【正文】 )對機(jī)械手的定義 ：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手 ： 它是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。機(jī)械手 擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、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) 的 重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 氣動(dòng)機(jī)械手的簡介 氣動(dòng)技術(shù) 氣動(dòng)技術(shù) — 這個(gè)被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化之“肌肉”的傳動(dòng)與控制技術(shù)，在加工制造業(yè)領(lǐng)域越來越受到人們的重視，并獲得了廣泛應(yīng)用。 氣動(dòng)技術(shù)因具有節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單，以及防火、防爆、抗電磁干擾、抗幅射等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子、工 業(yè) 機(jī)械、食品等工業(yè)產(chǎn)業(yè)中。氣動(dòng)工業(yè)的高速增長，進(jìn)一步刺激了氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。由于電機(jī)速度高，通常須采用減速機(jī)構(gòu) (如諧波傳動(dòng)、 RV 擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺 旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等 )。 隨著氣動(dòng)技術(shù)獲得了快速發(fā)展，其利用成本性能比低廉及同時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)的氣動(dòng)設(shè)備 ，在 滿足社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐需要 的同時(shí) 也越來越多的受到重視 。二者之間的區(qū)別在于氣動(dòng)機(jī)械手發(fā)展的起點(diǎn)頗高，它強(qiáng)調(diào)模塊化的形式，把專用機(jī)械手和通用機(jī)械手結(jié)合起來。因此，氣動(dòng)機(jī)械手可以代替一些功能不理想的工業(yè)機(jī)械手的地位，在目前的工業(yè)自動(dòng)線上有著及其廣泛的應(yīng)用前景。基座的主要 任務(wù)是支撐和完成手臂回轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)部分有升降氣缸、擺動(dòng)氣缸和手部驅(qū)動(dòng)氣缸。機(jī)械手的工作流程如圖 所示。 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群結(jié)構(gòu) 本論文的控制對象是由三個(gè)機(jī)械手組成的機(jī)械手群。在每個(gè)機(jī)械手的基座和工作臺(tái)之間都有一個(gè)紅外檢測器，用于檢測 工作 臺(tái)上是否有物品。 本論文要達(dá)到的目標(biāo)是，當(dāng)系統(tǒng)工作開始時(shí)，機(jī)械手 1 首先工作，完成 8 個(gè)基本操作后（即一個(gè)循環(huán)），機(jī)械手 2 便啟動(dòng)工作，同樣完成一個(gè)循環(huán)后，機(jī)械手3 啟動(dòng)工作，這樣 3 個(gè)機(jī)械手不斷的循環(huán)工作；當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)，機(jī)械手 1 首先完成一個(gè)循環(huán)后停止，然后機(jī)械手 機(jī)械手 3 也順序依次停止工作。第 4 步是機(jī)械手夾緊物品右旋 180 度。第 8 步是機(jī)械手左旋 180 度，回到原位。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 右旋限位開關(guān) 停止按鈕 啟動(dòng)按鈕 物品檢測開關(guān) 下降限位開關(guān) 夾放檢測開關(guān) 上升限位開關(guān) 左旋限位開關(guān) P L C 上升電磁閥 夾放電磁閥 右旋電磁閥 左旋電磁閥 選擇按鈕 下降電磁閥 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) PLC 的簡介 可編程控制器的概念 可編程控制器 (Programmable Logical Controller)簡稱 PLC?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高。 維修工作量小，維修方便。目前 PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊 ，在多數(shù)情況下， PLC 把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，保持運(yùn)動(dòng)平滑。 數(shù)據(jù)控制 在機(jī) 械加工中， PLC 作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于 CNC 和 NC 系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)控制。用 PLC 實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入 /輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場 。 CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入 /輸出接口電路連接。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了 PLC 的性能，其內(nèi)容主要包括三部分。 圖 PLC的結(jié)構(gòu)框圖 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。 PLC 使用的存儲(chǔ)器類型有三種。輸入 /輸出模塊從廣義上分包含兩部分：一是與控制設(shè)備相連接的接口電路；另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 12V、 24V 等直流電源，使 PLC 能正常工作。 編程器 編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 PLC 的工作原理 PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故它的工作原理是 建立在計(jì)算機(jī)工作原理之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，但是 CPU 是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，所以它屬于串行工作方式。一般來說，掃描周期越大，表明掃描所需要的時(shí)間就越長，要求輸入信號的寬度 就 越大，控制周期 就 越長，控制速度就要降低。 ； 左旋限位開關(guān) 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 檢測 機(jī)械手 是否 左旋 轉(zhuǎn) 180176。 表 輸出 信號名稱與電氣符號表 序號 名 稱 電氣符號 1 2 機(jī)械手 1 下降電磁閥 YV1 2 機(jī)械手 1 夾放電磁閥 YV 2 3 機(jī)械手 1 上升電磁閥 YV 3 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 續(xù)表 4 機(jī)械手 1 左旋電磁閥 YV 4 5 機(jī)械手 1 右旋電磁閥 YV 5 6 機(jī)械手 2 下降電磁閥 YV 6 7 機(jī)械手 2 夾放電磁閥 YV 7 8 8 機(jī)械手 2 上升電磁閥 YV 8 9 機(jī)械手 2 左旋電磁閥 YV 9 10 機(jī)械手 2 右旋電磁閥 YV 10 11 機(jī)械手 3 下降電磁閥 YV 11 12 機(jī)械手 3 夾放電磁閥 YV 12 13 機(jī)械手 3 上升電磁閥 YV 13 14 機(jī)械手 3 左旋電磁閥 YV 14 15 機(jī)械手 3 右旋電磁閥 YV 15 PLC 的選型 目前，世界上有 200多個(gè)廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家主要有美國的 AB、通用（ GE）、日本的三菱（ MITSBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、德國的西門子（ SIMENS）、法國的 TE、韓國的三星（ SUMSUNG）、 LG 等。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡單，其速度快，具有極強(qiáng)的通信能力，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。不同的 CPU 有不同的擴(kuò)展規(guī)范，它主要受 CPU 的功能限制。 本次設(shè)計(jì)中共 27 個(gè)輸入量，共 15 個(gè)輸出量，共計(jì) 32 點(diǎn)，因此選用了 S7–200 系列 CPU224， CPU224 具有 14 點(diǎn)輸入 /10 點(diǎn)輸出， I/O 點(diǎn)數(shù)共計(jì) 24 點(diǎn)，它可以有七個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用最多的 S7– 200 產(chǎn)品。 建立輸入信號地址分配表如表 所示： 表 序號 名稱 地址 1 SB1 2 SB2 3 SB3 4 SB4 5 SB5 6 SB6 7 SB7 8 SB8 9 SB9 10 SQ1 11 SQ2 12 SQ3 13 SQ4 14 SQ5 15 SQ6 16 SQ7 17 SQ8 18 SQ9 19 SQ10 20 SQ11 21 SQ12 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 序表 22 SQ13 23 SQ14 24 SQ15 25 SQ16 26 SQ17 27 SQ18 建立輸出信號地址分配表如表 所示： 表 輸出信號地址分配表 序號 名稱 地址 1 KA1 2 KA 2 3 KA 3 4 KA 4 5 KA 5 6 KA 6 7 KA 7 8 KA 8 9 KA 9 10 KA 10 11 KA 11 12 KA 12 13 KA 13 14 KA 14 15 KA 15 建立通用輔助繼電器地址分配表如表 所示： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 表 通用輔助繼電器地址分配表 序號 名稱 地址 1 自動(dòng)方式 2 手動(dòng)方式 3 機(jī)械手 1 動(dòng)作中 4 機(jī)械手 2 動(dòng)作中 5 機(jī)械手 3 動(dòng)作中 6 系統(tǒng)停止 PLC 外部接線 本系統(tǒng)的各模塊在 I/O 鏈中的位置排列方式如圖 所示。機(jī)械手 1 右旋限位開關(guān) SQ8，機(jī)械手 2 下降限位開關(guān) SQ9，機(jī)械手 2夾緊檢測開關(guān) SQ10，機(jī)械手 2 上升限位開關(guān) SQ11，分別連接擴(kuò)展模塊 EM221(1)的 –。 EM222 外部接線如圖 所示。 圖 CPU224外部接線 總啟動(dòng)按鈕 SB1，總停止按鈕 SB2，自動(dòng) /手動(dòng)選擇按鈕 SB3，機(jī)械手 1 啟動(dòng)按鈕 SB4，機(jī)械手 1 停止按鈕 SB5，機(jī)械手 2 啟動(dòng)按鈕 SB6，機(jī)械手 2 停止按鈕SB7，工作臺(tái) A 物品檢測開關(guān) SQ1，分別連接到 CPU224 的 –。機(jī)械手 2 上升電磁閥 的中間繼電器KA8，機(jī)械手 2 左旋電磁閥 的中間繼電器 KA9，機(jī)械手 2 右旋電磁閥 的中間繼電器 KA910， 分別連接到 CPU224 的 –。 圖 梯形圖 當(dāng) =1（下降電磁閥閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉 合 ）； 且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ），則 =0（下降電磁閥斷開）并且 =1（夾放電磁閥閉 合 ）。梯形圖如圖 所示。梯形圖如圖 所示。 當(dāng) T54=1（定時(shí)時(shí)間到）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ）； =0（下降電磁閥斷開），則 =1（上升電磁閥閉 合 ）。 圖 當(dāng) =1（右旋電磁閥閉 合 ）；且 =1（上升限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉合），則 =0（右旋電磁閥斷開）并且 =0（ 輔助繼電器 ）。 圖 當(dāng) =1（下降電磁閥閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ），則 =0（下降電磁閥斷開）并且 =1（夾放電磁閥閉 合 ）。梯形圖如圖 所示。梯形圖如圖 所示。 T56=1（定時(shí)時(shí)間到）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ）； =0（下降電磁閥斷開），則 =1（上升電磁閥閉 合 ）。 圖 當(dāng) =1（右旋電磁閥閉 合 ）；且 =1（上升限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉合），則 =0（右旋電磁閥斷開）并且 =0（ 輔助繼電器 ）。 圖 當(dāng) =1（下降電磁閥閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ），則 =0（下降電磁閥斷開）并且 =1（夾放電磁閥閉 合 ）。梯形圖如圖 所示。梯形圖如圖 所示。 當(dāng) T58=1（定時(shí)時(shí)間到）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ）； =0（下降電磁閥斷開。梯形圖如圖 所示。梯形圖如圖 所示。 圖 當(dāng) =1（夾放電磁閥閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ）； =0（上升電磁閥斷開），則定時(shí)器 T57 啟動(dòng)定時(shí)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 機(jī)械手 3 控制程序 當(dāng) =1（上升限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =0（上升電磁閥斷開）：且 =0（左旋電磁閥斷開），則 =1（下降電磁閥閉合 ）；并且 =1（ 輔助繼電器 ）。 圖 當(dāng) =1（上升電磁閥閉 合 ）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉 合 ）； =1（上升限位開關(guān)閉 合 ），則 =0（上升電磁閥斷開），并且 =0（左旋電磁閥斷開），則 =1（右旋電磁閥閉 合 ）。梯形圖如圖 所示。梯形圖如圖 所示。 圖 當(dāng) =1（夾放電磁閥閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開關(guān)閉 合 ）； =0（上升電磁閥斷開），則定時(shí)器 T55 啟動(dòng)定時(shí)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 機(jī)械手 2 控制程序 當(dāng) =1（上升限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉 合 ）；且 =0（上升電磁閥斷開）：且 =0（左旋電磁閥斷開），則 =1（下降電磁閥閉合 ）；并且 =1（