【正文】 又跳過回原位程序到P2處。如果M0為OFF，M10被復(fù)位，系統(tǒng)不能進(jìn)入連續(xù)工作方式。驅(qū)動(dòng)手順轉(zhuǎn)Y7，X24接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S3，驅(qū)動(dòng)下降Y2，X16接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S4，S4驅(qū)動(dòng)Y6置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。下降到最低位，X16接通，電磁鐵放松。后退到后限位，使X21接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S14，底盤順轉(zhuǎn)是X21接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動(dòng)作。按下停止按鈕X7后，M1變?yōu)镺FF，系統(tǒng)不會(huì)立即停止，而是完成當(dāng)前的工作周期后，機(jī)械手最終停止在原位。手動(dòng)程序說明：用對(duì)應(yīng)機(jī)械手的上下前后移動(dòng)和夾緊松開按鈕。 回原位程序回原位程序；在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，按下回原位按鈕（X3），M3變?yōu)镺N，機(jī)械手松開和上升，當(dāng)升到上限位（X17變?yōu)镺N），機(jī)械手后退，直到后限位（X21為ON）才停止，并且M3復(fù)位。結(jié) 論 本設(shè)計(jì)通過利用三菱公司FX系列PLC的特點(diǎn),對(duì)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，對(duì)按鈕、電磁閥、編碼盤以及其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)械手模型的手動(dòng)和自動(dòng)控制。(3)手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)程序簡(jiǎn)單易懂，控制簡(jiǎn)單，上下左右位置定位準(zhǔn)確，缺點(diǎn)在于運(yùn)動(dòng)效率不夠穩(wěn)定。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。 隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒有老師的指引和贈(zèng)予，沒有同學(xué)和朋友的幫助和支持，我得畢業(yè)設(shè)計(jì)也不會(huì)完成。雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到很多困難，但在做的過程中我真正掌握和領(lǐng)會(huì)了各項(xiàng)知識(shí)。我還要感謝其他帶畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師在本次設(shè)計(jì)中給予我們幫助和指導(dǎo)！也感謝對(duì)本次設(shè)計(jì)提供幫助的人。我首先要感謝我的導(dǎo)師竇建華老師，竇老師每周安排見面會(huì)，身體力行、兢兢業(yè)業(yè)地為我們排憂解難，對(duì)我們的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育?；厥走@幾個(gè)月來的設(shè)計(jì)過程，可以說是收獲良多，也付出了不少心力。在校期間所學(xué)到的東西應(yīng)該對(duì)我以后工作和生活有很大幫助。 使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。(5)機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了在PLC指令下對(duì)機(jī)械手完成如下運(yùn)動(dòng)功能：(1)手臂上下直線運(yùn)動(dòng)。并可以運(yùn)用軟件在線監(jiān)測(cè)PLC的運(yùn)行情況，同時(shí)可以用手持編程器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求修改程序中的各參數(shù)，達(dá)到任意位置停止的目的。在前后移動(dòng)的程序中串聯(lián)上線位置開關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動(dòng)時(shí)碰撞其他工件?！∪缦聢D所示。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S11上升。S6驅(qū)動(dòng)Y4后退。圖53 程序總的結(jié)構(gòu)圖 圖54公用程序梯形圖 自動(dòng)操作程序 自動(dòng)操作順序功能流程圖見圖55所示。公用程序如圖54，簡(jiǎn)要說明如下：當(dāng)Y6復(fù)位（電磁閥松開）、后限位X21和上限位X17接通時(shí)，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。該指令由于某種條件下跳過CJ指令和指針標(biāo)號(hào)之間的程序，從指針標(biāo)號(hào)處繼續(xù)執(zhí)行，以減少程序執(zhí)行時(shí)間。 PLC的I/O分配根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求，輸入、輸出分配如表51所示。當(dāng)旋鈕打向連續(xù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。然后對(duì)氣壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了說明，對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，最后對(duì)機(jī)械手手爪氣壓控制回路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并繪制了手爪氣壓控制回路圖。主要完成手爪的夾緊與松開。 機(jī)械手的氣路設(shè)計(jì)本機(jī)械手有五個(gè)自由度，即垂直升降、水平橫移、177。本設(shè)計(jì)選用的是做直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。3）是否需要與電氣、液壓等控制方法相結(jié)合。由于缸筒和端蓋之間是靜密封，根據(jù)〈〈液壓氣動(dòng)手冊(cè)〉〉，可選用以橡膠為材料的O形密封圈。所以能滿足要求。由于所選氣缸組件為標(biāo)準(zhǔn)件，所以其它尺寸不需要計(jì)算，只需要驗(yàn)算即可。該手爪結(jié)構(gòu)為推夾緊內(nèi)卡式手爪，采用推夾緊的結(jié)構(gòu)有利于縮小氣缸的直徑。圖44 手指各部分尺寸圖圖45 氣壓雙作用單桿活塞缸本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手爪驅(qū)動(dòng)裝置采用雙向作用的單桿活塞缸，【】形手指的角度是，按照設(shè)計(jì)要求物品的重量約為1kg。而其手爪的結(jié)構(gòu)也是各式各樣的，但以氣動(dòng)手爪應(yīng)用較為普遍。根據(jù)硬鋁合金的材料性能和可加工性能，確定手爪的其它尺寸如圖44所示。取【】型槽的夾角，根據(jù)下式求得最佳偏角為： （47）即有 （48）在雙曲線上，由于和關(guān)于對(duì)稱，所以，即即 （49）對(duì)手指的夾持誤差要求不要超過1mm，根據(jù)式（49）可寫出約束條件為： （410）計(jì)算得：為了減小夾持誤差，設(shè)計(jì)中可加長(zhǎng)手指的長(zhǎng)度，但手指過長(zhǎng)，整個(gè)手爪結(jié)構(gòu)就要增大。根據(jù)幾何關(guān)系，可得 （41）整理得， （42）該方程為雙曲線方程，經(jīng)過分析得出以下結(jié)論：（1） 當(dāng)時(shí)，有最小的值，即 （43）的變化以為分界，左右兩部分是對(duì)稱的。本機(jī)械手的手爪采用的是【】型槽的回轉(zhuǎn)型手指，如圖42所示。（四） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。圖中表示松開物件時(shí)圖41手指張開最小距離與被抓取表面最大距離尺寸之間的距離關(guān)系在圖41中，有A－D﹥C式中：A—手指松開物件后的最大尺寸； D—被抓取物件表面的最大尺寸； C—手指張開或閉合后與物件之間保持的最小間隙。手指的開閉角應(yīng)能保證被抓物件順利進(jìn)入或脫開，其大小直接與工件和手指的形狀、尺寸及手部接近被抓物件的路線等因素有關(guān)，同時(shí)還要注意路線周圍的環(huán)境。它與機(jī)械手爪相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、表面吸附力分布均勻，以及能自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)等特性，適用于板材、玻璃件、弧形殼體零件，特別適用于沖壓零件。同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。機(jī)械式手爪由驅(qū)動(dòng)元件、手爪夾持部件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、手指及各種墊片、附件等組成。由手指、傳力(或增力)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置組成。 圖37 旋轉(zhuǎn)編碼盤可以通過改變程序中計(jì)數(shù)器C0的初值來確定所要轉(zhuǎn)過的角度，這里可以通過用計(jì)算機(jī)讀出指令表，然后修改得到不同的控制角度。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如圖36所示。圖35 金屬傳感器本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是由兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的，從而實(shí)現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)。 圖33 PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接圖圖34傳感器工作原理圖接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號(hào)，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電頻為低電頻，否則為高電頻。另外若不采用驅(qū)動(dòng)器，而采用PLC輸出觸點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，會(huì)占用很多的輸出觸點(diǎn)，同時(shí)給編程帶來不便。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分等，利用驅(qū)動(dòng)器可以很方便的對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向進(jìn)行控制。主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行只要考慮摩擦負(fù)載。（五相電機(jī)）、（二、四相電機(jī)）、（三相電機(jī)）等。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要正反脈沖供電，成本較高。（2）永磁式步進(jìn)電機(jī)：步距角大，啟動(dòng)頻率較低，但控制功率較小，造價(jià)便宜，內(nèi)部阻尼大，不易振蕩，斷電后有定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)以開環(huán)方式工作，可省去伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中位置檢測(cè)與反饋部分以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，使控制成本大大降低。手臂采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母來實(shí)現(xiàn)伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。底盤采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)三度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手爪的開閉。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式夾緊裝置。為防止突然斷電造成被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu)——機(jī)械手，首先要從機(jī)械手的坐標(biāo)形式，運(yùn)行速度和加速度的情況來考慮。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有自由度5個(gè)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了PLC的種類、特點(diǎn)以及PLC具有的功能優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)本設(shè)計(jì)選擇了三菱公司的產(chǎn)品FX系列型號(hào)為FX1N－60MR的PLC，對(duì)FX1N－60MR系統(tǒng)的功能及操作進(jìn)行了說明還對(duì)其具有的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析。PLC輸入輸出接口的安全保護(hù)當(dāng)輸出口連接電感類設(shè)備時(shí)，為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高壓對(duì)輸入、輸出口造成破壞，應(yīng)在感性元件兩端加保護(hù)元件。FX系列PLC硬件組成與其它類型PLC基本相同，主體由三部分組成，其PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖21系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內(nèi)，也有單獨(dú)作為一個(gè)單元的，編程器一般看作PLC的外設(shè)。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口。可以選裝高性能的顯示模塊（FX3U7DM）可以顯示用戶自定義的英文、數(shù)字和日文漢字信息，最多能夠顯示：半角16個(gè)字符(全角8個(gè)字符) 4行。內(nèi)置6點(diǎn)同時(shí)100kHz的高速計(jì)數(shù)功能，雙相計(jì)數(shù)時(shí)可以進(jìn)行4倍頻計(jì)數(shù)。內(nèi)置了高達(dá)64K步的大容量RAM存儲(chǔ)器。FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、FF2系列PLC產(chǎn)品。2. 確定型號(hào)FX1N－60MR綜上，對(duì)于被控對(duì)象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價(jià)比，使用和維修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能等必須能滿足被控對(duì)象的各種控制要求；選用的PLC主機(jī)及配置必須是功能較強(qiáng)的新一代PLC機(jī)型，一般最好不要選用舊機(jī)型（若采用三菱公司的PLC，則選FX系列，不選F1系列）。三菱FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來說)，從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。1. 常用PLC介紹PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號(hào)的也很多，各個(gè)廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向也不同，所以本文們必須根據(jù)自己設(shè)計(jì)需要，考慮如何選擇。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。高可靠性 （1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；（2）各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms；（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 第2章 PLC的介紹與選擇 對(duì)于機(jī)械手的控制系統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等。(5)機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(1)手臂上下直線運(yùn)動(dòng)。國(guó)內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。目前，機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制，它首先要編制程序加以儲(chǔ)存，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手工作。本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手爪和機(jī)械手的底盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般采用4～6個(gè)大氣壓，個(gè)別達(dá)到8～10個(gè)大氣壓。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。 機(jī)械手應(yīng)用及組成結(jié)構(gòu)目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要[。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號(hào)操作機(jī)械手來進(jìn)行探測(cè)月球、火星等。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。借助PLC強(qiáng)大的工業(yè)處理能力，很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也