【文章內(nèi)容簡介】 工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械手在這些熱加工行業(yè)的使用也將逐步的擴(kuò)大。 目前，市場的機(jī)械手性能優(yōu)劣不一，價(jià)格也不盡相同，性能的好壞會直接影響到生產(chǎn)的質(zhì)量和效率?？焖傩院推椒€(wěn)性是衡量機(jī)械手性能的主要指標(biāo)，提高二者的性能必定是機(jī)械手今后發(fā)展的有力方向。 從工業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展來說，拓展和更新功能越強(qiáng)的機(jī)械手，其發(fā)展前景越好；但是這類機(jī)械手的生產(chǎn)成本過于高昂，使的這類機(jī)械手的推廣受到了限制；而專用機(jī)械手雖然價(jià)格低廉，但是其適用性遠(yuǎn)不如功能全面的機(jī)械手。為了使機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域拓寬和更好的發(fā)展，組合式機(jī)械手將會是一種具有發(fā)展前途的機(jī)械手[7]。組合式機(jī)械手可以根據(jù)工業(yè)的實(shí)際需求，將機(jī)械手的基本部件進(jìn)行基本的組合，完成工業(yè)生產(chǎn)的目的。 對于一些需要人工判斷的場合如事故、障礙和情況變化的場合，傳統(tǒng)的機(jī)械手已經(jīng)不能夠代替人的工作了。因此，需要對機(jī)械手提出更高的要求，設(shè)計(jì)出具有感官能力的智能型機(jī)械手能很好的解決這一現(xiàn)況。這種機(jī)械手對于一些精密的操作方面，有著不錯(cuò)發(fā)展前景。 總體設(shè)計(jì)要求1. 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 圖11 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 機(jī)械手工作流程是:運(yùn)行機(jī)械手后，首先判斷當(dāng)前機(jī)械手是否在初始位置，如若不在，通過電機(jī)的驅(qū)動使機(jī)械手回到原來位置；然后開始由電機(jī)驅(qū)動，使機(jī)械手完成前伸動作，到達(dá)位置后，電機(jī)驅(qū)動手爪旋轉(zhuǎn)，通過檢測元件檢測限位磁頭所在的位置，使電動機(jī)停止工作；由PLC控制手爪的張開，經(jīng)過一段延時(shí)后，電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手向下運(yùn)動，下降到一定位置后，PLC又控制手爪的閉合；再經(jīng)過一段延時(shí)后，電機(jī)又驅(qū)動機(jī)械手向上運(yùn)動，同時(shí)驅(qū)動機(jī)械手的手臂、底盤運(yùn)動；當(dāng)機(jī)械手到達(dá)規(guī)定位置后，又驅(qū)動機(jī)械手完成前伸動作，前伸到一定位置后旋轉(zhuǎn)并向下運(yùn)動，到達(dá)規(guī)定位置后，手爪張開；再經(jīng)過一段延時(shí)使機(jī)械手回到初始位置，接著進(jìn)行下一周期運(yùn)動[8]。3. 控制要求能夠按控制要求實(shí)現(xiàn)手爪抓取物件后，手臂能夠完成上下左右的運(yùn)動，手腕能夠在電機(jī)的驅(qū)動下按控制做出旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手能夠完成整個(gè)工序周期內(nèi)所有的操作動作。2 PLC的介紹與選擇 PLC的特點(diǎn)PLC控制器由繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等發(fā)展而來的，如今已經(jīng)使用的非常廣泛，在各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用[9]。它的核心部件是微型處理器，通過編輯程序?qū)崿F(xiàn)對機(jī)器的控制、計(jì)數(shù)等功能，還可以改變輸入/輸出方式來控制各環(huán)節(jié)的機(jī)械制造過程。PLC的特點(diǎn)主要包括:(1) 較高的可靠性：在PLC中每個(gè)I/O接口都是相對獨(dú)立的，各個(gè)模塊之間都有相應(yīng)的抗干擾屏蔽措施，PLC所使用的部件都是通過嚴(yán)格的篩選，且具有較好的自我診斷能力，一旦運(yùn)行發(fā)生異常，CPU就會立即采取相關(guān)控制措施，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大；在一些要求比較高的場合還采用了多CPU結(jié)構(gòu)，使設(shè)備的穩(wěn)定性更加可靠。(2) I/O接口豐富：PLC的接口針對在不同的使用場合，有不同的接口模塊用來對設(shè)備進(jìn)行通信和控制(3) 模塊化的結(jié)構(gòu)：PLC的各個(gè)功能都是通過不同的模塊實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)模塊之間相互獨(dú)立，可以人為的根據(jù)對設(shè)備的需求自由的組合。(4) 編程語言簡單：PLC使用的編程相對簡單，通常采用梯形圖的形式，并不需要其他學(xué)科的專業(yè)知識，能夠很快的被操作人員所熟悉掌握。(5) 安裝、維修簡易：PLC能在各種環(huán)境下工作，不需要建立獨(dú)立的機(jī)房。將各設(shè)備的接口與相對應(yīng)的PLC接口連接，就可以直接投入生產(chǎn)運(yùn)行。PLC每個(gè)模塊都有正常工作和故障報(bào)警指示的裝置，對用戶了解生產(chǎn)狀況有著極大的幫助。 總而言之，PLC類似于一臺計(jì)算機(jī)，它能夠適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，且功能豐富；在工業(yè)的生產(chǎn)中得到了較多的應(yīng)用。 PLC的選型在選擇PLC的型號時(shí)，我們除了要考慮PLC的I/O接口點(diǎn)數(shù)、指令條數(shù)等PLC性能外，還需要考慮它的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性以及工作環(huán)境的影響[10]。 PLC技術(shù)經(jīng)過這些年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。不同廠家生產(chǎn)的PLC在側(cè)重功能上也不盡相同；因此，我們在選擇PLC要根據(jù)設(shè)計(jì)所需的功能，合理地選擇PLC型號。西門子公司生產(chǎn)的PLC，在我國的各個(gè)行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。他們生產(chǎn)PLC不僅活躍在工業(yè)自動化控制方面，就連基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面也與涉及。OMRON S7200系列的PLC在內(nèi)置功能和通訊方面有著突出的特點(diǎn)，而且使用的編程軟件Micro/win也簡單易學(xué)。歐姆龍的PLC設(shè)計(jì)趨于小型化。SYSMAC CPM1A只有一張PC卡那么大，在大幅度縮減安裝體積的同時(shí)，也節(jié)省了PLC控制臺的空間。它還具有一些小型PLC不具備的功能，它能夠連接程序的終端，塑造出全新的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC在國內(nèi)國外都獨(dú)具特色，是當(dāng)前的最新PLC的代表。這種PLC具備以往PLC所有的指令，還能夠使用梯形圖編輯程序和對一些需要有步驟的機(jī)械流程進(jìn)行順序功能設(shè)計(jì)，并且這些程序之間都是可以相互變換的。三菱PLC中還采用高速計(jì)數(shù)器，能夠?qū)^電器產(chǎn)生中斷處理，拓寬了PLC的使用范圍。 2. 確定使用型號FX1N60MR 在選擇使用PLC控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該盡量的提高所選器材的性價(jià)比，并且在維修和使用方面都要相對簡單；所選擇的PLC要保證能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的控制要求；不宜選用較落后的PLC機(jī)型，盡量選用功能完善的PLC新機(jī)型。同時(shí)還要為長遠(yuǎn)考慮，對以后工藝的拓寬留有余量；所選用的系統(tǒng)要能夠平穩(wěn)可靠運(yùn)行[11]。本設(shè)計(jì)選用三菱的FX1N為核心部件。FX系列的PLC是原來的F系列的替代品，是近些年三菱公司推出的新型PLC，它的體積相對較小，性價(jià)比較高在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 3. FX1N的優(yōu)越性 FX1N的CPU處理速度相對較高。設(shè)備內(nèi)的RAM存儲器達(dá)到了64k。擁有兩百多條指令，更加完善了指令功能[12]。 內(nèi)置元件中還增加了新的指令：定位指令。能夠?qū)崿F(xiàn)對表格、中斷單速等的定位。還內(nèi)置了6個(gè)100KHZ的計(jì)數(shù)器，能夠進(jìn)行多相多頻計(jì)數(shù)。 在通信方面上，而且能同時(shí)使用多個(gè)通信口。還增加了新的I/O適配器，這些新的適配器并不占用原來的系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)，使用也相對方便，可以連接多臺適配器，實(shí)現(xiàn)多路高頻高速計(jì)數(shù)的功能。 三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能 PLC實(shí)質(zhì)是應(yīng)用在工業(yè)上的一臺微型計(jì)算機(jī)，且結(jié)構(gòu)也計(jì)算機(jī)類似。CPU、I/O接口、存儲器是PLC的主要組成部分。因?yàn)樗某绦蚪涌谂c微機(jī)的程序接口有差異，使得它的編程語言以及操作方式也與微機(jī)有所差異。PLC的定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能都是通過微處理器采用編程的形式進(jìn)行聯(lián)系實(shí)現(xiàn)的。幾乎所有的PLC硬件組成結(jié)構(gòu)都相同，圖21為PLC結(jié)構(gòu)示意圖；在PLC中數(shù)據(jù)的傳送和指令的傳送都是通過總線的結(jié)構(gòu)而進(jìn)行的，編程器則為用戶提供編輯控制程序而被作為PLC的外設(shè)[13]。輸入接口電源SB位置開關(guān)SQ接觸器觸點(diǎn)KM電磁閥YAKM外電源輸出接口 用戶存儲器系統(tǒng)存儲器中央處理器手持編程器或計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)圖21 PLC結(jié)構(gòu)示意圖PLC的運(yùn)行過程大致可描述為：首先，外部輸入信號經(jīng)PLC輸入端進(jìn)入PLC內(nèi)部的存儲器，存儲器對這些信號的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行收集和鎖存；再由CPU[14]按生產(chǎn)的實(shí)際要求對這些信號進(jìn)行處理和運(yùn)算；最后，將處理結(jié)果傳送到輸出端使執(zhí)行結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動作，完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制。 PLC的保護(hù)由于電感類元件，在電路的通斷時(shí)會產(chǎn)生較高的電壓，對PLC的I/O結(jié)口將造成損壞，所以需要在元件的兩端采取相應(yīng)的保護(hù)措施。當(dāng)使用的是直流電源時(shí)，應(yīng)該通過采取接入續(xù)流二極管的方式對電路進(jìn)行保護(hù)；而當(dāng)使用的是交流電源時(shí)，則需要