖 3-1 機械手的機構簡圖 所謂機械手的運動自由度是指確定一個機械手操作位置時所需要的獨立運動參數(shù)的 數(shù)目，它是表示機械手動作靈活程度的參數(shù)。 本設計的機械手具有轉動副和移動副兩種運動副，具有手臂伸降，旋轉，前后往復三 自由度,如圖 3-1 所示。 圖3-1 （二）執(zhí)行機構主要部分的設計 1. 手部的設計

20、 手部就是用來握持工件或工具的部分。由于被握持的工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì) 及表面狀態(tài)的不同，手部機構也是多種多樣。本次設計是采用夾持式。 夾持式手部的結構與人手類似，是工業(yè)機械廣泛應用的一種手部形式。它主要由手指、 傳動機構、驅(qū)動機構組成。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式，區(qū)別在于夾持工件 的部位不同，手爪動作方向相反。 夾持式手部設計時應注意以下事項： 1、手指應有一定的開閉范圍。 2、手指應具有適當?shù)膴A緊力。 3、要保證工件在手指內(nèi)的定位精度。 4、結構緊湊，重量輕，效率高。 5、通用性和可換性。 （三）手臂結構的設計 手臂是機械手的主要部分，是支撐手腕、

21、手指和工件并使它們運動的機構。手臂一般 有三個運動—伸縮、旋轉和升降。手臂的基本動作是將手部移動到所需的位置和承受抓取 工件的大重量，以及手臂本身的重量。 1、 手臂的組成 (1)動作元件，如油缸、汽缸、齒條、凸輪等是驅(qū)動手臂運動的部件。 (2)導向裝置，是保證手臂的正確方向及承受由工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉力矩。 (3)手臂，起著連接和承受外力的作用。 2、手臂設計的要求： (1)手臂承載能力大、剛性好、自重輕。 (2)手臂的運動速度要適當，慣性要小。 (3)手臂的動作要靈活。 (4)位置精度要高。 (5)通用性要強。 （四）執(zhí)行機構的工作流程

22、 機械手的結構主要由機座、立柱、手臂、電磁閥和夾緊手指等組成。其中機座采用擺 動氣缸進行驅(qū)動，手臂及夾持采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動。機械手的動作基本有伸縮、 升降、左右旋轉、夾物和放物等動作。其工作流程如圖3-2所示。其動作順序為：初始位 置 → 左旋 → 前伸 → 下降 → 夾緊物料→上升 →收縮→右旋 →下降→放物料 →上 升→回到初始位置。機械手的動作在整個過程中都是連續(xù)可循環(huán)的。 圖3-2 四、機械手的驅(qū)動系統(tǒng)設計 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。機械手的驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)動力源的 不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前

23、采用的主要 有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動方式。 （一）機械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設計 根據(jù)上下料機械手的要求，在驅(qū)動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有兩種： （1）直線運動 （缸體固定，活塞桿運動）； （2）擺動（缸體固定）。 圖 4-1 為機械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作 原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機通過快換接頭進入儲氣 罐，經(jīng)空氣過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。 圖4-1 氣動系統(tǒng)包括三個三位四通電磁換向閥、兩個氣缸、三個調(diào)速閥、六個單向調(diào)速閥、 消聲器（若干）等。圖中的調(diào)速閥控制氣缸伸長和縮短、夾緊、擺動過程中的速度，防止 速度過大對物料及機械手臂

24、的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向。 （二）氣動元件選取及工作原理 氣壓驅(qū)動是利用壓縮氣體的壓力能來實現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣， 也包括燃氣和蒸汽。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由以下四部分組成：氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件。 五、機械手控制系統(tǒng)的設計 機械手控制系統(tǒng)的設計是整個機械手設計的關鍵和核心。它在結構和功能上的合理劃 分與巧妙實現(xiàn)，對提高機械手整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成 本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前機械手廣泛采用的控制器結構及 PLC 的發(fā)展之后，提出了采用 PLC 的控制方法。 （一）控制系統(tǒng)的性

25、能要求 對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求： (1)穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復到原平 衡點狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化 控制系統(tǒng)中的一個基本問題。 (2)過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系 統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新 的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸 出量之差?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高

26、。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系 統(tǒng)性能好壞的一項重要指標，控制系統(tǒng)設計的任務之一就是在兼顧其他性能指標的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。 （二）控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理設計 1. PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 設計任何一個PLC控制系統(tǒng)，如同設計任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過控制被控對象（生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程）來實現(xiàn)工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時應遵循以下基本原則。 （1）PLC 控制系統(tǒng)控制被控對象大限度地滿足工藝要求。設計前，應深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜索資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配

27、合，共同擬訂控制方案，協(xié)同解決設計中出現(xiàn)的各種問題。 （2）在滿足工藝要求的前提下，力求使 PLC 控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。 （3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在配置 PLC 硬件設備時應適當留有一定的裕量。 2. I/O點數(shù)分配 根據(jù)機械手動作流程分析及 I/O 點數(shù)確定，可以確定電氣控制系統(tǒng)的 I/O 點分配，如 表 5-1、表 5-2 所示： 圖5-1 圖5-2 3. PLC外部接線圖 根據(jù)表 5-1、5-2分配輸入/輸出信號與 PLC 輸入/輸出接口分配情況及所選定PLC， 得到 PLC 的外部接線圖如圖

28、 5-3： 圖5-3 4. 機械手控制原理 在 PLC 的控制下，執(zhí)行機構可實現(xiàn)手動、自動等多種工作方式。手動：利用按鈕對機械手每一動作手動進行控制，可實現(xiàn)上升、下降、前伸、縮回、正轉、反轉、夾物、放物等操作； 自動：按下循環(huán)按鈕后機械手從原點位置開始連續(xù)不斷的執(zhí)行上下料的各步。 按下啟動按鈕 SB1，系統(tǒng)初始化→擺動氣缸左旋→水平手臂伸出→垂直手臂下降→吸 物→垂直手臂上升→水平手臂縮回→擺動氣缸右旋→垂直手臂下降→放物→垂直手臂上升→回初始位置。 (1)系統(tǒng)程序的初始化 按下啟動按鈕 SB1，對控制系統(tǒng)進行功能檢測，檢測正確后，進入控制系統(tǒng)的軟件，開始運行

29、程序。 (2)擺動氣缸左旋 初始化程序正常運行后，PLC 的輸入端 X000 接通輸入，輸出端 Y000 出，右旋按鈕 SB7 通，使三位四通電磁換向閥 5YA 得電，擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。 (3)水平手臂的伸出 擺動氣缸右旋到指定位置時（90 度），PLC 輸入端 X004 接通輸入，輸出端 Y003 輸出，手臂前伸按鈕SB9接通，使三位四通電磁換向閥 1YA 得電，執(zhí)行手臂前伸動作。 (4)垂直手臂的下降 手臂前伸到指定位置，PLC 輸入端 X010 接通輸入，輸出端 Y005 輸出，手臂下降按鈕 SB6 接通，使三位四通電磁換向閥 3Y

30、A 得電，執(zhí)行垂直手臂的下降動作。 (5)夾物 小臂下降到指定位置，PLC 輸入端 X006 接通輸入，輸出端 Y006 輸出，夾緊按鈕 SB11 接通，三位四通電磁閥 7YA 得電，將物料夾緊。 (6)垂直手臂的上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)被夾緊時，輸出端 Y004 輸出，手臂上升按鈕 SB5 接通，使三位四通電磁閥 4YA 得電，執(zhí)行垂直手臂的上升動作。 (7)水平手臂的回縮 手臂上升到指定位置，PLC 輸入端 X005 接通輸入，輸出端 Y002 輸出，水平縮回按鈕 SB10 接通，使三位四通電磁換向閥 2YA 得電，執(zhí)行水平手臂回縮動

31、作。 (8)擺動氣缸右旋 水平手臂回縮到指定的位置，PLC 輸入端 X007 接通輸入，輸出端 Y001 出，左旋按 鈕 SB8 通，三位四通電磁閥 6YA 得電，執(zhí)行擺動氣缸的向左旋轉。 (9)垂直手臂的下降 擺動氣缸向左旋轉到指定位置（90 度），PLC 輸入端 X003 接通輸入，輸出端 Y005 輸出，垂直手臂下降按鈕 SB6 接通，使三位四通電磁閥 3YA 得電，執(zhí)行手臂的下降運動。 (10)松開 手臂下降到指定位置，PLC 輸入端 X006 接通輸入，輸出端 Y007 輸出，松開按鈕 SB12 接通，將物料松開。 (11)手臂上

32、升 傳感器檢測到物料已經(jīng)放開，輸出端 Y004 輸出，手臂上升按鈕 SB5 接通，使三位四通電磁換向閥 2YA 得電，執(zhí)行手臂上升動作。 (12)回到初始位置 手臂上升到指定位置，PLC 輸入端 X005 接通輸入，自動重復以上動作。 （三）PLC 程序設計 機械手控制系統(tǒng)軟件設計的程序總體結構如圖 4-3，分為初始化程序、自動程序、手動程序和回原位程序等四部分。其中自動程序包括單步、連續(xù)運動程序，因它們的工作順 序相同所以可將它們和編在一起。 設備有“手動/自動”兩種工作方式，其控制程序可分為自動控制程

33、序和手動控制程序兩個模塊，各模塊程序分開編寫，結構清晰，便于調(diào)試和修改。當操作方式選擇開關置于“手動”時，輸入點 X012 接通，執(zhí)行手動程序；當操作方式選擇開關置于“自動”時，輸入 點 X013 接通，執(zhí)行自動程序。 1.人初始化及報警程序 該部分的程序主要是將機械手的位置調(diào)整到用戶設定的狀態(tài)。在控制系統(tǒng)將機械手不 工作并處于原點位置設定為初始狀態(tài)，此外，如果出現(xiàn)超出設定的界線，系統(tǒng)會報警。 2.回原點程序 回原點方式使用的順序控制設計法，功能圖如圖 5-4 所示，S1 是回原點的初始狀。用 S10-S12 作為零操作元件。應注意。當用 S10-S12 作回零操作時，在后狀態(tài)在

34、自我復位前應該使特殊繼電器M8043 置1。 圖5-4 3.手動控制程序 當轉換開關選擇了“手動運行”狀態(tài)，PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行手動狀態(tài)，用各自的按鈕使各個負載單獨接通或斷開的方式。手動操作主要用于檢修調(diào)整，通過按鈕對機械手的每一步動作進行單獨控制。手動控制程序用于實現(xiàn)機械手升降、伸縮、左右旋轉、夾緊/松開及復位的運動。在自動工作過程中，若將“手動/自動”轉換開關打到“手動”位置時，輸入 X012 接通系統(tǒng)進入手動控制方式狀態(tài)。此時，按下相應的受動按鈕可實現(xiàn)手動上升、下降、左 旋、右旋、伸出、縮回、夾緊、松開及復位動作， 4.自動控制程序 分析知，在“自動”工作方式下，本機

35、械手的運動是以開關量作為轉移信號，按所設計的工藝流程一步一步地進行工作，其控制過程為順序循環(huán)控制。當機械手完成一次物料的吸放任務后返回原位為下一個任務做好準備。 圖5-5 結 論 本次畢業(yè)設計是在學完大學的基礎知識和專業(yè)知識，旨在培養(yǎng)我們綜合運用所學的基礎知識、專業(yè)知識去分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力及培養(yǎng)正確的設計思想，并通過運用 設計標準、規(guī)范、手冊、圖冊、和查閱有關技術資料去進行理論計算、結構思考、繪制圖 樣、寫相關說明性材料，培養(yǎng)我們機械設計的基本技能和工程設計工作者的基本素質(zhì)，為 我們走上工作崗位打下堅實的基礎。本論文的設計主要有幾個方面： 首先，對上下料機械手的

36、結構形式、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進行了較為全 面的分析，后得出其總體設計方案。其次，根據(jù)設計內(nèi)容和需求設計了機械手的結構。機械手的控制系統(tǒng)采用了技術性、可靠性非常高的 PLC 進行控制。這使得機械設備更加靈活，動作準確，易于維護，勞動生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。 畢業(yè)設計是短暫和辛苦的，但是我學到的東西是寶貴的，讓我學到了在課堂上難以學到的知識和能力，而這將是我一生中永遠珍貴的財富。由于作者經(jīng)驗缺乏、時間有限，在本論文中難免存在不足之處，希一望各位老師給予批評與指正。 參考文獻 [1] 鐘肇新.可編程控制器原理及應用

37、[M].第 4 版.廣州：華南理工大學出版社，2008：84-85 [2] 吳旭朝.工業(yè)機械手設計基礎[M].第 4 版，北京:機械工業(yè)出版社，1979：66-69 [3] 郭洪紅.工業(yè)機器人運用技術[M].北京，科學出版社，2008，07 [4] 張建民.工業(yè)機器人[M].第 1 版.北京:北京理工大學出版社，1988 [5] 張鐵，謝存禧.機器人學［M］.廣州：華南理工大學出版社，2001：115～138. [6] 孟繁華.機器人應用技術[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989：71-73 [7] 孫恒,陳作模.機械原理[M]. 北京:高等教育出

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