【正文】 情況的選擇，分別是手動(dòng)加載選擇開(kāi)關(guān)、工作方式選擇開(kāi)關(guān)和入庫(kù)位置選擇開(kāi)關(guān)。動(dòng)作的啟動(dòng)、停止按鈕在各種控制操作方式下都會(huì)用到，但各自使用不一樣。連續(xù)操作控制方式： 機(jī)械手經(jīng)復(fù)位后，從原點(diǎn)開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)地、連續(xù)不斷地按照設(shè)計(jì)動(dòng)作過(guò)程周期性循環(huán)。當(dāng)選擇伸長(zhǎng)與縮短動(dòng)作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手縮短；按下停止按鈕，機(jī)械手伸長(zhǎng)。原點(diǎn)復(fù)位操作方式：當(dāng)機(jī)械手在進(jìn)行各種動(dòng)作之前必須進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)位操作控制方式，使機(jī)械手自動(dòng)復(fù)位到原點(diǎn)位置，這就避免了在用手動(dòng)操作方式去使機(jī)械手復(fù)位。根據(jù)動(dòng)作流程畫(huà)出控制系統(tǒng)的工作時(shí)序圖如圖43所示。松開(kāi)后，上升電磁閥接通，機(jī)械手上升。左轉(zhuǎn)至1號(hào)庫(kù)臺(tái)限位時(shí)，圖42 機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程圖碰到限位開(kāi)關(guān)，左轉(zhuǎn)電磁閥斷開(kāi)，左轉(zhuǎn)停止。下降至碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降電磁閥斷開(kāi)，下降停止。由于出庫(kù)和入庫(kù)動(dòng)作恰好相反，但其設(shè)計(jì)思路和控制方法都相同，為了避免重復(fù)，本論文主要是分析和設(shè)計(jì)對(duì)入庫(kù)過(guò)程的控制，出庫(kù)過(guò)程暫不涉及。當(dāng)機(jī)械手動(dòng)作到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保安全，在下降抓取前需確定工作臺(tái)上有物品才能下降，而在下降放開(kāi)物品前需確定工作臺(tái)無(wú)物品才允許下降。這樣，可用PLC的輸出端與相應(yīng)的電磁閥線(xiàn)圈相連，通過(guò)編程，使電磁閥各線(xiàn)圈按一定序列激勵(lì)，從而使機(jī)械手按預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作，如果欲改變機(jī)械手的動(dòng)作，不需改變接線(xiàn)，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí), 機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí), 機(jī)械手上升停止。它的手臂具有三個(gè)自由度，即水平方向的伸長(zhǎng)和縮短、豎直方向的上升和下降、繞豎直軸的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)（右轉(zhuǎn)）和逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)（左轉(zhuǎn)），并由它的末端執(zhí)行裝置（機(jī)械手手指）完成抓緊、放開(kāi)物品功能。機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式立柱，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移，手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。手指運(yùn)動(dòng)形式均為平移型。根據(jù)前面對(duì)機(jī)械手各部分的介紹，以及每種類(lèi)型的適用范圍，按照立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)機(jī)械手的基本要求，完成對(duì)機(jī)械手各部分的選擇和設(shè)計(jì)如下，設(shè)計(jì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)示意圖如圖32所示。連續(xù)軌跡控制 這種控制的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線(xiàn)，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。其中直線(xiàn)電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手這是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)和搬運(yùn)。一、按用途分專(zhuān)用機(jī)械手這是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。控制器有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。二、驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱(chēng)為可移式立柱。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。若用吸附式手部吸料，其吸盤(pán)的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量而定。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。圖31 機(jī)械手的組成方框圖一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手主體部分，也就是我們通?？匆?jiàn)的部分，包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，根據(jù)需要還可以增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)要求利用可編程控制器（PLC）來(lái)設(shè)計(jì)控制程序，所以要求掌握PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和基本方法，并使所設(shè)計(jì)的機(jī)械手控制系統(tǒng)具備以下的功能要求：（1）從進(jìn)貨輥道口抓取貨物，通過(guò)移動(dòng)，放至2個(gè)不同方位庫(kù)臺(tái)的入庫(kù)動(dòng)作功能；（2）能實(shí)現(xiàn)從2個(gè)不同方位庫(kù)臺(tái)抓取貨物，通過(guò)移動(dòng)，放至出貨輥道口的出庫(kù)動(dòng)作功能；（3）能手動(dòng)操作進(jìn)、出庫(kù)動(dòng)作；（4）能自動(dòng)復(fù)位原點(diǎn)；（5）系統(tǒng)能按照三種不同的工作方式運(yùn)行入、出庫(kù)動(dòng)作：?jiǎn)尾僮鞣绞健沃芷诓僮鞣绞胶瓦B續(xù)操作方式：（6）能根據(jù)實(shí)際需要隨意選擇三種工作方式中的一種。貨物入庫(kù)時(shí)，由機(jī)械手在原點(diǎn)位置抓取物件，按照控制系統(tǒng)的命令，通過(guò)升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，送至對(duì)應(yīng)的1號(hào)（2號(hào)）庫(kù)臺(tái)。奇數(shù)號(hào)庫(kù)臺(tái)位于軌道左邊，偶數(shù)號(hào)庫(kù)臺(tái)位于軌道右兩邊，并左右對(duì)稱(chēng)。相反，出庫(kù)時(shí)，先由堆垛機(jī)從指定的倉(cāng)庫(kù)中取出貨物，并送至合適的堆垛機(jī)庫(kù)臺(tái)，再由機(jī)械手通過(guò)動(dòng)作，將貨物送至指定的出貨輥道口，然后在由運(yùn)輸系統(tǒng)通過(guò)輥道運(yùn)輸帶等運(yùn)輸設(shè)備將貨物送倉(cāng)庫(kù)。因此，機(jī)械手在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、物流業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。過(guò)去，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專(zhuān)用機(jī)械手。所以本機(jī)械手設(shè)計(jì)在程序上均設(shè)計(jì)了手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。本課題設(shè)計(jì)機(jī)械手就是實(shí)現(xiàn)入貨輥道輸送帶與堆垛機(jī)庫(kù)臺(tái)之間貨物傳遞。這類(lèi)倉(cāng)庫(kù)主要通過(guò)高層貨架充分利用空間進(jìn)行存取貨物，所以稱(chēng)為“立體倉(cāng)庫(kù)”，也有的稱(chēng)為“高架倉(cāng)庫(kù)”；又因?yàn)榇祟?lèi)倉(cāng)庫(kù)是有計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制，不必人工搬運(yùn)即可實(shí)現(xiàn)存取工作，故稱(chēng)為“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)”。本設(shè)計(jì)課題擬完成的任務(wù)（1）所設(shè)計(jì)的機(jī)械手，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，并具有一定代表性。然后提出設(shè)計(jì)思路，包括傳動(dòng)方式、控制方式、自由度等，在綜合分析的基礎(chǔ)上，整體規(guī)劃?rùn)C(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)形式、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制功能，并對(duì)其他控制功能模塊進(jìn)行系統(tǒng)的分析，從而選定最優(yōu)方案。個(gè)人認(rèn)為，人工智能技術(shù)的發(fā)展必將推動(dòng)機(jī)械手技術(shù)和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)向更高階段及智能自動(dòng)化方向發(fā)展。特別是近幾年，機(jī)械手技術(shù)在我國(guó)取得了飛速的發(fā)展，引起了各大企業(yè)的足夠重視，將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于更換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。我國(guó)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究和應(yīng)用方面起步較早，1974年建成了我國(guó)第一座立體倉(cāng)庫(kù)，1977年有了第一臺(tái)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理的整體式結(jié)構(gòu)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。機(jī)械手作為近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分。在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、機(jī)械手技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等飛速發(fā)展的背景下，怎樣使自動(dòng)控制技術(shù)和機(jī)械手技術(shù)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中發(fā)揮更大的作用，是現(xiàn)在各國(guó)自動(dòng)化行業(yè)和物流行業(yè)需要著重研究的問(wèn)題，而機(jī)械手技術(shù)就是需要研究的非常重要的自動(dòng)化技術(shù)之一。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)不僅具有節(jié)省用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高物流效率、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、減少流動(dòng)資金積壓等優(yōu)勢(shì)；而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲(chǔ)備與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用。伴隨電子商務(wù)時(shí)代的到來(lái)，給全球物流帶來(lái)了新的發(fā)展趨勢(shì)。而自動(dòng)化技術(shù)在企業(yè)物流系統(tǒng)中的作用是顯而易見(jiàn)的，其發(fā)展過(guò)程中融入了更多的自動(dòng)化技術(shù)。第1章 緒論 隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物流產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)新興的服務(wù)部門(mén)，正在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展。本設(shè)計(jì)采用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7200系列PLC，利用所學(xué)可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)裝置，完成對(duì)機(jī)械手各種動(dòng)作的控制，并能根據(jù)需要隨時(shí)更改機(jī)械手動(dòng)作方式。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)正是融合了眾多先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備的典型代表，其中以工業(yè)機(jī)械手、堆垛機(jī)和倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)技術(shù)尤為突出。本文主要研究基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主要是對(duì)機(jī)械手本身和其控制系統(tǒng)軟、硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制機(jī)械手在水平、垂直、左右方向的運(yùn)行，完成出入貨輥道輸送帶與堆垛機(jī)庫(kù)臺(tái)之間貨物傳遞。機(jī)械手在立體倉(cāng)庫(kù)貨物存取和搬運(yùn)過(guò)程中起關(guān)鍵作用，同時(shí)可編程控制器（PLC）以其功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便和易于編程等一系列的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中運(yùn)用廣泛。物流行業(yè)更是如此，在物流設(shè)備領(lǐng)域中不斷涌現(xiàn)出新的自動(dòng)化設(shè)備，如工業(yè)機(jī)械手、堆垛機(jī)（機(jī)械手的變異）、四向托盤(pán)、高架叉車(chē)、自動(dòng)分揀機(jī)、自動(dòng)引導(dǎo)搬運(yùn)車(chē)、集裝箱等，極大的減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了物流運(yùn)作效率和服務(wù)質(zhì)量，降低了物流成本，在物流作業(yè)中起著重要作用，極大的促進(jìn)了物流的快速發(fā)展。本課題就是以可編程控制器（PLC）為切入點(diǎn)，著重討論如何設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的機(jī)械手控制系統(tǒng)。再加上研究的機(jī)械手采用的是德國(guó)西門(mén)子S7200系列PLC控制，是一種按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行工件搬運(yùn)的自動(dòng)化裝置，所以所設(shè)計(jì)機(jī)械手可用于立體倉(cāng)庫(kù)完成搬運(yùn)作業(yè)，也可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)更改相關(guān)控制程序來(lái)滿(mǎn)足對(duì)機(jī)械手各種動(dòng)作變化的控制。因此，各企業(yè)逐漸將目光轉(zhuǎn)向素有“第三利潤(rùn)源”之稱(chēng)的物流行業(yè)，紛紛投資興建不同類(lèi)型的流通中心、物流中心或者配送中心，想以此形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。尤其是隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的日益完善和高速發(fā)展，自動(dòng)化信息技術(shù)受到了全球的普遍重視和關(guān)注，電子商務(wù)思想日益為企業(yè)所接受。近幾年我國(guó)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，為我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。國(guó)內(nèi)外其它行業(yè)采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的情況己經(jīng)充分證明，使用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械手不只是在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中起關(guān)鍵作用，在其他各行各業(yè)中也有重要的運(yùn)用，所以對(duì)機(jī)械手的研究有著重要的意義和作用。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（Antomated Storage and Retrieval System，AS/RS）是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下能自動(dòng)存儲(chǔ)和取出物料的系統(tǒng)，它的主體是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。 而我國(guó)機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代，1972年我國(guó)有了第一臺(tái)機(jī)械手，隨之全國(guó)各省都開(kāi)始研制和應(yīng)用機(jī)械手，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手(或第一代機(jī)械手)發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，各種控制系統(tǒng)將陸續(xù)產(chǎn)生，對(duì)機(jī)械手和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的要求也會(huì)越來(lái)越高，當(dāng)然生產(chǎn)效率和也會(huì)隨之進(jìn)一步提高。本文利用所學(xué)知