【正文】 計(jì)目的及主要內(nèi)容...................................................6 .......................................................4 .......................................................4 3 氣動(dòng)機(jī)械手的操作要求及功能...........................................4.......................................................4 .......................................................5 4 PLC及機(jī)械手的選擇和論證.............................................6 PLC............................................................6 PLC簡(jiǎn)介...................................................6 PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置.......................................6 PLC的選擇及論證..........................................7 .........................................................7 .................................................7 ...............................................8 5 硬件電路設(shè)計(jì)及描述...................................................8 .......................................................8 PLC的I/O分配接線.............................................9 6 軟件電路設(shè)計(jì)及描述..................................................10 ..........................................10 ....................................................10 ..............................................11 ..................................................12 ..........................................12 ....................................................13 7 心得體會(huì)...........................................................15 參考文獻(xiàn).............................................................16課程設(shè)計(jì)說明書1引 言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。......以后每當(dāng)一步動(dòng)作到位，限位條件滿足時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行下一工步動(dòng)作。表1 機(jī)械手控制I/O分配表根據(jù)圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關(guān)動(dòng)作；2)左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動(dòng)作； 3)下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動(dòng)作；4)啟動(dòng)傳送帶A運(yùn)行，由光電開關(guān)SP檢測(cè)傳送帶A上有無物品送來，若檢測(cè)到物品，則抓緊電磁閥通電，機(jī)械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動(dòng)作； 5)手臂再次上升，至上升限位開關(guān)再次動(dòng)作；6)右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動(dòng)作； 7)手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動(dòng)作；8)放松電磁閥通電，機(jī)械手松開手爪，經(jīng)延時(shí)2秒后，完成一次搬運(yùn)任務(wù)，然后重復(fù)循環(huán)以上過程。圖1 機(jī)械手搬物示意圖圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶A上的物品搬運(yùn)到傳送帶B。現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用在了機(jī)械制造、冶金、化工、電力、采礦、建材、輕工、食品、環(huán)保等各行各業(yè)之中。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用 可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。 冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。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(duì)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。圖1 是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。機(jī)械手及傳送帶C 順序動(dòng)作的要求是：1)按下起動(dòng)按鈕SB1時(shí)，機(jī)械手系統(tǒng)工作。 I/O點(diǎn)編號(hào)分配根據(jù)圖3所示的機(jī)械手動(dòng)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。當(dāng)手臂上升到位時(shí)，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)。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。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(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制?？刂埔鬄椋簹鈩?dòng)機(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(shí)能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)；上升；右行；，線圈通電時(shí)夾緊工件，線圈斷電時(shí)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。但它們的組成是相同的，對(duì)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(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。I/O模塊：PLC的對(duì)外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的。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(dòng)作。并且根據(jù)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的是氣動(dòng)機(jī)械式。鏈接公用程序，公用程序是無條件執(zhí)行的；在手動(dòng)控制方式中，其常開觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行“手動(dòng)”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(gè)為ON時(shí)，執(zhí)行“自動(dòng)”子程序。手動(dòng)程序梯形圖為：課程設(shè)計(jì)說明書圖23 手動(dòng)程序梯形圖6．4 自動(dòng)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)程序（包括單步、單周期和連續(xù)）采用起保停電路控制。，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)。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(duì)于 CAD/CAM 軟件應(yīng)用方面有了進(jìn)一步的提高。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(jiǎn)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。有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國(guó)正處于仿真階段。（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。（3）能自動(dòng)避開障礙物。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。（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。（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(dòng)力公式得：由于實(shí)際所采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于計(jì)算，考慮手爪的機(jī)械效率η，一般取η =~。（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(dòng)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。e——工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）。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(dòng)片寬度 b=66mm,輸出軸半徑 r=。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(dòng)，液 壓缸選取雙作用液壓缸。對(duì)于圓柱面：μ——摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤(rùn)滑時(shí)： 鋼對(duì)青銅：取μ=~ 鋼對(duì)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）。式中 f——摩擦系數(shù) h——立柱導(dǎo)套的長(zhǎng)度 3．10．3 手臂升降驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 由手臂升降驅(qū)動(dòng)力的公式得： F 驅(qū)=F 摩+F 密+F 回+F 慣177。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——?jiǎng)悠瑢挾?mm)d——輸出軸與動(dòng)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(dòng)片寬度 b 60mm輸出軸直徑 d 50mm驅(qū)動(dòng)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(gè)螺釘在危險(xiǎn)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(gè)螺釘所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個(gè)，危險(xiǎn)截面面積所以 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：式中 D——?jiǎng)悠鈴?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?？傊?，機(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。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(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。 機(jī)械手的構(gòu)成機(jī)械手簡(jiǎn)述：機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作，簡(jiǎn)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(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)