【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某 些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。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(jué)功能和觸覺(jué)功能。 視覺(jué)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)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過(guò)裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。 手的 抓力大小可通過(guò)裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995 年，全世界約有 50%的汽車由機(jī)械手裝配。 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)。 PLC 概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用 1. 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況 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(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。 在可編程序控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有 的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差 的應(yīng)用概況 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的 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，尤其近幾年來(lái) PLC 的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。 按 PLC 的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。 1） . 用于邏輯控制 這是 PLC 最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用 PLC 取代繼電器控制和順序控制器控制。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。 2） . 用于模擬量控制 PLC 通過(guò)模擬量 I/O 模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。 3） . 用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代 PLC 具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（ NC）及計(jì)算機(jī)控制（ CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 4） . 用于工業(yè)機(jī)器人控制 5） . 用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的 PLC 具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC 之間、 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O之間、 PLC 與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 3. PLC 的特點(diǎn) 1） . 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) PLC 能在 惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作， PLC 的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均無(wú)故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá) 30 萬(wàn) h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。 2） . 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng) 由于 PLC 是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變 PLC 的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。 3） . 編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便 4） . 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣 PLC 既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此， PLC 應(yīng)用范圍很廣。 5） . 體積小、重量輕、功耗低 PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約 。 在機(jī)械手中的應(yīng)用 機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合來(lái)代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動(dòng)，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的電氣及流水線控制，而 PLC 以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 。控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng) 。 編程簡(jiǎn)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、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)正是以PLC 控制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。 第二章 搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作 本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過(guò)程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖 3— 1 所示： 圖 2— 1 機(jī)械手的動(dòng)作周期 機(jī)械手的控制過(guò)程 如圖 3— 2 所示由 A、 B 兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作， A 缸通過(guò)一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松， B 缸通過(guò)一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。該小車由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)是高速，一臺(tái)是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)以慢 — 快 — 慢的形式進(jìn)行，返回時(shí)按慢 —快 — 慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C(jī)械手下方時(shí)，工件碰壓行程開關(guān)SQ1， B 缸活塞桿伸出，帶動(dòng)機(jī)械手下降，下降至終點(diǎn)碰壓行程開關(guān) SQ3 與機(jī)械手夾鉗相連的 A 缸活塞桿 收進(jìn)，機(jī)械手將工件夾緊；當(dāng)工件夾緊到位時(shí)，行程開關(guān) SQ5 動(dòng)作， B 缸的活塞桿收進(jìn)，把工件提升；當(dāng)工件提升到最高位置時(shí)碰壓行程開關(guān) SQ4，啟動(dòng)小車慢速右行；當(dāng)小車碰壓行程開關(guān) SQ7 時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走；接近終點(diǎn)時(shí)小車碰壓行程開關(guān) SQ8，轉(zhuǎn)為慢速行走；行至右端行程開關(guān) SQ9，小車停止前進(jìn)；停留 5 秒后， B 缸活塞桿再次外伸，機(jī)械手下降至終點(diǎn)， A 缸活塞桿外伸帶動(dòng)夾鉗松開，將工件放下；然后機(jī)械手上升，小車以慢 — 快 — 慢的形式沿原路返回，恢復(fù)到圖示所示的原點(diǎn)位置。 機(jī)械手的控制要求 為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式 選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾?、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。 手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升 /下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推。 回原位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。 單步運(yùn)行：供試用，即沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。 單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用， 當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕