【正文】 體積比高、無(wú)污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，表 給出了各種控制方式的比較 。采集感知信號(hào)及控制信號(hào)均由智能閥島來(lái)處理，氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)代替了伺服電機(jī) 、 步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服系統(tǒng) ；氣缸、擺動(dòng)馬達(dá)完成原來(lái)由液壓缸或機(jī)械所作的執(zhí)行動(dòng)作 ； 主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系 列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。目前，氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展呈現(xiàn)出了以下趨勢(shì) ： 結(jié)構(gòu)模塊化 控制智能化 感覺(jué) 功能變強(qiáng) 系統(tǒng)應(yīng)用與集成化 可靠性越來(lái)越高 易操作更靈活 向微型化方向發(fā)展 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 方案論證 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 機(jī)械手的種類很多，但按手臂坐標(biāo)類型來(lái)分主要有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、 SCARA型。 圖 機(jī)械手原理圖 本機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)。 這個(gè)機(jī)械手具有二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，用于將 原 工作臺(tái)上的物品搬到其左側(cè)工作臺(tái)上。 轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)擺動(dòng)氣缸、軸向止推軸承、擺動(dòng)臂及擺動(dòng)位置微動(dòng)開(kāi)關(guān)協(xié)調(diào)完成， 轉(zhuǎn)動(dòng) 工作行程為 0~180176。 圖 開(kāi)始 下降 抓緊 上升 左旋 下降 放松 上升 右旋 結(jié)束 原位 機(jī)械手 1 機(jī)械手 2 機(jī)械手 3 工作臺(tái) A 工作臺(tái) B 工作臺(tái) C 紅外檢測(cè) 紅外檢測(cè) 紅外檢測(cè) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 三個(gè)機(jī)械手、三個(gè)工作臺(tái)和三個(gè)紅外檢測(cè)器固定在一個(gè)大型的基座上。 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群工作原理 當(dāng)系統(tǒng)工作開(kāi)始時(shí)，工作臺(tái) A上有物品時(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)），把物品放在工作臺(tái) B 上，機(jī)械手 2 便啟動(dòng)工作，同樣完成一個(gè)循環(huán)后，把物品放在工作臺(tái) C上，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 2步是機(jī)械手在最低位抓緊物品。第 6步是在最低位時(shí)松開(kāi)物品。 本系統(tǒng)的 輸入 開(kāi)關(guān)量為數(shù)字信號(hào)，直接連接 PLC， PLC通過(guò)中間繼電器對(duì)電磁閥加以控制。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)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)算等操作的指令。 PLC 一 經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。 PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。 PID 模塊提供了使 PLC 具有了閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過(guò)程控制。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器包括用來(lái)存放由 PLC生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改。第二部分為用戶指令解釋程序。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來(lái)存放（記憶）用戶程序中所使用器件 ON/OFF 狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。 輸入 /輸出模塊 輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊簡(jiǎn)稱為 I/O 模塊。輸出模塊用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到 PLC外部，輸出模塊具有隔離 PLC 內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人 – 機(jī)”或“機(jī) – 機(jī)”之間的對(duì)話， PLC 配有多種通信接口。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言助記符（語(yǔ)句表）后，才能輸入。 概括而言， PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。第一部分為上電處理，第二部分是掃描過(guò)程，第三部分是出錯(cuò)處理。 表 輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 序號(hào) 名稱 電氣符號(hào) 1 總啟動(dòng)按鈕 SB1 2 總停止按鈕 SB2 3 自動(dòng) /手動(dòng)選擇按鈕 SB3 4 機(jī)械手 1 啟動(dòng)按鈕 SB4 5 機(jī)械手 1 停止按鈕 SB5 6 機(jī)械手 2 啟動(dòng)按鈕 SB6 7 機(jī)械手 2 停止按鈕 SB7 8 機(jī)械手 3 啟動(dòng)按鈕 SB8 9 機(jī)械手 3 停止按鈕 SB9 10 工作臺(tái) A物品檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ1 11 工作臺(tái) B 物品檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ2 12 工作臺(tái) C 物品檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ3 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 續(xù)表 13 機(jī)械手 1 下降限位開(kāi)關(guān) SQ4 14 機(jī)械手 1 夾緊檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ5 15 機(jī)械手 1 上升限位開(kāi)關(guān) SQ6 16 機(jī)械手 1 左旋限位開(kāi)關(guān) SQ7 17 機(jī)械手 1 右旋限位開(kāi)關(guān) SQ8 18 機(jī)械手 2 下降限位開(kāi)關(guān) SQ9 19 機(jī)械手 2 夾緊檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ10 20 機(jī)械手 2 上升限位開(kāi)關(guān) SQ11 21 機(jī)械手 2 左旋限位開(kāi)關(guān) SQ12 22 機(jī)械手 2 右旋限位開(kāi)關(guān) SQ13 23 機(jī)械手 3 下降限位開(kāi)關(guān) SQ14 24 機(jī)械手 3 夾緊檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ15 25 機(jī)械手 3 上升限位開(kāi)關(guān) SQ16 26 機(jī)械手 3 左旋限位開(kāi)關(guān) SQ17 27 機(jī)械手 3 右旋限位開(kāi)關(guān) SQ18 本控制系統(tǒng)由 15 個(gè)輸出電磁閥，分別為 ： 機(jī)械手下降電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的下降； 機(jī)械手夾放電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手夾放物品； 機(jī)械手上升電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的上升； 機(jī)械手右旋電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的右旋； 機(jī)械手左旋電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的左旋。 S7– 200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 PLC 的水平，而價(jià)格卻和小型 PLC 的一樣，因此它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。 當(dāng) CPU 的 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行 I/O 的擴(kuò)展。 輸出擴(kuò)展模塊 EM222 有三種： 8 點(diǎn) DC 晶體管輸出、 8 點(diǎn) AC 輸出、 8 點(diǎn)繼電器輸出。 由 CPU22兩個(gè) EM221 和一個(gè) EM222 組成了 PLC 控制系統(tǒng) 框圖如圖 所示。 表 各模塊編址 主機(jī) I/O CPU224 模塊 1I/O EM221 模塊 2I/O EM221 模塊 3I/O EM222 主機(jī) CPU224 模塊 1 EM221 DI8 DC24V 模塊 2 EM221 DI8 DC24V 模塊 2 EM222 DO8 DC24V 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 序表 EM221（ 1）外部接線如圖 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eDD a t e : 1 9 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : I: \圖 \ g a o h on g t a o . d db D ra w n B y:K A 6 K A 7 K A 8 K A 9 K A 1 0K A 1 K A 2 K A 3 K A 4 K A 5S B1 S B2 S B3 S B4 S B5 S B6 S B7 S B8 S B9S Q 1 S Q 2 S Q 3E M 22 1( 1)S Q 4 S Q 5 S Q 6 S Q 7S Q 8 S Q 9 S Q 1 0 S Q 1 12 .4 2 .5 2 .6 2 .71M2MM M L+1L2L2 .0 2 .1 2 .2 2 .32 .4 2 .5 2 .6 2 .7K A 1 1 K A 1 2 K A 1 3 K A 1 4K A 1 5~~ACAC1DCDCS Q 1 2 S Q 1 3 S Q 1 4 S Q 1 5S Q 1 6 S Q 1 7 S Q 1 8E M 22 1( 2)DCDCM1M2M3 .0 3 .1 3 .2 3 .33 .4 3 .5 3 .6 3 .7E M 22 2++~AC+~AC+~AC+~A C2 2 0 V12 .0 2 .1 2 .2 2 .31L 0 .0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 1 .0 1 .10 .0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 1 .0 1 .1 1 .2 1 .3C P U 2 241 .4 1 .52L 3L LL1NM L+1M 2M 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 EM221（ 2）外部接線 機(jī)械手 2左旋限位開(kāi)關(guān) SQ12，機(jī)械手 2右旋限位開(kāi)關(guān) SQ13，機(jī)械手 3下降限位開(kāi)關(guān) SQ14，機(jī)械手 3 夾緊檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ15，分別連接擴(kuò)展模 EM221(2)的 –。機(jī)械手 3 右旋電磁閥 的中間繼電器 KA15，連接擴(kuò)展模塊3EM222 的 。 機(jī)械手 1 下降電磁閥 的中間繼電器 KA 1，機(jī)械手 1 夾放電磁閥 的中間繼電器 KA2，機(jī)械手 1 上升電磁閥 的中間繼電器 KA3，機(jī)械手 1 左旋電磁閥 的中間繼電器 KA4，分別連接到 CPU224 的 –。 圖 電氣連接圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 9 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : I : \圖 \ g a o h on g t a o . d db D r a w n B y:K A 1機(jī)械手3右旋電磁閥機(jī)械手3左旋電磁閥機(jī)械手3上升電磁閥機(jī)械手3夾放電磁閥機(jī)械手3下降電磁閥機(jī)械手2左旋電磁閥機(jī)械手2右旋電磁閥機(jī)械手1夾放電磁閥機(jī)械手1下降電磁閥機(jī)械手1上升電磁閥機(jī)械手1左旋電磁閥機(jī)械手1右旋電磁閥機(jī)械手2下降電磁閥機(jī)械手2夾放電磁閥機(jī)械手2上升電磁閥K A 2 K A 3 K A 4 K A 5 K A 6 K A 7 K A 8K A 9 K A 10 K A 11 K A 12 K A 13 K A 14 K A 15MYV1 M M M M M M MM M M M M M MYV2 YV3 YV4 YV5 YV6 YV7 YV8YV9 Y V 1 0 Y V 1 1 Y V 1 2 Y V 1 3 Y V 1 4 Y V 1 5A C 2 20 VA C 2 20 V 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 機(jī)械手 1控制程序 當(dāng) =1（上升限位開(kāi)關(guān)閉 合 ）；且 =1（右旋限位開(kāi)關(guān)閉 合 ）；且 =0（上升電磁閥斷開(kāi)）：且 =0（左旋電磁閥斷開(kāi)），則 =1（下降電磁閥閉 合 ）； 并 且 =1（ 輔助繼電器 ）。 圖 梯形圖 當(dāng) =1（夾放電磁閥閉 合 ）；且 =1（右旋限位開(kāi)關(guān)閉 合 ）；且 =1（下降限位開(kāi)關(guān)閉 合 ）； =0（上升電磁閥斷開(kāi)），則定時(shí)器 T53 啟動(dòng)定時(shí)。梯形圖如圖 所示。梯形圖如圖 所示。 圖 梯形圖 當(dāng) =1（上升電磁閥閉 合 ）；且 =1（左旋限位開(kāi)關(guān)閉 合 ）； =1（上升限位開(kāi)關(guān)閉 合 ），則 =0（上升電磁閥斷開(kāi)），并且 =0（左旋電磁閥斷開(kāi)），則 =1（右旋電磁閥閉 合 ）。 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(kāi)關(guān)閉 合 ）；且 =1（右旋限位開(kāi)關(guān)閉 合 ）；