【正文】 適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是機(jī)器人的一個重要分支。 第一章 機(jī)械手簡介 機(jī)械手的發(fā)展史它是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計算機(jī)和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機(jī)問世以來，計算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。 機(jī)械手首先是從美國開始研制的，1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手，它的結(jié)構(gòu)是；機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗臺，進(jìn)行各種性能的試驗。德國KuKa公司還生產(chǎn)一種點焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的3個自由度都要精確地定位。 軀干 軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。通常它的具有很大的抓舉能力（高達(dá)幾百千克以上），其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。其特點是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力較大（關(guān)節(jié)型的持重已達(dá)400kg），信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。機(jī)械驅(qū)動式機(jī)械驅(qū)動只用于動作固定的場合。 控制系統(tǒng)機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動作時間、運(yùn)動速度、加減速度等。分離存儲是將各種控制因素的信息分別存儲于兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲于時間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲是將各種控制因素的信息全部存儲于一種存儲裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。至于選擇哪一種控制元件，則根據(jù)動作的復(fù)雜程序和精確程序來確定。它裝有許多凸輪，每一個凸輪分配給一個運(yùn)動軸，轉(zhuǎn)鼓運(yùn)動一周便完成一個循環(huán)。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。 應(yīng)用領(lǐng)域：主要讓機(jī)器人在機(jī)械制造業(yè)中代替人完成大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、艦船制造及某些家電產(chǎn)品（電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）的制造等。：機(jī)器人在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，比如，機(jī)器人足球大賽、機(jī)器人彈鋼琴和機(jī)器人寵物等。 第二章 機(jī)械手整體設(shè)計方案 機(jī)械手總體設(shè)計 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動是用三個相互垂直的直線運(yùn)動來實現(xiàn)的。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長方體。其工作空間是一個圓柱狀的空間。其工作空間是一個類球形的空間。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人[6]。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。若此時工作臺上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。光電開關(guān)的作用是為了保證機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降，若上次搬運(yùn)到右工作臺上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動暫停等待。 原位 下降 夾緊 上升 右移 左移 上移 放松 下降 第三章 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計 可編程序控制器簡介可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC或PC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微計算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)[7] 。其結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖31 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通常可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。 PLC的特點可編程序控制器是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計算機(jī)。而可編程控制器是通過存儲在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境可靠的工作，在其設(shè)計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，使其可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。功能強(qiáng)現(xiàn)代PLC不僅具有條件控制、計時、計數(shù)和步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等。且PLC是為工業(yè)控制設(shè)計的專用計算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制設(shè)備[。PLC的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價格。CPU221：內(nèi)置10個數(shù)字量I/O點，不可擴(kuò)充；考慮經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。綜合考慮，現(xiàn)選擇主機(jī)為西門子S7200中的CPU226，因為他能擴(kuò)展七個模塊。下降到底時，碰到下限位開關(guān)SQ2，機(jī)械手下降停止；，機(jī)械手夾緊。若此時工作臺上無工件，則光電開關(guān)PS0接通，機(jī)械手下降。光電開關(guān)的作用是為了保證機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降，若上次搬運(yùn)到右工作臺上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動暫停等待。因此，討論P(yáng)LC設(shè)計調(diào)試就具有十分重要的意義。 （3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路中，防止信號干擾，使PLC輸入信號大大增強(qiáng)。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠[16]。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開關(guān)或接近開關(guān)）提供直流24V電源。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。同時，使用PLC進(jìn)行控制可方便更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。通過本次的設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己對PLC的編程還有很多的不足，但是對機(jī)械手的東一流程有了一定程度的了解，由于沒有硬件條件，只能進(jìn)行軟件仿真，能夠?qū)嵭邢鄳?yīng)的功