【正文】 而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。4）.用于工業(yè)機(jī)器人控制 5）.用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。3自上世紀(jì)六十年代，機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，利用機(jī)械手搬運(yùn)物體、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。隨著社會的快速發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場機(jī)械手的要求將越來越高，其技術(shù)也越來越成熟。圖1 是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。機(jī)械手的起、停由圖中的起動按鈕SB停止按鈕SB2控制。機(jī)械手及傳送帶C 順序動作的要求是：1)按下起動按鈕SB1時，機(jī)械手系統(tǒng)工作。由時序圖可作出圖3所示的機(jī)械手動作流程圖。 I/O點(diǎn)編號分配根據(jù)圖3所示的機(jī)械手動作流程圖，可以確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配，如表1所示。在狀態(tài)由HR010轉(zhuǎn)移至HR000的條件中，增加了保持繼電器的常閉觸點(diǎn)，其作用是：當(dāng)機(jī)械手工作在某一中間工步時，若 PLC斷電或停止運(yùn)行，機(jī)械手停止在中間工步上。當(dāng)手臂上升到位時，上升限位開關(guān)使輸入點(diǎn)0005閉合，保持繼電器HR001 接通，HR000復(fù)位，輸出點(diǎn)0501使左轉(zhuǎn)電磁閥得電，手臂左轉(zhuǎn)。停止時，按下停止按鈕SB2，0001斷開，輔助繼電器1000為OFF，互鎖指令斷開，全部輸出被禁止，但各保持繼電器的狀態(tài)是斷電保護(hù)的，機(jī)械手停在現(xiàn)行的工步上。本文介紹的程序已在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了成功的應(yīng)用。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。并且在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危及生命。可編程控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。采用氣壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運(yùn)送到指定目標(biāo)位置氣動機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?？刂埔鬄椋簹鈩訖C(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動反向的線圈才能反向運(yùn)動；上升；右行；，線圈通電時夾緊工件，線圈斷電時松開工件；機(jī)械手的夾鉗的松開、夾緊通過延1S實(shí)現(xiàn)；機(jī)械手的下降、上升、右行；課程設(shè)計(jì)說明書機(jī)械手的操作面板如圖2所示。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(yùn)算,順序控制，定時，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。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、存儲器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的。PLC 的外部設(shè)備：外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 機(jī)械手mechanical hand 也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。常用機(jī)械手傳動系統(tǒng)分機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。并且根據(jù)要求，我們設(shè)計(jì)的是氣動機(jī)械式。單周期運(yùn)行：在原點(diǎn)位置時，按下啟動按鈕設(shè)備自動運(yùn)行一個周期后停止原位；途中按下停止按鈕，設(shè)備停止運(yùn)行；再按下啟動按鈕時，設(shè)備從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行，直到原位停止。鏈接公用程序，公用程序是無條件執(zhí)行的；在手動控制方式中，其常開觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行“手動”子程序；在回原點(diǎn)控制方式中，其常開觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行“回原點(diǎn)”子程序；在單步、單周期和連續(xù)控制方式中，、其中任何一個為ON時，執(zhí)行“自動”子程序。當(dāng)系統(tǒng)處于手動工作方式和回原點(diǎn)方式時，必須將單步、單周期以及連續(xù)工作方式程序中，除初始步以外的各步對應(yīng)的存儲器位（~）復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動部的異常情況，引起錯誤的動作。手動程序梯形圖為：課程設(shè)計(jì)說明書圖23 手動程序梯形圖6．4 自動程序設(shè)計(jì)自動程序（包括單步、單周期和連續(xù)）采用起保停電路控制。當(dāng)系統(tǒng)處于單周期工作狀態(tài)時，、進(jìn)而開始程序執(zhí)行，其常閉觸點(diǎn)閉合，當(dāng)程序執(zhí)行完一個周期后，以此來實(shí)現(xiàn)單周期執(zhí)行。，即機(jī)械手處于松開狀態(tài)，課程設(shè)計(jì)說明書；,；，應(yīng)將工件先送到B點(diǎn)，再返回原點(diǎn)。因?yàn)槔碚撝R學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)遇到了不少問題，通過理論與實(shí)際的結(jié)合，進(jìn)一步提高觀察、分析和解決問題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。通過此次機(jī)械手設(shè)計(jì)，掌握相關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要步驟，對于 CAD/CAM 軟件應(yīng)用方面有了進(jìn)一步的提高。（3）各主要部件（手部、腕部、臂部）的設(shè)計(jì)計(jì)算。3．1．1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型，（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單），手部多為二指（也由多指），根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種，也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。（3）手臂是支撐被抓物體手部、腕部的重要部件，并帶動它們做空間運(yùn)動，它的主要作用是帶動手指去抓取工件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置，一般手臂 需要三個給定自由度才能滿足要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動。有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國正處于仿真階段。c 沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。（4）機(jī)械手通用性、靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性 生產(chǎn)的需要。為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件，它由視覺 傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓 取的工件。（3）能自動避開障礙物。然而利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合 理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題獲得解決，機(jī) 械手的應(yīng)用必將飛躍發(fā)展。多關(guān)節(jié)式機(jī) 械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，能抓取底面物體，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以也不多用。~180176。（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。3．7．3 夾緊力與驅(qū)動力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須以其大小，方向與作用 點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。（1）設(shè) K1= K2=1+a/g 設(shè) Vmax=70mm/s t 響= 根據(jù)以上公式得：（2）根據(jù)驅(qū)動力公式得：由于實(shí)際所采取的液壓缸驅(qū)動力要大于計(jì)算，考慮手爪的機(jī)械效率η，一般取η =~。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取 決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動部件來決定），而且也與機(jī)械手夾持誤 差大小有關(guān)，特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi) 的變化，一定要進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差分析。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的聯(lián)接。（3）具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu) 它使腕部具有繞垂直和水平軸轉(zhuǎn)動的兩個自由度。e——工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）。t 啟——啟動過程中所需時間，一般取 ~。由于又因?yàn)?所以即 3．8．4 腕部工作壓力計(jì)算 表 2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列（JB82666）20 70 110 25 75 125 32 80 130 40 85 140 50 90 160 55 95 180 63 100 200 65 105 250設(shè)定腕部的部分尺寸： 根據(jù)上表設(shè)缸體內(nèi)孔半徑 R=55 mm,外徑選擇 133mm,考慮到實(shí) 際裝配問題后，其外徑為 180mm，動片寬度 b=66mm,輸出軸半徑 r=。（2）雙層液壓缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其特點(diǎn)是工作液壓缸容積小、運(yùn)動速度快、外形整齊、活塞桿直徑大、增加 手臂剛性。通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙向?qū)驐U手臂伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動，液 壓缸選取雙作用液壓缸。F 慣——啟動或制動時，活塞桿所受平均慣性力。對于圓柱面：μ——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取μ=~ 鋼對鑄鐵：取μ=~ 計(jì)算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼、導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵，L=700mm,導(dǎo)向支撐 a=420mm,帶入數(shù)據(jù)得：（2）F 慣的計(jì)算 經(jīng)計(jì)算式中Δv——由靜止加速到常速的變化量（mm/s）。（1）液壓缸內(nèi)徑計(jì)算驅(qū)= 4102N，因此選擇液壓缸的工作壓力當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔： 所以式中 F 驅(qū)—— 手臂伸縮液壓缸驅(qū)動力（N）D ——液壓缸內(nèi)徑（mm）d——活塞桿直徑（mm）η——液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取η= P1——液壓缸的工作壓力（MPa）帶入數(shù)據(jù)得： 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB82666）,選取液壓缸的內(nèi)徑為：D=80mm（2）活塞桿直徑計(jì)算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度的要求，對于桿長 l 大于 直徑 15 倍（l15d）的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。式中 f——摩擦系數(shù) h——立柱導(dǎo)套的長度 3．10．3 手臂升降驅(qū)動力的計(jì)算 由手臂升降驅(qū)動力的公式得： F 驅(qū)=F 摩+F 密+F 回+F 慣177。經(jīng)過以上分析計(jì)算，液壓缸的驅(qū)動力為：所以當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時3．10．4 手臂升降液壓缸參數(shù)計(jì)算 經(jīng)過上面計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F 驅(qū)，因此選擇液壓缸的工作壓力 P=1MPa,為 了滿足要求，此時取 F 驅(qū)= 進(jìn)行計(jì)算。因此 3．11．2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計(jì)算 設(shè) b=60mm,液壓缸工作壓力 P=4MPa,d=50mm,則由 得 所以取液壓缸內(nèi)徑為 140mm 式中 D——液壓缸內(nèi)徑(mm)P——回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力(MPa)b——動片寬度(mm)d——輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑(mm)所以手臂回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)為：工作壓力 P 4MPa液壓缸內(nèi)徑 D 140mm動片寬度 b 60mm輸出軸直徑 d 50mm驅(qū)動力矩 M 3．11．3 液壓缸蓋螺釘計(jì)算 由表 4 可以看出螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系： T 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓力有關(guān)，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為： FQs=FQ+ FQs FQ 為工作載荷，F(xiàn)Qs為預(yù)緊力 液壓缸工作壓力為 P=4MPa,所以螺釘間距 t 小于 100mm,試選擇 8 個螺釘所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個，危險截面面積所以 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：式中 D——動片外徑(mm)［σ］——螺釘材料的許用應(yīng)力(MPa)d 1——螺釘螺紋內(nèi)徑(mm)螺釘材料選擇 Q235，取σs=240MPa,則即螺釘?shù)闹睆竭x擇 d1=14mm 經(jīng)過以上的計(jì)算，需要螺釘來聯(lián)接，最終確定液壓缸的截面尺寸，內(nèi)徑為 140mm,外 徑為 240mm，輸出軸直徑為 50mm。非常感謝在本次設(shè)計(jì)中曾給予我耐心指導(dǎo) 和親切關(guān)懷的老師以及幫助過我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢 業(yè)設(shè)計(jì)過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識和為人也深深地影響著 我，在此，請?jiān)试S我再次向曾經(jīng)給予我多次指導(dǎo)的導(dǎo)師表示最忠誠的敬意！–30–參 考 文 獻(xiàn)[1]：機(jī)械工業(yè)出版社，1994[2]－：中國鐵道出版社,1985[3]：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[4]：北京理工大學(xué)出版社，1988[5]：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1988[6]：機(jī)械工業(yè)出版社，1991[7]：機(jī)械工業(yè)出版社，1978[8]：天津人民出版社，1980[9]：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[10]孫恒 陳作模 ：高等教育出版社，2006[11]：機(jī)械工業(yè)出版社，1995[12]：電子工業(yè)出版社，1995[13]：機(jī)械工業(yè)出版社，2007第五篇：基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 課題背景及研究意義機(jī)械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象?？傊瑱C(jī)械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。通過此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。一般專用 機(jī)械手有2~3個自由度。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。，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。 機(jī)械手的構(gòu)成機(jī)械手簡述：機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕。、方向、位置、速度進(jìn)行動作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作。 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較及選型計(jì)算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)