【文章內(nèi)容簡介】 。 為 防 止 損 壞 被 夾 的 物 體 ， 夾 緊 力 應(yīng) 限 制一 定 的 范 圍 內(nèi) ， 并 鑲 有 軟 質(zhì) 墊 片 、 彈 性 襯 墊 或 自 動 定 心 結(jié) 構(gòu) 。為 防 止 突 然 停 電 被 抓 物 體 落 下 ， 還 可 以 有 自 鎖 結(jié) 構(gòu) 。 夾 緊 機 構(gòu)本 身 則 應(yīng) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 動 作 靈 活 和 動 作 可 靠 。 夾 緊 機 構(gòu) 形 式 多 樣 ， 有 機 械 式 、 吸 盤 式 和 電 磁 式 等 。 有 的夾 緊 機 構(gòu) 還 帶 有 傳 感 裝 置 和 攜 帶 工 具 進 行 操 作 的 裝 置 。本河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 10 設(shè) 計 采 用 機 械 式 的 夾 緊 機 構(gòu) 。 機 械 式 夾 緊 機 構(gòu) 是 最 基 本 的 一 種 ， 應(yīng) 用 廣 泛 ， 種 類 繁 多 。如 按 手 指 運 動 的 方 式 和 模 仿 人 手 的 動 作 ， 可 分 為 回 轉(zhuǎn) 型 、 直 進型 ； 按 夾 持 方 式 可 分 為 內(nèi) 撐 式 、 外 撐 式 和 自 鎖 式 ； 按 手 指 數(shù) 目可 分 為 二 指 式 、 三 指 式 、 四 指 式 ； 按 動 力 來 源 可 分 為 彈 簧 式 、氣 動 式 、 液 壓 式 等 。 本 設(shè) 計 采 用 二 指 式 氣 動 手 爪 。 由 可 編 程 控制 器 控 制 電 磁 閥 動 作 ， 從 而 控 制 手 爪 的 張 閉 。 手 爪 的 回 轉(zhuǎn) 則 用一 個 直 流 電 動 機 完 成 ， 同 時 通 過 兩 個 限 位 磁 頭 完 成 回 轉(zhuǎn) 角 度 的限 位 ， 一 般 可 設(shè) 置 在 180 度。 (2) 軀干 軀 干 由 底 盤 和 手 臂 兩 大 部 分 組 成 。 底 盤 是 支 撐 機 械 手 全 部 重 量 并 能 帶 動 手 臂 旋 轉(zhuǎn) 的 機 構(gòu) 。 底盤 采 用 一 個 直 流 電 動 機 驅(qū) 動 ， 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 時 帶 動 一 個 旋 轉(zhuǎn) 碼 盤 旋轉(zhuǎn)，機械手 每旋轉(zhuǎn) 3 度 發(fā) 出 一 個 脈 沖 ， 由 傳 感 器 檢 測 并 送 入 可編 程 控 制 器 ， 從 而 計 算 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 的 角 度 。 同 時 ， 在 底 盤 上 裝 有限 位 磁 頭 ， 最 大 旋 轉(zhuǎn) 角 度 可 達 270 度。 手 臂 是 機 械 手 的 主 要 部 分 ， 它 是 支 撐 手 爪 、 工 件 并 使 它 們運 動 的 機 構(gòu) 。 本 設(shè) 計 中 手 臂 由 橫 軸 和 豎 軸 組 成 ， 可 完 成 伸 縮 、升 降 的 運 動 。 手 臂 采 用 步 進 電 動 機 帶 動 絲 杠 、 螺 母 來 實 現(xiàn) 伸 縮和 升 降 運 動 。 由 可 編 程 控 制 器 發(fā) 出 脈 沖 信 號 ， 經(jīng) 步 進 電 動 機 驅(qū)動 器 驅(qū) 動 步 進 電 動 機 旋 轉(zhuǎn) ， 帶 動 滾 珠 絲 杠 旋 轉(zhuǎn) ， 完 成 手 臂 的 運動 。 改 變 發(fā) 出 脈 沖 的 個 數(shù) ， 可 控 制 手 臂 的 兩 個 軸 運 動 的 距 離 。同 時 在 兩 軸 的 兩 端 分 別 加 限 位 開 關(guān) 限 位 。 采 用 絲 杠 、 螺 母 結(jié) 構(gòu)傳 動 的 特 點 是 易 于 自 鎖 ， 位 置 精 度 較 高 ， 傳 動 效 率 較 高 。 電器元件、設(shè)備的選擇 1 PLC 機型的選擇 根 據(jù) 被 控 對 象 對 PLC 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 要 求 ， 可 進 行 PLC 型 號 的選定。 進行 PLC 選 型 時 ， 基 本 原 則 是 滿 足 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 需 要 ，同 時 要 兼 顧 維 修 、 備 件 的 通 用 性 。 對 開 關(guān) 量 控 制 的 系 統(tǒng) ， 當 控制 速 度 要 求 不 高 時 ， 一 般 的 PLC 都 可 以 滿 足 要 求 ， 如 對 小 型 泵河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 11 的 順 序 控 制 、 單 臺 機 械 的 自 動 控 制 等 。 當 控 制 速 度 要 求 較 高 、輸 出 有 高 速 脈 沖 信 號 等 情 況 時 ，要 考 慮 輸 入 /輸 出 點 的 形 式 ，最好 采 用 晶 體 管 形 式 輸 出 。 對 帶 有 部 分 模 擬 量 控 制 的 ｗ 裝 置 等 。 2 輸入 /輸 出 的 點 數(shù) ： I/O 點 數(shù) 可 以 衡 量 PLC 規(guī) 模 的 大 小 。 準 確 統(tǒng) 計 被 控 對 象 的 輸 入信 號 和 輸 出 信 號 的 總 點 數(shù) 并 考 慮 今 后 系 統(tǒng) 的 調(diào) 整 和 擴 充 ， 在 實際統(tǒng)計 I/O 點 數(shù) 基 礎(chǔ) 上 ， 一 般 應(yīng) 加 上 10%20%的備用點數(shù)。多數(shù)小型 PLC 為 整 體 式 ， 具 有 體 積 小 、 價 格 便 宜 等 優(yōu) 點 ， 適 于 工藝 過 程 比 較 穩(wěn) 定 ，控 制 要 求 比 較 簡 單 的 系 統(tǒng) 。模 塊 式 結(jié) 構(gòu) 的 PLC采 用 主 機 模 塊 與 輸 入 模 塊 、 功 能 模 式 塊 組 合 使 用 的 方 法 ， 比 整體 式 方 便 靈 活 ， 維 修 更 換 模 塊 、 判 斷 與 處 理 故 障 快 速 方 便 ， 適用 于 工 藝 變 化 較 多 、 控 制 要 求 復(fù) 雜 的 系 統(tǒng) 。 此 外 ， 還 應(yīng) 考 慮 用 戶 儲 存 器 的 容 量 、 PLC 的處理速度是否能滿足 實 時 控 制 的 要 求 、 編 程 器 與 外 圍 設(shè) 備 的 選 擇 等 。 本 設(shè) 備 控 制 的 對 象 是 一 個 開 關(guān) 量 控 制 的 系 統(tǒng) ， 同 時 利 用 脈 沖 控制 步 進 店 動 機 的 運 轉(zhuǎn) ， 故 應(yīng) 采 用 晶 體 管 形 式 的 輸 出 。 松 下 FPO系列小型 PLC 具有性價比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點，能滿 足 本 對 象 各 項 控 制 性 能 要 求 ， 因 此 ， 本 系 統(tǒng) 采 用 松 下 FPO 系列的 FPO—— C16T 作 為 基 本 模 塊 ， 能 輸 出 兩 路 脈 沖 信 號 進 行 步進 電 動 機 的 控 制 。由 于 輸 入 輸 出 點 不 夠 ，擴 展 一 個 FPO—— E16RS模塊。 3 電 源 模 塊 的 選 擇 ： 采用 Dm150 系 列 開 關(guān) 電 源 。 其 特 點 是 輸 出 功 率 大 ， 體 積 小 ， 重量 輕 ， 可 靠 性 高 ， 適 應(yīng) 寬 范 圍 的 輸 入 電 壓 波 動 ， 具 有 完 備 的 過電 壓 、 過 電 流 保 護 功 能 。 主要參數(shù)： 輸 入 交 流 電 壓 ： 110~220V/50Hz、 60Hz 輸 出 直 流 電 壓 ： 24V/ 最大功率： 156W 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 12 工作環(huán)境： 10~40 度 4 . 步 進 電 動 機 的 選 擇 ： 采 用 二 相 八 拍 混 合 式 步 進 電 動 機 ， 主 要 特 點 ： 體 積 小 ， 具 有 較高 的 起 動 和 運 行 頻 率 ， 有 定 位 轉(zhuǎn) 矩 等 特 點 。 型 號 ： 42BYGH101。 快 接 線 插 頭 中 的 紅 色 表 示 A 相 ， 藍 色 表 示 B 相。 使 用 時 如 果 發(fā) 現(xiàn) 步 進 電 動 機 轉(zhuǎn) 向 不 對 時 可 以 將 A 相或 B 相 兩 根線對調(diào)。 （ 1） .步 進 電 動 機 驅(qū) 動 模 塊 采用中美合資 SH 系 列 步 進 電 動 機 驅(qū) 動 器 ， 主 要 由 電 源 輸 入 部分 、 信 號 輸 入 部 分 、 輸 出 部 分 等 。 如 下 圖 所 示 。 驅(qū)動模塊 電 源 輸 入 部 分 由 電 源 模 塊 提 供 ， 用 兩 根 導(dǎo) 線 連 接 ， 注 意 極 性 。 信 號 輸 入 部 分 ： 信 號 源 由 FPO 主 機 提 供 。 由 于 FPO 提 供 的 電 平為 24V， 而 輸 入 部 分 的 電 平 為 5V， 中 間 加 了 保 護 電 路 。 輸 出 部 分 ： 與 步 進 電 動 機 連 接 ， 注 意 相 序 。 （ 2.）傳感器 采 用 接 近 開 關(guān) 作 為 手 爪 旋 轉(zhuǎn) 和 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 限 位 檢 測 用 。采用微動開 關(guān) 作 為 橫 軸 、 縱 軸 限 位 檢 測 用 。 接 近 開 關(guān) ： 接 近 開 關(guān) 有 三 根 連 接 線 （ 紅 、 藍 、 黑 ） 紅 色 接 電 源的 正 極 、 黑 色 接 電 源 的 負 極 、 藍 色 為 輸 出信號，當與擋塊接近時 輸 出 電 平 為 低 電 平 ， 否 則 為 高 電 平 。 微 動 開 關(guān) ： 當 擋 塊 碰 到 微 動 開 關(guān) 動 作 （ 常 開 點 閉 合 ）。 （ 3） FPO 模塊 由松下 FPO 系列 PLC 晶 體 管 輸 出 的 主 機 ， 具 有 高 速 運 算 能 力 、PID 調(diào) 節(jié) 功 能 ， 同 時 可 以 輸 出 兩 路 脈 沖 控 制 兩 臺 電 動 機 的 優(yōu) 點 。河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 13 輸 出 兩 路 脈 沖 梯 形 圖 及 f/t。 （ 4） 直流電動機 采用 36ZY512 型 直 流 電 動 機 。 輸 入 電 壓 為 12~24V,由 FPO 模塊控 制 電 動 機 正 反 轉(zhuǎn) 。 （ 5） 旋 轉(zhuǎn) 碼 盤 機械手每旋轉(zhuǎn) 3 度發(fā)出一個脈沖。 控制流程圖 機 械 手 工 作 流 程 圖 如 下 圖 所 示 。 把 可 編 程 序 控 制 器 主 機 上 的RUNPROG 的 開 關(guān) 撥 在 RUN 上 ， 如 果 機 械 手 不 在 初 始 位 置 上 ，步 進 電 動 機 開 始 運 轉(zhuǎn)（ 橫 軸 向 手 爪 那 邊 移 動 ，豎 軸 向 上 移 動 ）。歸 位 后 首 先 橫 軸 步 進 電 動 機 工 作 ， 橫 軸 前 伸 ； 前 伸 到 位 后 ，手 抓 電 動 機 得 電 帶 動 手 爪 旋 轉(zhuǎn) ；當 傳 感 器 檢 測 到 限 位 磁 頭 時 ，電 動 機 停 止 ， PLC 控制電磁閥動作，手張開；延時一段時間，豎 軸 步 進 電 動 機 工 作 ， 豎 軸 下 降 ； 下 降 到 位 后 ， 電 磁 閥 復(fù) 位 ，手 爪 加 緊 ； 延 時 過 后 ， 豎 軸 上 升 ， 同 時 橫 軸 縮 回 、 底 盤 都 到位 后 ， 橫 軸 前 伸 ； 到 位 后 手 爪 旋 轉(zhuǎn) ， 然 后 豎 軸 下 降 ， 電 磁 閥動 作 ， 手 張 開 ； 延 時 后 豎 軸 上 升 復(fù) 位 ； 然 后 開 始 下 一 周 期 動作。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 14 圖 機 械 手 控 制 流 程 圖 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計 1 控 制 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 計 PLC 硬 件 設(shè) 計 是 指 PLC 外 部 設(shè) 備 的 設(shè) 計 。 在 硬 件 設(shè) 計 重 要 進 行輸 入 設(shè) 備 的 選 擇 （ 如 控 制 按 鈕 、 開 關(guān) 及 計 量 保 護 裝 置 的 輸 入 信號 等 ），還 有 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇 以 及 控 制 臺 、柜 的 設(shè) 計 等 。硬 件 設(shè)河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 15 計 還 包 括 PLC 輸入 /輸 出 通 道 的 分 配 ， 為 便 于 程 序 設(shè) 計 和 閱 讀 ，常作出 I/O 通 道 分 配 表 ， 表 中 包 括 有 I/O 編 號 、 設(shè) 備 代 號 、 名稱 及 功 能 等 。 機 械 手 控 制 系 統(tǒng) 電 器 原 理 圖 。 可 編 程 序 控 制 器 采 用 松 下 FP 系列的 FPO—— C16T 作為基本模塊 ，由 于 輸 入 輸 出 點 不 夠 ，擴 展 一 個 FPO—— E16RS 模 塊 。由 于接 近 開 關(guān) 有 三 根 線 ， 接 線 時 注 意 把 紅 色 的 線 接 電 源 的 正 極 ， 黑色 線 接 電 源 的 負 極 ， 藍 色 的 線 接 PLC 的輸入端子。 2 控 制 系 統(tǒng) 的 軟 件 設(shè) 計 軟 件 設(shè) 計 主 要 是 指 編 寫 工 藝 流 程 圖 ， 即 將 整 個 流 程 分 解 為 若干 步 ， 確 定 每 步 的 控 制 要 求 及 轉(zhuǎn) 換 條 件 ， 配 合 定 時 、 計 數(shù) 、 分支 、 循 環(huán) 、 跳 轉(zhuǎn) 及 某 些 特 殊 功 能 指 令 便 可 完 成 梯 形 圖 的 設(shè) 計 。 I/O 地址分配 I/O 地 址 分 配 如 表 所 示 I/O 地 址 分 配 一 覽 表 輸入： 輸出： X0 橫軸正限位 Y0 橫軸脈沖 X1 豎軸正限位 Y1 豎軸脈沖 X2 橫軸反限位 Y2 橫 軸方向 X3 豎軸反限位 Y3 豎軸方向 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 16 X4 旋轉(zhuǎn)脈沖 Y20 手正轉(zhuǎn) X20 手正轉(zhuǎn)限位 Y21 手反轉(zhuǎn) X21 手反轉(zhuǎn)限位 Y22 底座正轉(zhuǎn) X22 底座正限位 Y23 底座反轉(zhuǎn) X23 底座反限位 Y24