【正文】 ........................................................................ 28 ........................................................................................... 29 .................................................................................... 29 第 五 章 PLC 控制回路的設計 ..................................................................... 31 ............................................................ 31 電氣控制原理圖 ............................................................................................................. 32 PLC內(nèi)部等效繼電器對照表 ........................................ 35 PLC與現(xiàn)場器件的實際連接圖 ................................................ 36 .................................................................... 37 指令程序 ........................................................................................................................ 38 結(jié)束語 ………………………………………………………………………… .42 參考文獻 ……………………………………………………………………… .43 4 平衡臂機械手的設計之 PLC 邏輯順序控制和液壓系統(tǒng)設計 摘要： 本次設計的液壓傳動機械手根據(jù)規(guī)定的動作順序，綜合運用所學的基本理論、基本知識和相關的 機械設計專業(yè)知識，完成對機械手的設計，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、 PLC 控制系統(tǒng)原理圖。如古希臘神話《阿魯哥探險船》中的青銅巨人泰洛斯（ Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時刻激勵著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實，早在兩千年前就 開始出現(xiàn)了自動木人和一些簡單的機械偶人。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。 （ 2）．機械結(jié)構向模塊化、可重構化發(fā)展。 （ 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。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。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋 開發(fā)、核能利用等新興領域的發(fā)展做出卓越的貢獻。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、?；O計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。 工業(yè)機械手 工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，并已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。因而，受到各先進工業(yè)國家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應用。第一類是不需要人工操作的通用機械手。第二類是需要人工操作的，稱為操作機。這種機械手在國外稱為 Mechanical Hand，它是為主機服務的，有主機驅(qū)動；除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上又試制一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。 到目前為止，日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快，應用最多的國家。 第三代機械手（機器人）則能獨立地完成工作過程中的任務。為了實現(xiàn)高效率和工作 安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更加需要采用機械手操作 冷加工方面 冷加工方面機械手主要采用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除 石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。應 3K和汽車、建筑、橋梁等 行業(yè)的需求，超大型機器人應運而生。采用基于 PC的開放結(jié)構的控制系統(tǒng)已成為一股潮流。 應用 智能化的傳感器 裝有視覺傳感器的機器人數(shù)量呈上升趨勢，不少機器人裝有兩 9 種以上傳感器，有些機器人留了多種機器人接口。 網(wǎng)絡通訊方式 大部分機器人采用了 Ether 網(wǎng)絡通訊方式，占總量的 %，其他采用RS232, RA422, RS485 等通訊接口。百臺以上的機器人群與微機及周邊設備和操作人員形成一個大群體。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，約占全球己安裝臺數(shù)的萬分之四。其中最為突出的是水下機器人技術居世界領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控 10 制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲 覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、俯仰等機構，以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。 機械手的組成和分類 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。 （ 2）手臂 手臂有無關節(jié)臂和有關節(jié)臂之分。 （ 3）軀干 軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機構的支 架。它的優(yōu)點是壓力高、體積小，出力大，動作平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是出力小，體積大。電氣驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單；維護、使用方便。 三、控 制 系 統(tǒng) 機械手控制的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度和加減速度等。 程序的存儲方式分為分離存儲和集中存儲兩種。它一般只能完成一、二種特定的作業(yè)。它能對不同物件完成多種動作，具有相當?shù)耐ㄓ眯浴? 二、按控制型式分類 點位控制型機械手的運動詭計是空間二個點之間的連接。 這種機械手的運動軌跡是空間的任意連續(xù)曲線，它能在三維空間中作極其復雜 12 的動作。 最大活動半徑 2m 最大活動高度 2m 回轉(zhuǎn) 活動范圍 0176。 工作量要求：〈 1〉整套機械手圖紙（含外構件、標準件匯總）（含電器圖、 PLC圖） 〈 2〉使用說明書 〈 3〉設計說明書 〈 4〉英文翻譯成漢文（ 5000 字） 重點研究的問題 ： 機械、機構、機電一體化功能零部件；機械手、機械夾持、運動傳遞和動力傳送。在外型上，我們要解決的問題主要是我們設計出來的實體要和實物相同或相近。整體要整齊美觀。下面按機械手所具有的主運動和輔助運動來分析其自由度。得知我們改造的機械手包括了大臂的回轉(zhuǎn)和升降兩個運動，而將要設計的手腕的自由度僅僅是為了配合手臂完成工件的預定裝卸方位要求加以增 設的，故只算成兩個自由度。 坐標形式 如一圖所示的機械手，其手臂的運動由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)所組成，即沿 X軸的伸縮，沿 Z 軸的升降和繞 Z 軸的回轉(zhuǎn)。為一個七桿二自由度機械手。則 Ae 長度等于 250 0sin30? =125mm， bf 長度也為 125mm， bC 長度等于BC 0sin30? =250 0sin30? =125mm， cc 產(chǎn)度等于 bcbC=250125=125mm， Bb 長度等于BC 0sin60? =250 32? =216mm，所以確定 Aa 等于 Ae+bf+Bb=125+125+216=466mm。 液壓機械手液壓系統(tǒng)的工作原理 此機械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。手臂做各種運動的速度決定于流入密封油缸中的油掖的容積的多少。 2. 液動機 壓力油驅(qū)動運動部分對外工作的部分。 4． 輔助裝置 如油箱、濾油器、蓄能器、管路和管接頭以及壓力表等。 2. 液壓傳動滯后現(xiàn)象小，反應較靈敏，傳動平穩(wěn) 與空氣相比，油液的壓縮性極小，所以傳動的滯后現(xiàn)象小，傳動平穩(wěn)。若采用電液伺服系統(tǒng)控制，不僅定位精度高，而且可連續(xù)任意定位，適用于高速、重負荷的通用機械手。另外在高溫田間下工作時，必須注意油液著火等危險。平衡臂機械手工作時要一個穩(wěn)定的基礎且不需移動，所以該地基設計為嵌入水泥地里，這樣的平衡性和穩(wěn)定性好。本人設計的機械手，在空間的運動位置是不定的，則在橫向伸縮的 導桿中加入一個伸縮油缸，用來精確控制工件被夾取后在空間中的運動位置。當油缸停止運動時，二位四通電磁閥 PT 相連，使油泵輸出油液經(jīng)二位四通閥流回油箱，油泵 20 卸荷。 在機械手液壓 系統(tǒng)中，為了防止垂直機構因為自重和工件的重量而任意下降，可采用平衡回路將垂直機構的輜重給以平衡。 （ 2）速度控制回路 液壓機械手隔閡總運動速度的控制，主要是改變進入油缸或油馬達的流量 Q。而且采用節(jié)流閥進行節(jié)流調(diào)速了，負荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。為了使油缸盡可能近于同步，除了提高油缸尺寸的精度外，還可采用并聯(lián)調(diào)速同步回路。 直流電磁鐵換向沖擊小，壽命長，允許換向頻率高，不會因過載而燒壞，工作可靠，但是啟動動力小，換向時間長，需要整流設備，費用大。油泵向系統(tǒng)提供高壓油液，以驅(qū)動油缸運動而做功。在停機時，單向閥把系統(tǒng)和油泵隔離，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動的平穩(wěn)性。 （ 2）大臂伸縮油缸 由前面計算選擇雙作用單活塞桿活塞式液壓缸，額定壓力是 25Mpa，活塞桿外徑是 60mm，缸筒內(nèi)徑為 80mm，行程是 500 mm。 電 磁 鐵 動 作 23 大臂上雙作用單活塞桿式油缸的流量計算及 驅(qū)動泵的要求 （一） 油缸的流量的計算 因為活塞兩端的有效工作面積不相等，所以兩邊的流量和速度、驅(qū)動力之間的關系式不一樣。 當壓力油液進入無桿腔的時候，活塞以速度 1? 運動，此時所需輸入油缸的流量Q1 為： Q1 = 2140D? ?= 23 .1 4 1 .4 5 6 04 1 0 0 0? ? ? ?? 升 /分 當壓力油液進入有桿腔的時候，活塞以速度 1? 運動，此時所需輸入油缸的流量Q2 為： Q2 = 222()40 Dd? ?? 式中 d—— 活塞桿直徑（厘米）； Q2 —— 輸入有桿腔的流量（升 /分）； 2? —— 活塞的移動速度（米 /分）。 （二）確定油泵的功率 N= 0612pQ?泵 kW 式中 p泵 為油泵的最大工作壓力 （公斤 /厘米 2 ） Q0 是所選油泵的額定流量 （升 /分） ? 為油泵的總效率可取 ? = 算得 N= （三）選擇驅(qū)動電機 根據(jù)驅(qū)動油泵的功率 N= 選擇電機： 電動機型號為 Y100L2— 4，此電動機的基本技術參數(shù)為 額定功率為 3kW,轉(zhuǎn)速為1420r/min?？紤]部件之間的相對運動，選用橡膠軟管，由于該液壓系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，所以采用鋼絲編織液壓膠管，查手冊，選用鋼絲編織液壓膠管，內(nèi)徑 10mm ,選用Ⅰ型號。 29 （三）油箱的選擇及相關計算 按使用情況確定油箱的容積 V=α q V油箱的有效容積（ m3） α 經(jīng)驗系數(shù)，該系統(tǒng)取 4 q液壓泵的流量（ m3/min） 從而計算得 V= m3 由于該油箱采用自然冷卻，故油面水平只能達到油箱高度的 80%，考慮到散熱情況，所以最終選擇油箱為：公稱容量 100 升，外形尺寸為 460， 360， 633， 393， 430，近似油液深度 350，固定孔直徑 14，最小壁厚 3. （四）過濾器的選用 1．油箱呼吸孔應安裝空氣過濾器，進入油箱的空氣都必須經(jīng)過過濾，要保證油箱是完全密閉的，所有交換空氣都只經(jīng)過一個通氣口，該通氣口上必須安裝空氣過濾器。按照操作執(zhí)行元件的液壓控制裝置的安裝位置及液壓站的功能，可以把液壓站分為動力型和復合型液壓站倆鐘結(jié)構類型。這樣安裝占地面積小，結(jié)構緊湊，噪聲低并且便于收集漏油。 本設計油路塊的材料選擇為 HT200,厚度大于 30mm，最大邊長小于 400 mm. 由于本設計所需要集成的 閥較多，以及管道交叉比較多，所以采用整體式油路板。 各油路板的裝配圖： 油路板 1： 31 油路