【正文】 （1）設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)；（2）關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)；（3）用仿真軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程模擬分析以此來改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直到得出滿意的結(jié)果為止。尤其由柔性關(guān)節(jié)組成的柔性仿生機(jī)器人在服務(wù)機(jī)器人及康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用和需求越來越突出。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把理論運(yùn)用于實(shí)際，使理論得以提升，形成創(chuàng)新思想。而自動(dòng)操作程序能自動(dòng)返回初態(tài) S2。是用步進(jìn)順控方式編程。從第 28 行到第66 行，為手動(dòng)單步操作程序。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)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(shí) 1 秒。當(dāng) T0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S22，驅(qū)動(dòng) Y2 上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S23。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。 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(diǎn)，X16 接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，Y5 驅(qū)動(dòng)指示燈亮。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。氣動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析182 機(jī)械手的 PLC 控制 控制特點(diǎn)機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。但是由于其對(duì) I/O 的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和 I/O 刷新外，PLC 還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)（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(wù)” ，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)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(chǎng)傳感器等的工作電源。如果沒有一個(gè)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(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。繼電器輸出型輸出接點(diǎn) 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(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)注意。繼電器輸出型響應(yīng)時(shí)間平均約為 10ms；晶閘管輸出型響應(yīng)時(shí)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(diǎn)之一是抗干擾能力強(qiáng)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和失電不保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在 PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失；后者當(dāng)PLC 斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。因此，它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)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(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能：浙 江 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )13a. 接收并存儲(chǔ)從用戶程序和數(shù)據(jù)；、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺(tái) PLC，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上首次試用成功，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化。它能把計(jì)算機(jī)的功能和繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)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(jī)械或生產(chǎn)過程。浙 江 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )11隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC 的功能也越來越強(qiáng)大，更多地具有計(jì)算機(jī)的功能，所以又簡(jiǎn)稱 PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER） ，但是為了不和PERSONAL COMPUTER 混淆，仍習(xí)慣稱為 PLC。(4)可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)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(yùn)行的。機(jī)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(zhuǎn)移到 S27 左移。移到最右位，X3 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S24 下降。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng) X0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S20，驅(qū)動(dòng)下降 Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān) X1 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而 S20 自動(dòng)復(fù)位。應(yīng)注意，當(dāng)用S10~S19 作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器 M8043 置1。之后，由于 X7 常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行 CJ 指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到 P1 所指的結(jié)束位置。連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)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(jī)械手將繼續(xù)完成此周期的動(dòng)作，回到原地后自動(dòng)停止。當(dāng)選擇左 /右運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別由左移 /右移按鈕控制。完整的通信功能保證了與個(gè)人計(jì)算機(jī)機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。⑧同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。⑤同時(shí)下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到位時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，停止下降。③夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊；當(dāng)該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。例如，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止下降。機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖 1 所示。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)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(shè)計(jì)該機(jī)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(jī)械手的放松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。②同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。右移到位時(shí)，碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，停止右移。上升到位時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，停止上升。5. PLC 的選型　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選用三菱公司生產(chǎn)的 FX2N40MR，它能處理廣泛的機(jī)械控制應(yīng)用問題，所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。例如，當(dāng)選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別由上升/下降按鈕控制。單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。再把旋鈕置于手動(dòng)，則 X6 接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（ CJ 為一跳轉(zhuǎn)指令，如果 CJ 驅(qū)動(dòng)，則跳到指針 P 所指 P0 處） ，執(zhí)行手動(dòng)程序。用 S10~S12 作回零操作元件。自動(dòng)操作程序 自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖 6 所示。 S23 驅(qū)動(dòng) Y3 右移。延時(shí)時(shí)間到，T1 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S26 上升。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)。從第 67 行到第 129 行為自動(dòng)操作程序。在各步進(jìn)順控末行，都以 RET 結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。浙 江 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )7指令語(yǔ)句表氣動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析8摘要機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。(3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。目 錄前 言 ............................................................................................11 PLC 簡(jiǎn)介 .....................................................................................2 PLC 發(fā)展歷史 ...................................................................2 PLC 的工作原理 .............................................................82 機(jī)械手的 PLC 控制 ................................................................10 控制特點(diǎn) ........................................................................10氣動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析10 系統(tǒng)控制示意圖 ............................................................10 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖 ............................11 操作系統(tǒng) ........................................................................12 回原位程序 ....................................................................13 手動(dòng)單步操作程序 .........................................................14 自動(dòng)操作程序 .................................................................14 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖 .................................................16 指令語(yǔ)句表 .....................................................................17實(shí)踐心得體會(huì)參考文獻(xiàn)前 言可編程序控制器（Programmable Logic Controller） ，簡(jiǎn)稱 PLC，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。1 PLC 簡(jiǎn)介可編程控制器（簡(jiǎn)稱 PLC）：是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。b。系統(tǒng)通用性強(qiáng)。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)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(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 的基本結(jié)構(gòu)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(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。 PLC 常用的存儲(chǔ)器類型 ：（1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)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(yùn)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(yīng)的外設(shè)。 （2）系統(tǒng)軟元件存儲(chǔ)區(qū) ：除了 I/O 映象寄存區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟元件（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。 輸入接口電路 輸入輸出信號(hào)有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實(shí)習(xí)室涉及到的信號(hào)當(dāng)中，開關(guān)量最普遍，也是實(shí)驗(yàn)條件所限，在次我們主要介紹開關(guān)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(shù)參數(shù) 響應(yīng)時(shí)間是指 PLC 從 ON 狀態(tài)轉(zhuǎn)變成 OFF 狀態(tài)或從 OFF 狀態(tài)轉(zhuǎn)變成 ON 狀態(tài)所需要的時(shí)間。 開路漏電流是指輸出處于 OFF 狀態(tài)時(shí)，輸出回路中的電流。 電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。允許瞬時(shí)停電在 10ms 以下，能繼續(xù)工作。微機(jī)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(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。一個(gè)掃描周期主要可分為 3 個(gè)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(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)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(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為 I/O 刷新階段。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次 I/O 刷新，即每一個(gè)掃描周期 PLC 只對(duì)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(yīng)速度。總之，PLC 采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點(diǎn)之一，我們?cè)趯W(xué)習(xí)和使用 PLC 當(dāng)中都應(yīng)加強(qiáng)注意。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。 圖 1 機(jī)械手傳送示意及操作面板圖 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理