【正文】 ............................................... 33 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 裝配單元簡介 裝配單元概述 裝配單元是將生產(chǎn)線中分散的兩個物料進(jìn)行裝配的過程。 為了能對料倉缺料時及時報警，在料倉的外部安裝漫反射光電傳 感器，并在料倉塑料圓柱上縱向銑槽，以使光電傳感器的紅外光斑能可靠照射到被檢測的物料上。整體外型如圖所示： 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 PLC 驅(qū)動與豎直氣缸相連的電磁換向閥動作，由豎直移動帶導(dǎo)桿氣缸驅(qū)動氣動手指向下移動，磁性開關(guān)檢測到下移到位后，氣動手指驅(qū)動手爪夾緊物料，并將加緊信號通過磁性開關(guān)傳送給 PLC，在 PLC 控制下，豎直移動氣缸復(fù)位，被夾緊的物料隨氣動手指一并 提起，離開位置變換機(jī)構(gòu)的料盤，提升到最高位后，水平移動氣缸在與之對應(yīng)的換向閥的驅(qū)動下，活塞桿伸出，移動到氣缸前端位置后，豎直移動氣缸再次被驅(qū)動下移，移動到最下端位置，氣動手指松開，經(jīng)短暫延時，豎直移動氣缸和水平移動氣缸縮回，機(jī)械手恢復(fù)初始狀態(tài)。 機(jī)械手雖然目前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大等特點(diǎn)，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，例如： ，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。但是，自由度的增加，也必然會使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)器人的控制更困難，成本也會增加。 ，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。當(dāng)光電開關(guān)檢測到物品后，傳送帶 A停。放松動作為時間控制（設(shè)為 2s）。 由于需要輸出驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)的高速脈沖，因此 PLC 應(yīng)采用晶體管輸出型。 二、數(shù)字量 I/O 擴(kuò)展模塊 數(shù)字量 I/O 擴(kuò)展模塊有： EM221：數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊。 ASInterface 從站可以連接到端子上。 （２）雙方的初始化，使波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)都相同。 （ 4）傳輸過程 ＰＣ機(jī)與ＦＸ系列ＰＬＣ之間采用應(yīng)答方式通信，傳輸出錯則組織重發(fā)。存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各 I/0 狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫入 I/0 狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。可編程序控制器是通過編號來識別信號的。程序設(shè)計(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試 )也可在別的工具上進(jìn)行。 手腕的運(yùn)動：回轉(zhuǎn)運(yùn)動、上下擺動、左右擺動。 (2）圓柱坐標(biāo)機(jī)械手 由立柱和一個安裝在立柱上的水平臂組成，手臂可作前后伸縮、上下升降和繞立柱轉(zhuǎn)動三個動作，這種結(jié)構(gòu)占據(jù)空間位置小，活動范圍大。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模 集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。 回轉(zhuǎn)速度 90176。 以上動作均采用氣動方式驅(qū)動，即用五個二 位五通電磁閥 (每個閥有兩個線圈，對應(yīng)兩個相反動作 )分別控制五個氣缸，使機(jī)械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓放動作。上升到位后，傳送帶 B 開始運(yùn)動，同時機(jī)械手右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位，傳送帶 B停止，此時傳送帶 A開始運(yùn)行直到按下光電開關(guān)才停止，再次循環(huán)。PLC 使用環(huán)境溫度通常在 0℃ ～ 55℃ 范圍內(nèi)，應(yīng)避免太陽光直接照射，安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的器件，同時應(yīng)保證有足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件。良好的接地是保證 PLC 安全可靠運(yùn)行的重要條件。這里的接地是指決定系統(tǒng)電位的地，而不是信號系統(tǒng)歸路的接地。 3 、 PLC 的輸入、輸出設(shè)備 輸入電路是 PLC 接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。 安裝與布線 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源， 不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。 電源過負(fù)荷的保護(hù)：對于一些易過負(fù)載的輸出設(shè)備應(yīng)設(shè)置必要的限流保護(hù)電路。安裝在導(dǎo)桿末端的行程調(diào)整板用于調(diào)整該導(dǎo)桿汽缸的伸出行程。 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。在陜航的這三年日常生活和學(xué)習(xí)中，院系各位老師以及全體同學(xué)給予我很大的支持和幫助，在此，我向他們以及多年來為我的成長付出辛勤勞動的老師和同學(xué)表示衷心的感謝，感謝陜西航空職業(yè)技術(shù) 學(xué)院為我提供的良好學(xué)習(xí)生活環(huán)境。 機(jī)械手采用 PLC 控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時間控制還是行程控制或混合 控制，都可通過設(shè)定 PLC 程序來實(shí)現(xiàn)。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 結(jié) 論 本次設(shè)計的是 柔性制造系統(tǒng)的裝配單元 ，相對于 其他裝配單元 ，通用機(jī)械手的自由度可變， 控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 如圖 41 所示。 外部安全 為了確保整個系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故障、 PLC 出現(xiàn)異常、誤操作以及誤輸出造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事故， PLC 外部應(yīng)安裝必要的保護(hù)電路。 PLC 應(yīng)注意的問題及解決方法 工作環(huán)境 溫度 PLC 要求溫度在 055℃ ，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。在設(shè)計電路時，應(yīng)盡量選用可靠性高的元器件，對于模擬量輸入信號來說，常用的有 4～ 20mA、 0～ 20mA 直流電流信號； 0～ 5V、 0～ 10V直流電壓信號，電源為直流 24V。因此 交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近 PLC 。 2 、 PLC 的電源與接地 PLC 本身的抗干擾能力一般都很強(qiáng)。在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機(jī)的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設(shè)計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部干擾。 工業(yè)機(jī) 械手的工作流程 此機(jī)械手用于 AB 傳送帶之間的取放貨物。/s 手指夾持范圍 ： 棒料 : 80～ 150mm 片料 : 面 積不大于 Z 定位方式 ： 行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 定位精度 ： 士 l1,緩沖方式 ： 液壓緩沖器 ： 氣壓傳動 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 1控制方式 ： 點(diǎn)位程序控制 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 系統(tǒng)簡介 控制對象為圓柱 坐標(biāo) 氣動機(jī)械手。 根據(jù)以上特點(diǎn)， 我選擇了 PLC 作為我此次設(shè)計機(jī)械手的軟件。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動機(jī)構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。 所以通過上述我采取了下列設(shè)計方案。R:,100200 歐 ) 直流感性負(fù)載 在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管 (額定電流為 1 安左右 )或齊納二管 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第三章 裝配單元的系統(tǒng)控制設(shè)計 裝配單元機(jī)械手裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 對氣動機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾一放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。 (4)助記符機(jī)器程序 相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的 (即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同 )，用簡易編程器時，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。然后， CPU 又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。 在處理輸入信號階段， CPU 對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到 I/0 狀態(tài)表中存放。 第一階段是初始化處理。 2． 2 ＦＸ系列ＰＬＣ的通信協(xié)議 在ＰＣ機(jī)中必須依據(jù)互聯(lián)的ＰＬＣ的通信協(xié)議來編寫通信程序，因此先介紹ＦＸ系列ＰＬＣ的通信協(xié)議。每個模塊可以控制一個軸。 這些通信模塊有： EM277： PROFIBUSDP/MPI 通信模塊。面板上每一輸入插孔旁都設(shè)有一個鈕子開關(guān)，該開關(guān)的 2 根引出線分別連接到 PLC 輸入端的公共參考點(diǎn)和相應(yīng)的輸入點(diǎn)，開關(guān)扳倒接通位置時，使該輸入點(diǎn) ON，可以用于程序調(diào)試。一種是廠家提供的普通手持式編程器編程，一般只能用于廠家規(guī)定的語句表中的語句進(jìn)行編程；另一種是在普通計算機(jī)上運(yùn)行專用的編程軟件來編程，支持的編程語言多編程操作非常方便；第三種是廠家專用圖形編程器編程，這類編程器采用梯形圖編程，方便直觀，我們此次設(shè)計就是采用梯形圖編程。 ／下降和左移／右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個線圈完成一個動作。 通過對數(shù)控機(jī)床上下料作業(yè)的具體 分析，考慮數(shù)控機(jī)床加工的具體形式及對機(jī)械手上下料作業(yè)時的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低控制的難度，本設(shè)計手腕不增加自由度，實(shí)踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的， 3 個自由度來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料完全足夠。因此，要具體問題具體分析，考慮機(jī)器人的多種布局，運(yùn)動方案，選擇滿足要求的最簡單的方案。 機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)器人的手臂運(yùn)動（包括腰座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動），給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動位置，而安裝在機(jī)器人手臂末端的手腕，則給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動姿態(tài)。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 就是將多個閥集中在一起組成的一組閥，每一個閥的功能是彼此獨(dú)立的。在兩直線氣缸上均裝有檢測活塞桿伸出與縮回到位的磁性開官，用于動作到位檢測，當(dāng)系統(tǒng)正常工作并檢測到活塞磁鋼的時候，磁性開關(guān)的紅色指示燈點(diǎn)亮，并將檢測到的信號傳送給控制系統(tǒng)的 PLC。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 豎直料倉中的物料在重力作用下自動下落，通過兩直線氣缸的共同作用，分別對底層相鄰兩物料加緊與松開，完成對連續(xù)下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路徑 落入由氣動擺臺構(gòu)成的物料位置轉(zhuǎn)換裝置，由擺臺完成 180 度位置變換后，由前后移動氣缸，上下移動氣缸，氣動手指所組成的機(jī)械手夾持后位移，并插入以定位的半成品工作中。 裝配單元的結(jié)構(gòu)組成 由于裝配單元不僅要完成對分散的物料的裝配過程， 而且配有自身的物料倉庫，因此它的結(jié)構(gòu)組成包括：簡易物料倉庫，物料分配機(jī)構(gòu)氣動系統(tǒng)及其閥組，信號采集及其自動控制系統(tǒng)，以及用于電器連接的端子排組件，整條生產(chǎn)線狀態(tài)指示燈和用于其他機(jī)構(gòu)安裝的鋁型材支架及底板，傳感安裝支架等其他附件。物料分配機(jī)構(gòu)的底部裝有用于檢測有無物料的光電傳感器，使控制過程更準(zhǔn)確可靠。裝配單元的閥組 6 個二位五通單電控電磁換向閥組成，如下圖所示。機(jī)器人手腕是機(jī)器人操作機(jī)的最末端，它與機(jī)器人手臂配合運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)安裝在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運(yùn)動軌跡與運(yùn)動姿態(tài)，完成所需要的作業(yè)動作。 ，在 設(shè)計機(jī)器人手腕時，應(yīng)力求減少其重量和體積，結(jié)構(gòu)力求緊湊。具體的手腕（手臂手爪聯(lián)結(jié)梁）結(jié)構(gòu)見圖 21。