【正文】 手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 工作過(guò)程的描述： 1) 按下起動(dòng)按鈕系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。 9) 旋轉(zhuǎn)指定角度后，并到位，橫軸前伸。 控制 器件選型 步進(jìn)電機(jī) 機(jī)械手縱軸 (Y 軸 )和橫軸 (X 軸 )選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的86BYG250A 型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為 176。本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、 4細(xì)分、8細(xì)分、 16細(xì)分、 32細(xì)分和 64細(xì)分 7種運(yùn)行模式，利用驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開(kāi)關(guān)的第 3 三位可組合出不同的狀態(tài)。 在可回旋 360176。 PLC 與這些交流接觸器的連接是通過(guò)中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù) PLC 設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟，如下圖 31所示 確定課程 研究方案 制定方案 查詢資料 設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 按要求確定硬件配置 設(shè)計(jì)電氣原理圖 按要求編寫(xiě)程序 圖 31 機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟 控制系統(tǒng)的要求 系統(tǒng)及原理 圖 32 控制和 圖 32 系統(tǒng)原理圖 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)線 機(jī)械手檢測(cè)到接近開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、相關(guān)傳感器、命令按鈕發(fā)出的信號(hào)作為 PLC 的輸入 PLC S7200 機(jī)械手的升降、前伸和收縮，手臂的旋轉(zhuǎn)、手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)械手的夾緊和放開(kāi)由 PLC 的輸出信號(hào)控制 調(diào)試程序 記錄運(yùn)行結(jié)果并分析 結(jié)束 系統(tǒng)接線圖 I/O 口接線圖 設(shè)備清單： 表 31 設(shè)備清單 序號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 1 S7200PLC CPU226 1 臺(tái) S7200PLC 均可 2 按鈕 2 個(gè) 啟動(dòng) /停止 3 磁性接近開(kāi)關(guān) DC24V 8 個(gè) 輸入傳感器信號(hào) 4 電容傳感器 DC24V 1 個(gè) 5 電磁閥線圈 DC24V 1 個(gè) 輸出負(fù)載 6 DC24V 電源 1 個(gè) 輸出負(fù)載供電 7 導(dǎo)線 若干 8 限位開(kāi)關(guān) DC24V 2 個(gè) 統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)主要是 PLC 的輸入、輸出接線圖設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)械手的動(dòng) 作過(guò)程和控制要求，確定 PLC 的型號(hào)和傳感器，合理分配輸入、輸出點(diǎn)，得到系 統(tǒng)的 PLC 輸入、輸出接線圖，如圖 所示 ： 表 32 輸入輸出接線表 輸入接口 輸出接口 PLC 端 所接元件 注釋 PLC端 所接端口 注釋 SQ0 旋轉(zhuǎn)碼盤脈沖輸出 橫軸CP 水平軸脈沖信號(hào) SQ1 接近開(kāi)關(guān) 豎軸原點(diǎn)（檢測(cè)作用） 豎軸CP 豎直軸脈沖信號(hào) SQ2 限位開(kāi)關(guān) 豎軸限位（限位保護(hù)售后作用） 橫軸DIR 水平軸方向信號(hào) SQ3 接近開(kāi)關(guān) 橫軸原點(diǎn)（檢測(cè)作用） 豎軸DIR 豎直軸方向信號(hào) SQ4 限位開(kāi)關(guān) 橫軸限位（限位保護(hù)作用） 底盤F 底盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 續(xù)表： 32 輸入接口 輸出接口 SQ5 接近開(kāi) 底盤原點(diǎn)檢 底盤 底盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān) 測(cè) R SQ6 接近開(kāi)關(guān) 底盤到位檢測(cè) T 軸 F 手臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) SQ7 接近開(kāi)關(guān) 手臂轉(zhuǎn)動(dòng)原點(diǎn) (T 軸 ) T 軸 R 手臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) SQ8 接近開(kāi)關(guān) 手臂轉(zhuǎn)動(dòng)到位（ T軸） 蜂鳴器 報(bào)警信號(hào) SB1 啟動(dòng)信號(hào) 電磁閥 夾手張開(kāi)信號(hào) SB2 停止信號(hào) SQ9 傳感器 工件檢測(cè)信號(hào) PLC 控制的安裝與布線 輸入接線 （ 1）輸入接線一般不要超過(guò) 30m。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。 方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。經(jīng)過(guò)不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。導(dǎo)師淵博的知識(shí) 、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、孜孜不倦的鉆研精神以及平易近人的作風(fēng)為我樹(shù)立了榜樣，激勵(lì)著我?jiàn)^發(fā)向上，努力學(xué)習(xí)。通過(guò)本次 設(shè)計(jì) ， 可 以 根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機(jī)械手控制系統(tǒng) 具有 了 很大的靈活性和可操作性 本文中介紹的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)對(duì)于教學(xué)有很好的輔助作用。 經(jīng)論證本次設(shè)計(jì)采用的編程方式選用方案三。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。 PLC 供電電源為 50Hz、 220V?10%的交流電。 電源接線 電源是 PLC 引入干擾的主要途徑之一， PLC 應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高 PLC 的可靠性有很大幫助。 ⑶ PLC 的模擬量輸入、輸出點(diǎn) 自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC 的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測(cè)的管網(wǎng)壓力信號(hào)，壓力信號(hào)是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) 4 一 20mA 進(jìn)行傳輸?shù)?。 PLC 的選型 PLC 輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定。 的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)有直流無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)，系統(tǒng)選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的 57BL1010H1 無(wú)刷直流電機(jī)，其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、效率高。 如圖 22. 圖 22 86BYG250A 型兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是 SH20403 型，該驅(qū)動(dòng)器采用 10～ 40V 直流供電，H橋雙極恒相電流驅(qū)動(dòng)，最大 3A 的 8 種輸出電流可選，最大 64細(xì)分的 7種細(xì)分模式可選，輸入信號(hào)光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機(jī)保持功能，半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。 13) 上升到位后，夾手復(fù)位。 5) 當(dāng)手臂下降到最大行程后，下降到位，機(jī)械手夾緊工件。 四 自由度 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程 圖 21 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖 21 所示，有氣控機(jī)械手 (1)、 XY 軸絲杠組 (2)、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu) (3)、旋轉(zhuǎn)基座 (4)等組成。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化 水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率 :可以減輕動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn) 。本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將 PLC 應(yīng)用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的硬件件設(shè)計(jì)。要求輸入 —輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。如圖 11所示。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通 /斷開(kāi)（ ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。 ⑤ 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選?？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 5 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)。就是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈 活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來(lái)代替繼電－ 接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。 日本在工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械手最多，發(fā)展最快的國(guó)家，自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后開(kāi)始大力研發(fā)機(jī)械手。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。 現(xiàn)代工業(yè)中，自動(dòng)化在生產(chǎn)過(guò)程中已日趨突出，機(jī)械手就是在機(jī)械工業(yè)中為實(shí)現(xiàn)加工、裝配、搬運(yùn)等工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。第三類是專用機(jī)械手，通常依附于自動(dòng)生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上下料和裝卸工件。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。而對(duì)當(dāng)今的 PLC 幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要 PLC。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中一個(gè)重要組成部分。它的特點(diǎn)是具備不同裝置的性能之外還具備通用機(jī)械及記憶功能的三元型機(jī)械。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，長(zhǎng)臂頂端有電磁 抓放機(jī)構(gòu)。它是不屬于其他主機(jī)的獨(dú)立裝置。 機(jī)械手首先是在美國(guó)開(kāi)始研制。 目前機(jī)械手在工業(yè)上主要用于機(jī)床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還不能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行 PC 之功能被視為 PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。 2）各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10～ 20ms。 ③ 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采 用模塊化結(jié)構(gòu)。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶 程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到 STOP 工作狀態(tài)?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)， CPU 從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。 輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí) 的滯后時(shí)間約為 1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為 1ms。它的特點(diǎn)是通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng) 化水平的重