【正文】 （1）設計氣動機械手關節(jié)結構；（2）關節(jié)結構的參數(shù)設計；（3）用仿真軟件進行運動過程模擬分析以此來改善結構設計，直到得出滿意的結果為止。尤其由柔性關節(jié)組成的柔性仿生機器人在服務機器人及康復機器人領域中的應用和需求越來越突出。運用學習成果，把理論運用于實際，使理論得以提升，形成創(chuàng)新思想。而自動操作程序能自動返回初態(tài) S2。是用步進順控方式編程。從第 28 行到第66 行，為手動單步操作程序。在編寫狀態(tài)轉移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。為了使電磁力完全失掉，延時 1 秒。當 T0 接通，狀態(tài)轉移到 S22，驅動 Y2 上升，當上升到達最高位，X2 接通，狀態(tài)轉移到 S23。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。 回原位程序回原位程序如圖 4 所示。其原理是：把旋鈕置于回原點，X16 接通，系統(tǒng)自動回原點，Y5 驅動指示燈亮。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。氣動機械手關節(jié)結構設計及運動學仿真分析182 機械手的 PLC 控制 控制特點機械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。但是由于其對 I/O 的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進行刷新，這對一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。實際上，除了執(zhí)行程序和 I/O 刷新外，PLC 還要進行各種錯誤檢測（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務” ，一般在程序執(zhí)行之后進行。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉入輸入刷新階段。 輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。PLC 則是采用循環(huán)掃描的工作方式。一般小型 PLC 的電源輸出分為兩部分：一部分供 PLC 內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。繼電器輸出型輸出接點 OFF 是無漏電流；晶體管輸出型漏電流在 以下；晶閘管較大漏電流，主要由內(nèi)部 RC 電路引起，需在設計系統(tǒng)時注意。繼電器輸出型響應時間平均約為 10ms；晶閘管輸出型響應時間為 1ms 以下；晶體管輸出型在 以下為最快?？删幊绦蚩刂破鲀?yōu)點之一是抗干擾能力強。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和失電不保持的存儲區(qū)域，前者在 PLC 斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會丟失；后者當PLC 斷電時，數(shù)據(jù)被清零。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O 映象寄存區(qū)。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能：浙 江 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )13a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。可編程控制器及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。1969 年美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺 PLC，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上首次試用成功，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化。它能把計算機的功能和繼電器控制系統(tǒng)結合起來。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。浙 江 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )11隨著電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，PLC 的功能也越來越強大，更多地具有計算機的功能，所以又簡稱 PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER） ，但是為了不和PERSONAL COMPUTER 混淆，仍習慣稱為 PLC。(4)可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。但兩者又有不同。這三部分程序（又稱為模塊）是圖 3 的操作系統(tǒng)運行的。機械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖 7 所示。上升到最高位，X2 接通，狀態(tài)轉移到 S27 左移。移到最右位，X3 接通，狀態(tài)轉移到 S24 下降。當機械手處于原位時，按啟動 X0 接通，狀態(tài)轉移到 S20，驅動下降 Y0，當?shù)竭_下限位使行程開關 X1 接通，狀態(tài)轉移到S21，而 S20 自動復位。應注意，當用S10~S19 作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復位前應使特殊繼電器 M8043 置1。之后，由于 X7 常閉觸點，當執(zhí)行 CJ 指令時，跳轉到 P1 所指的結束位置。連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期循環(huán)，在工作過程中，若按停止按鈕，則機械手將繼續(xù)完成此周期的動作，回到原地后自動停止。當選擇左 /右運動時，分別由左移 /右移按鈕控制。完整的通信功能保證了與個人計算機機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。⑧同時接通左移電磁閥，機械手左移。⑤同時下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，停止下降。③夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升。當該線圈通電時，機械手夾緊；當該線圈斷電時，機械手放松。例如，當下降電磁閥通電時，機械手下降；當下降電磁閥斷電時，機械手停止下降。機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖 1 所示。當旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。以下是設計該機械手控制程序的步驟和方法。其中，上升/下降和/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。機械手的放松/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。②同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊。右移到位時，碰到右限位開關，右移電磁閥斷電，停止右移。上升到位時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，停止上升。5. PLC 的選型　　根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選用三菱公司生產(chǎn)的 FX2N40MR，它能處理廣泛的機械控制應用問題，所以它是在設備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。例如，當選擇上/下運動時，分別由上升/下降按鈕控制。單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。再把旋鈕置于手動，則 X6 接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉（ CJ 為一跳轉指令，如果 CJ 驅動，則跳到指針 P 所指 P0 處） ，執(zhí)行手動程序。用 S10~S12 作回零操作元件。自動操作程序 自動操作狀態(tài)轉移見圖 6 所示。 S23 驅動 Y3 右移。延時時間到，T1 接通，狀態(tài)轉移到 S26 上升。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。從第 67 行到第 129 行為自動操作程序。在各步進順控末行，都以 RET 結束本步進順控程序塊。浙 江 理 工 大 學 本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )7指令語句表氣動機械手關節(jié)結構設計及運動學仿真分析8摘要機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。(3)可在勞動條件差，單調重復易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。目 錄前 言 ............................................................................................11 PLC 簡介 .....................................................................................2 PLC 發(fā)展歷史 ...................................................................2 PLC 的工作原理 .............................................................82 機械手的 PLC 控制 ................................................................10 控制特點 ........................................................................10氣動機械手關節(jié)結構設計及運動學仿真分析10 系統(tǒng)控制示意圖 ............................................................10 輸入和輸出點分配表及原理接線圖 ............................11 操作系統(tǒng) ........................................................................12 回原位程序 ....................................................................13 手動單步操作程序 .........................................................14 自動操作程序 .................................................................14 機械手傳送系統(tǒng)梯形圖 .................................................16 指令語句表 .....................................................................17實踐心得體會參考文獻前 言可編程序控制器（Programmable Logic Controller） ，簡稱 PLC，是在繼電順序控制基礎上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。1 PLC 簡介可編程控制器（簡稱 PLC）：是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。b。系統(tǒng)通用性強。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 的基本結構如下圖所示： 中央處理單元(CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制核心。 為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。 PLC 常用的存儲器類型 ：（1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲器。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。 （1）I/O 映象寄存區(qū)：由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應的外設。 （2）系統(tǒng)軟元件存儲區(qū) ：除了 I/O 映象寄存區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟元件（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。 輸入接口電路 輸入輸出信號有開關量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實習室涉及到的信號當中，開關量最普遍，也是實驗條件所限，在次我們主要介紹開關量接口電路。(1) 輸出接口電路的隔離方式 (2) 輸出接口電路的主要技術參數(shù) 響應時間是指 PLC 從 ON 狀態(tài)轉變成 OFF 狀態(tài)或從 OFF 狀態(tài)轉變成 ON 狀態(tài)所需要的時間。 開路漏電流是指輸出處于 OFF 狀態(tài)時，輸出回路中的電流。 電源 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。允許瞬時停電在 10ms 以下，能繼續(xù)工作。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方，若有鍵按下或有 I/O 變化，則轉入相應的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。一個掃描周期主要可分為 3 個階段。 程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為 I/O 刷新階段。由于每個掃描周期只進行一次 I/O 刷新，即每一個掃描周期 PLC 只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度?？傊?，PLC 采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設備的最大特點之一，我們在學習和使用 PLC 當中都應加強注意。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。 圖 1 機械手傳送示意及操作面板圖 輸入和輸出點分配表及原理