【文章內(nèi)容簡介】 制并可重新匯編程序以變動的多功能機器。它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中的工作。工業(yè)機械手是近似自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分?！C械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。機械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機具進行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到各先進工業(yè)國家的重視，并投入了大量的物力和財力加以研究和應用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。本項目要求設計的機械手模型可以歸為一類，即通用機械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應用機械手。通過本次設計，可以增強對工業(yè)機械手的認識，同時并熟悉掌握PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)等工業(yè)常用的技術(shù) 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)越來越高，人工工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡單化，對于一些往返的工作有機械手遠程控制或自動完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的東西對人體的傷害，如：冶金，化工，醫(yī)藥，航天等。代表當代最先進的技術(shù)在日本，他的自動化。人性化讓人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學，它是融合現(xiàn)在尖端技術(shù)的現(xiàn)代機器。我國也在陸續(xù)在工業(yè)中有所應用，對于自動控制，柔性制造系統(tǒng)中應用更為廣泛，但我國的自動化技術(shù)有待提高發(fā)展趨勢是工作強多高靈活性強，準確可靠，可以自動檢測并下達動作命令，融入先進的人工智能使人只做平時的簡單維護，這也是現(xiàn)代工廠的發(fā)展趨勢。此外，還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機聯(lián)用，逐步成為機械制造系統(tǒng)中的一個基本單第三章 系統(tǒng)設計 系統(tǒng)方案分析設計利用MCGS組態(tài)軟件設計一機械手組態(tài)控制系統(tǒng)，機械手可以上下、左右移動；利用上下、左右限位開關(guān)控制機械手啟停；機械手從原點開始，按以下動作進行：原點—啟動—下行（到下限位停）—抓工件—上行（到上限位停）—右行（到右限位停）—下行（到下限位停）—放工具—上行（到上限位停）—左行（到左限位停）。在機械手運行過程中，任何時候都可以利用急停按鈕，停止機械手動作。（一）利用PLC編寫程序控制組態(tài)畫面中變量的變化（二）利用PLC的輸入信號控制組態(tài)畫面，也可利用組態(tài)中各軟按鈕控制PLC程序的運行和組態(tài)運行 方案設計利用MCGS組態(tài)軟件設計一機械手組態(tài)控制系統(tǒng),利用機械手上下左右移動碰到的限位開關(guān)作為系統(tǒng)的輸入信號。系統(tǒng)設置一個啟動按鈕和一個急停按鈕來控制系統(tǒng)的啟動和停止。系統(tǒng)組態(tài)軟件設計成一個機械手畫面，通過動畫連接和腳本程序。與PLC的聯(lián)合調(diào)試 使系統(tǒng)達到可以在MCGS系統(tǒng)中監(jiān)控機械手的運動。同時可以利用PLC程序控制組態(tài)畫面的要求。圖31 圖32 硬件設計 輸入/輸出端子地址分配代號名稱輸入編號代號名稱輸出SB1啟動按鈕X0KM1機械手上行Y002SB2停止按鈕X1KM2機械手下行Y003SQ1下限行程X2KM3機械手左行Y004SQ2上限行程X3KM4機械手右行Y005SQ3左限行程X4KM5抓工件Y006SQ4右限行程X5KM6放工件Y007 PLC接線圖 系統(tǒng)程序設計　　 GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。 GX Developer的特點1. 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。 2. 利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復制，粘貼，并有效利用。 3. 程序的標準化 (1) 標號編程 用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。 用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。 (2) 功能塊（以下，略稱作FB） FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 4. 能夠簡單設定和其他站點的鏈接 由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設定。 5. 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接 (1) 經(jīng)由串行通訊口 (2) 經(jīng)由USB (3) 經(jīng)由MELSECNET/10(H)計算機插板 (4) 經(jīng)由MELSECNET(Ⅱ)計算機插板 (5) 經(jīng)由CCLink計算機插板 (6) 經(jīng)由Ethernet計算機插板 (7) 經(jīng)由CPU計算機插板 (8) 經(jīng)由AF計算機插板 6. 豐富的調(diào)試功能 (1) 由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。 (a) 沒有必要再和可編程控制器連接。 (b) 沒有必要制作條使用的順序程序。 (2) 在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。 (3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。 常用編程方法介紹1 經(jīng)驗設計法在一些典型的控制環(huán)節(jié)和電路的基礎上,根據(jù)被控制對象對控制系統(tǒng)的具體要求,憑經(jīng)驗進行選擇、組合。有時為了得到一個滿意的設計結(jié)果,需要進行多次反復地調(diào)試和修改,增加一些輔助觸點和中間編程元件。這種設計方法沒有一個普遍的規(guī)律可遵循,即具有一定的試探性和隨意性,最后得到的結(jié)果也不是唯一的,設計所用的時間、設計的質(zhì)量與設計者經(jīng)驗驗多少有關(guān)。經(jīng)驗設計法對于一些比較簡單的控制系統(tǒng)的設計時比較有效的,可以收到快速、簡單的效果。但是,由于這種方法主要時依靠設計人員的經(jīng)驗進行設計,所以對設計人員的要求也比較高,特別時要求設計者有一定的實踐經(jīng)驗,對工業(yè)控制系統(tǒng)和工業(yè)上常用的各種典型環(huán)節(jié)比較熟悉。對于比較復雜的系統(tǒng),經(jīng)驗法一般設計周期長,不易掌握,系統(tǒng)交付使用后,維護困難。所以,經(jīng)驗法一般只適合于比較簡單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng)的設計。 2 接觸器繼電器法接觸器繼電器法就是依據(jù)所控制電器的接觸器繼電器控制線路原理圖，用PLC對應的符號和功能相當?shù)钠骷言瓉淼慕佑|器繼電器系統(tǒng)的控制線路直接翻譯成梯形圖程序的設計方法。接觸器繼電器法特別適合于初學者編程設計使用，也特別適合對原有舊設備的技術(shù)革新和技術(shù)改造。3 順序控制法順序控制法就是在生產(chǎn)控制過程中，按照生產(chǎn)工藝所要求的動作規(guī)律，在各個輸入控制信號的作用下，根據(jù)所需要的狀態(tài)和時間順序，在生產(chǎn)過程中的各個輸出執(zhí)行機構(gòu)自動地按照預先規(guī)定的順序有步驟地進行操作?！　　　№樞蚬δ軋D法是首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設計順序功能圖,然后再依據(jù)順序功能圖設計順序控制程序。在順序功能圖中,在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始,步之間沒有重疊。這是系統(tǒng)中大量復雜的連鎖關(guān)系在步的轉(zhuǎn)換中得以解決。而對于每一步的程序段,只需處理極其簡單的邏輯關(guān)系。因而這種編程方法簡單易學,規(guī)律性強。設計出的控制程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好,程序的調(diào)試和運行也很方便,可以極大地提高工作效率。4 邏輯設計法　工業(yè)電氣控制線路中,有不少都是通過繼電器等電氣元件來實現(xiàn),而繼電器,交流接觸器的觸點都只有兩種狀態(tài)即吸合和斷開,因此,用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設計電氣控制線路時完全可以的,PLC的早期應用就是替代繼電器控制系統(tǒng),因此用邏輯設計方法同樣也適用于PLC應用程序的設計。當一個邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運算式表達出來后,實現(xiàn)這個邏輯函數(shù)的線路就確定了。當這種方法使用熟練后,甚至梯形程序也可以省略,可以直接寫出于邏輯函數(shù)和表達式對用的指令語句程序。用邏輯設計法設計PLC應用程序的一般步驟如下:第一步：列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表第二步：繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。第三步：進行系統(tǒng)的邏輯設計。第四步：編寫程序。第五步：對程序檢測、修改和完善。 該系統(tǒng)采用順序控制法，在順序功能圖中,在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始,步之間沒有重疊。這是系統(tǒng)中大量復雜的連鎖關(guān)系在步的轉(zhuǎn)換中得以解決。用三菱PLC的編程軟件GX Developer編的梯形圖 語句表 MCGS組態(tài)軟件MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應用。其主要特征和功能大體為：具有簡單靈活的可視化操作界面、實時性強、有良好的并行處理性能、有豐富生動的多媒體畫面、開放式結(jié)構(gòu)、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能、完善的安全機制、強大的網(wǎng)絡功能、多樣化的報警功能、支持多種硬件設備、方便控制復雜的運行流程、良好的可維護性和可擴充性、設立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便、能實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等。 MCGS 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu) 功能特點MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，用來幫助用戶設計和構(gòu)造自己的應用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶的制定方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)用戶設計的目標和功能。組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境的關(guān)系如下圖所示：運行環(huán)境：解釋執(zhí)行狀態(tài)結(jié)果組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應用系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫由MCGS生成的用戶應用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分組成。如下