【正文】 直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。因此， PLC應(yīng)用范圍很廣。 圖 42 機(jī)械手的動作周期 第四章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計 36 I/O接口簡介 A、 I/O接口的概念 CPU與外部設(shè)備、存儲器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲器 接口。 在線程序編輯 在線改變程序不會損失工作時間或停止 生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。時間設(shè)置和比較指令易于操表功能對過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價值的信息。 編程簡單、使用、維護(hù)方便；組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣；體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動作復(fù)雜的場合，本設(shè)計正是以 PLC控制為基礎(chǔ)從而實現(xiàn)機(jī)械手的各種動作。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動 化。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設(shè)計 和制造也十分重視。 圖 41 PLC PLC 的主要結(jié)構(gòu)有： A： 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。 1968 年美國 GM通用汽車公司提出取 代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了 GM 公司裝配線的需要。這種控制系統(tǒng)是由執(zhí)行元件執(zhí)行一動作后，河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 29 由行程發(fā)信器發(fā)出信號，此信號輸入到邏輯控制回路，由其作 出判斷并發(fā)出有關(guān)直行信號，指揮執(zhí)行元件執(zhí)行下一個動作，此動作完成后，又發(fā)出新的信號，直到完成預(yù)定定控制為止。 (180/1)= mN? 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , 慣摩 MkM ?? =179。 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。機(jī)械手末端 執(zhí)行器的水平伸縮運(yùn)第二章 機(jī)械手方案設(shè)計及計算 24 動和豎直升降運(yùn)動各由一個氣缸控制，即以最簡單的形式，在兩個位置（完全伸出和回縮位置）之間進(jìn)行切換。 手臂的各種運(yùn)動通 常由常用的驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或氣缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)械手的手臂運(yùn)動（包括腰座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動），給出了機(jī)械手末端執(zhí)行器在其工作 空間中的運(yùn)動位置，而安裝在機(jī)械手手臂末端的手腕，則給出了機(jī)械手末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動姿態(tài)。 彈簧反作用按下式計算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? fG = nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 彈簧預(yù)壓縮量， m 第二章 機(jī)械手方案設(shè)計及計算 18 s 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， m n 彈簧有效圈數(shù) . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計中，必須考慮負(fù)載率 ? 的影響，則 :tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 :??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 ?fGnDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ? ? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關(guān)手冊圓整，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 圓整后，取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中， [? ] MPa120? ， NF 11921 ? 則 : )120/11924( ??? ?d ?? mm 故其 滿足實際設(shè)計要求。1F 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 αααα αα 由 ?Mol(F) =0 得 39。 (3) 在保證本身剛度，強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，以利于減輕手臂負(fù)載 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，此外，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。氣動系統(tǒng)一般只需要 即可建立起所需的壓力和速度。 目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作 有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳送到下一個生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。 1978年美國 Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于177。 第一章緒論 6 本機(jī)械手主要與數(shù)控車床（數(shù)控銑床，加工中心等）組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。 its operation, including: back in situ, manual, singlestep, single cycle, continuous。其 動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù) ； 完成搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)工件的最終要求。 目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國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)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(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。 1962年美國機(jī)械鑄造公司也試驗成功一種叫 Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。 第二代機(jī)械手正在加緊研制?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。 所以本設(shè)計將采取氣壓驅(qū)動， 相比傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動，氣動技術(shù)有以下優(yōu)點： （ 1）介質(zhì)提取和處理方便。 2． 2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 手部設(shè)計要求 手部設(shè)計要求如下： (1) 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力 應(yīng)考慮到在一定的夾緊力下， 除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 在杠桿 3的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O 點，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 F1和 F2。 179。腕部驅(qū)動器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅(qū)動，并選用高強(qiáng)度的鋁合金制造。工作空間的形狀和大小與河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 21 機(jī)械手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系； ，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂 有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計中用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過選型，采用大型葉片式擺動氣缸 CRB1系列，需設(shè) 計其葉片內(nèi)直徑與葉片軸直徑計算公式如下： T= 81 10bpn）DD 62221 ??（ 葉 片 寬 度設(shè) 計 為 b=9mm, 氣 缸內(nèi) 徑為 1D =100mm, 軸徑 2D =32mm, , 葉片數(shù)n=1, MPaP ? , 則理論驅(qū)動力矩 ： 第二章 機(jī)械手方案設(shè)計及計算 26 T=81 10bpn）DD 62221 ??（ = 圖 27 擺動氣缸 尺寸校核： 1．測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量 m1=5 kg,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑 r=100mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： 221rmJ? =5179。適用于承載能力大、慣量大環(huán)境中進(jìn)行工作。 PLC 簡介 PLC 的發(fā)展歷史 可編程序控制器的英文為 Programmable Controller,在二十實際七十至八十年代一直簡稱為 PC。 第四章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計 32 PLC的結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上分 ,PLC 分為固定式和組合式 (模塊式 )兩種。 (3) EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) 這是一種電可擦除的只讀存儲器。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊， (三 ) 大型 PLC 一般 I/O 點數(shù)在 1024 點以上的稱為大型 PLC。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 37 三菱 PLC FX2N80MR001是 FX系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列。 PLC 的 I/O 分配如下： 表 41 I/O 分配表 x1 啟動 y1 報警燈紅 x2 停止 y2 報警燈綠 x3 工件到位 y3 手臂伸長電磁閥 x4 機(jī)械手原位 y4 手臂收縮電磁閥 x5 下降到位 y5 上升電磁閥 x6 上升到位 y6 下降電磁閥 x7 夾緊工件 y7 手腕右轉(zhuǎn)電磁 閥 X8 放松到位 y8 手腕左轉(zhuǎn)電磁閥 X9 單周期 y9 夾緊電磁閥 x10 連續(xù) y10 放松電磁閥 第四章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計 38 x11 回原位 y11 下降指示 x12 上升 y12 上升指示 x13 下降 y13 夾緊指示 x14 放松 y14 放松指示 x15 快進(jìn) y15 慢進(jìn)指示 x16 慢進(jìn) y16 慢退指示 x17 快退 y17 快進(jìn)指示 x18 慢退 y18 快退指示 x19 復(fù)位 x20 左旋 x21 右旋 PLC外圍接線圖如下 ： 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 39 X1X2Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18Y9X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13 X3X14 X15X16 X17X18X19X20X21FX2N80MR001報警燈紅報警燈綠手臂伸長電磁閥手臂收縮電磁閥上升電磁閥下降電磁閥手腕右轉(zhuǎn)電磁閥手腕左轉(zhuǎn)電磁閥8夾緊電磁閥放松電磁閥下降指示上升指示夾緊指示放松指示慢進(jìn)指示慢退指示快進(jìn)指示快退指示啟動停止機(jī)械手原位下降到位上升到位夾緊工件放松到位單周期連續(xù)回原位上升下降工件到位放松快進(jìn)慢進(jìn)快退慢退左旋右旋復(fù)位圖 42 PLC I/O 接線控制圖 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 40 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)的一個綜合考察。 （ 2） I/O接口控制卡 有若干個集成電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與 CPU同在主板上，或是一個插件插在系統(tǒng)總線插槽上。用 PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。目前液晶屏（或觸摸屏式）的一體式操作員終端 應(yīng)用越來越廣泛，由計算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 B： 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。隨著集成電 路技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代 PLC 產(chǎn)品了 在八十年代至九十年代中期是 PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。 由于手臂可自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運(yùn)動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動。 伸縮手臂的設(shè)計 伸縮手臂為機(jī)械手執(zhí)行水平伸縮運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，它是連接機(jī)械手末端執(zhí)行器和豎直升降手臂的部件，它的基本作用是完成末端執(zhí)行器的伸出和縮回運(yùn)動。 因此，要具體問題具體分析，考慮機(jī)械手的多種布局，運(yùn)動方案，選擇滿足要求的最簡單的方案。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)械手的控制更困難，成本也會增加。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 1 2 3NF K K K G? (22) 式中 1K —— 安全系數(shù)，通常 ~； 2K —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。夾持式中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式；按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種；按模 仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)