【正文】 所謂嚴(yán)師出高徒，老師的嚴(yán)格把關(guān)和細(xì)心地指導(dǎo)，用心的督促我們，讓我們非常的感動(dòng)。運(yùn)用組態(tài)軟件對(duì)機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測(cè)。這樣可以與 PLC 實(shí)現(xiàn)聯(lián) 機(jī)功能，可以操作不同的按鈕來檢驗(yàn)程序的是否正確，不正確則應(yīng)該及時(shí)的做出相應(yīng)的改正。其中啟停功能就是在需要的時(shí)候被啟動(dòng)，在不需要的時(shí)候被停止。其中 MCGS 組態(tài)軟件的界面如下圖 53 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 26 頁 共 36頁 圖 53 機(jī)械手控制系統(tǒng)的 MCGS界面 工程建立和變量定義 (1) 進(jìn)入組態(tài)環(huán)境中，屏幕上會(huì)出現(xiàn)窗口環(huán)境，各種功能對(duì)應(yīng)于其中。通過這些構(gòu)建，可以有效地將其它窗口進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)定，達(dá)到可視化的效果。 MCGS 的主要組成 MCGS 主要由主控窗口、用戶窗口、設(shè)備窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略這五部分組成。加入手動(dòng)控制系統(tǒng)可以很方便的檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制我們可以在相應(yīng)的電磁閥上實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能 [13]。 FX 系列 PLC 系統(tǒng)配置靈活，有基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊這三種配置，三種配置決定了三種不同的價(jià)格，可以滿足不同人的需求，而且它的性價(jià)比也是非常高的。 (4) 功能完善：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)張， PLC 的功能也是越來越多， 新的功能在不斷地增加，從原來的只有普通的控制到現(xiàn)在擁有邏輯的控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)，到現(xiàn)在能夠單獨(dú)的進(jìn)行過程控制、數(shù)模的轉(zhuǎn)換、信息處理和聯(lián)網(wǎng)功能。它的主電路模塊是用大規(guī)模集成電路制成，而且在電路上加入了濾波整流電路，同時(shí)還可以防止受潮、防止塵土、抗震等 [1]。 PLC 生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品尅是系列化和各種不同的標(biāo)價(jià)。 PLC 主要以微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)而來的，設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、智能技術(shù)、電子技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)一體的多功能控制系統(tǒng)。內(nèi)部還有自我檢查功能，當(dāng)有故障出現(xiàn)時(shí)，會(huì)及時(shí)報(bào)警。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 36頁 20 世紀(jì) 80 年代初 PLC在先進(jìn)工業(yè)國家中已 得到 廣泛 地 應(yīng)用。隨著 微處理器 的出現(xiàn)， 人們 很快的 將 微處理器引入到 可編程邏輯控制器 中去 ， 這樣 使可編程邏輯控制器 的各方面的性能大大提高了。 在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)于鋁合金材料的機(jī)械手臂，選擇高頻振蕩型傳感器。這就是接近開關(guān) [17]。它的目的就是為了測(cè)量以我們需要的形式表現(xiàn)出來。 (4) 當(dāng)電磁閥 4 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 14，氣流 會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 5，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)氣缸右側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得氣缸向右擺動(dòng)。 其抓取力較大，并且可以確保力恒定。同時(shí)還需要配備多種抓取機(jī)構(gòu)，以必要時(shí)可以安裝旋轉(zhuǎn)氣爪。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁 共 36頁 升降導(dǎo)向氣缸 在機(jī)械手中往往不只有水平氣缸，在本設(shè)計(jì)中也用到了升降導(dǎo)向氣缸，通常為了完成抓取并將工件放置到目標(biāo)工作臺(tái)上，這時(shí)必須設(shè)置具有升降功能的氣缸來完成特定的抓取任務(wù)。缸筒前后蓋四角有四根拉桿和螺母進(jìn)行緊固。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁 共 36頁 單向節(jié)流閥 單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥組合而成的，帶有壓力的氣體從 P 流向 A，經(jīng)過節(jié)流閥的作用，它只能向一個(gè)方向流動(dòng)，這種方式常被用于調(diào)速和延時(shí)回路中。本次課題所設(shè)計(jì)的是自動(dòng)控制模式，通過對(duì) PLC 編寫特定的程序，機(jī)械手會(huì)按照一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成特定的動(dòng)作，往往在設(shè)計(jì)中我們加入手動(dòng)控制模式，這樣便于安裝和調(diào)試，當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以用手動(dòng)控制來檢測(cè)故障點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)元件 的 能夠?qū)崿F(xiàn)上升、下降、旋轉(zhuǎn)、前后左右移動(dòng)的這些動(dòng)作 ， 叫做 機(jī)械手的自由度。機(jī)械手的手部可以模仿人的手指，因此非常的靈活。 在過去的幾十年里，機(jī)械手發(fā)展非?？?，迅速發(fā)展成為一種高科技的自動(dòng)化程度非常高的生產(chǎn)設(shè)備。尤其在一些有污染環(huán)境 的場(chǎng)合，機(jī)械手的實(shí)用性更加體現(xiàn)出來。機(jī)械手的直線、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是通過氣缸來完成，氣缸的運(yùn)動(dòng)由電磁閥本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁 共 36頁 來驅(qū)動(dòng)。在國家相對(duì)政策的扶持下，開始用機(jī)械手對(duì)加工零件進(jìn)行噴漆和焊接的工作，這些都是國內(nèi)自己開發(fā)研制的機(jī)器。 MCGS 是一種用于對(duì)機(jī)械手整體監(jiān)控的一種組 態(tài)軟件，通過對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的采集， MCGS 以動(dòng)畫形式表現(xiàn)，對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行監(jiān)控和整個(gè)流程的控制。 工業(yè)的自動(dòng)化程度的高低離不開 PLC， 它的控制能力越高，自動(dòng)化的程度也越高。其中，機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的，而且它的發(fā)展也是最快的。 機(jī)械手是一門綜合性的學(xué)科，它包含了機(jī)械、電子、材料、自動(dòng)控制等許多學(xué)科方面的知識(shí)。 在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，選用三菱系列的 PLC 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，完成自動(dòng)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但是在機(jī)械加 工的過程中，對(duì)于零件的加工、處理和裝配這些過程是不連續(xù)的，所以在工業(yè)生產(chǎn)中加入生產(chǎn)自動(dòng)化可以有效地解決這些問題。我國的“ 863”機(jī)械手技術(shù)主題成立以來，國家對(duì)于這些技術(shù)的推廣和引進(jìn)，逐漸使得機(jī)械手行業(yè)成為了真正高新的產(chǎn)業(yè)。 人們對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，同樣也要求具有創(chuàng)新性，更符合人性化和工業(yè)化。對(duì)于三菱系列的 PLC,它的通用性好、適用范圍廣、靈活性和編程簡(jiǎn)單等方法來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)元件和控制系統(tǒng)這三個(gè)部分組成了機(jī)械手。身軀主要是用來安裝手臂、動(dòng)力源和各執(zhí)行元件，而且它可以起到連接的作用。其中，底座的旋轉(zhuǎn)采用的是擺動(dòng)氣缸，手臂前后和上下運(yùn)動(dòng)選擇的是帶導(dǎo)向的氣缸，保證氣爪在抓取工件時(shí)的穩(wěn) 定性和可靠性，能夠有效地抓取到工件，然后在每個(gè)極限位置加上傳感器進(jìn)行反饋，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的精確性和平穩(wěn)性 [10]。 氣動(dòng)控制元件選型 單向閥 單向閥的氣體的流動(dòng)方向一般是單向的，當(dāng) P口的氣壓大于活塞彈簧的壓力時(shí)，活塞將會(huì)被打開，此時(shí) P口和 A口將會(huì)聯(lián)通，這時(shí)氣體能夠順利通過。在日常生活中，單作用分為兩類：有桿活塞和無桿活塞?，F(xiàn)在無桿氣缸廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、注塑機(jī)等開門裝置中，通常也用于多功能的坐標(biāo)機(jī)器人的輸送線和抓取工件上。 氣爪 機(jī)械手的氣爪是用來 實(shí)現(xiàn)抓取功能，是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手重要組成部分之一。以下介紹幾種常見的氣爪： 如圖 （ a）所示為平行移動(dòng)的氣爪，平行氣爪通過兩個(gè)活塞進(jìn)行控制，成對(duì)心本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 共 36頁 方式移動(dòng)。大概工作 原來如下所示： (1) 當(dāng)電磁閥 5 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 15，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 7，最后進(jìn)入垂直氣缸左側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得垂直氣缸伸出。 按照上述控制可以進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，在本次設(shè)計(jì)中最主要對(duì)機(jī)械手能夠進(jìn)行自動(dòng)操作控制，使其能夠自動(dòng)運(yùn)行，加入手動(dòng)控制是為了檢驗(yàn)和故障處理方便 [16]。在本次課題設(shè)計(jì)中選用的是小型接近式的傳感器。金屬中也會(huì)分靈敏度高低，有些材料靈敏度高，它的 檢測(cè)距離可以近可以遠(yuǎn)，但對(duì)于靈敏度低的，只能將距離拉到最近。 自 1969 年開始，美國數(shù)字設(shè)備有限公司研究出了第一臺(tái) PLC，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)以集成電路為主的情況下，只能完成一些簡(jiǎn)單的控制。隨著對(duì) PLC 逐漸精致的研究和設(shè)計(jì)， PLC 的體型越來越小巧，它的精確運(yùn)算能力也是越來越高。 同時(shí)，出現(xiàn)了各種各樣的功能，如：人機(jī)交互功能單元和通信單元。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)是由 CPU、存儲(chǔ)器單元、 I/O 裝置、電源接口、擴(kuò)展模塊、單獨(dú)的編程器和其它外圍設(shè)備組成，這些結(jié)構(gòu)都是通過數(shù)據(jù)總線相互連接而成 [14]。因?yàn)閷?duì)它的極大需求，驅(qū)動(dòng)了它的急速的發(fā)展 了起來，并且向著更好更快，更小的方向發(fā)展。工廠自動(dòng)化的需要，開發(fā)了適用于過程控制的特殊模塊。 (3) 編程簡(jiǎn)單： PLC 主要是用于面向用戶的設(shè)備，用戶使用必須簡(jiǎn)單易學(xué)，最重要的是編程要最簡(jiǎn)單易用而且要易懂。 PLC 的選型 本次設(shè)計(jì)中，選用的是三菱 FX系列的 FX2N48MR 型號(hào)的 PLC,它的輸入輸出點(diǎn)共48個(gè)，滿足一般控制的需求，實(shí)物圖如圖 37所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 36頁 圖 37 三菱 FX2N系列 PLC實(shí)物圖 三菱公司的 FX 系列 PLC 適應(yīng)性廣，擴(kuò)展性也是非常豐富，最多能夠擴(kuò)展到 256個(gè) I/O 點(diǎn)。對(duì)于 FX 系列的單元結(jié)構(gòu)一般采用插接式的方法接線，這樣更換單元會(huì)更加方便 [8]。目前很多組態(tài)軟件都可以和 PLC 構(gòu)成組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，它非常方便而且易于運(yùn)用，現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)監(jiān)控的一大主流。設(shè)備窗口具有唯一性，一套系統(tǒng)只有唯一的窗口。通過對(duì)腳本程序和一些定時(shí)程序的設(shè)定可以達(dá)到對(duì)機(jī)械手的控制。變量包括對(duì)數(shù)據(jù)的名稱、大小、類型進(jìn)行數(shù)據(jù)定義，也就是對(duì)相關(guān)參數(shù)的確定。 如圖 55所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 共 36頁 圖 55 程序編寫 在進(jìn)行定時(shí) 器設(shè)定的同時(shí)，也添加一個(gè)腳本程序，利 用定時(shí)器和腳本程序這兩個(gè)控制方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的定時(shí)控制。 經(jīng)過指導(dǎo)老師范老師四五個(gè)月悉心指導(dǎo)，從一開始到現(xiàn)在學(xué)到了許許多多的知識(shí)，例如：機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的 選型和配置，怎樣去很好的組合它們，達(dá)到基本設(shè)計(jì)的要求； PLC的靈活運(yùn)用也是老師細(xì)心指導(dǎo)的一個(gè)方面， PLC的硬件接線、 PLC的選型、程序的編寫和整體的調(diào)試運(yùn)行，老師在一旁用心的幫我檢查和糾正。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁 共 36頁 致謝 歲月如梭，轉(zhuǎn)眼之間大學(xué)四年飛速而過。在這里真誠的向范老師致謝。在設(shè)計(jì)中，不僅僅是設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)化的程序，而是要考慮到它的工藝性和價(jià)值性，一定要節(jié)約成本，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。利用氣缸、電磁閥、 PLC裝置、傳感器和一些輔助設(shè)備，達(dá)到了控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的目的。狀態(tài)報(bào)告功能就是有沒有到設(shè)定時(shí)間。 (3) 在對(duì)應(yīng)的文件名輸入：機(jī)械手的控制系統(tǒng)，同時(shí)按下保存按鈕，進(jìn)行保存，這是對(duì)工程設(shè) 定完畢。這個(gè)窗口主要用來存放不同類型的變量，將數(shù)據(jù)采集、處理