【文章內(nèi)容簡介】 工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，機械手在這些熱加工行業(yè)的使用也將逐步的擴大。 目前，市場的機械手性能優(yōu)劣不一，價格也不盡相同，性能的好壞會直接影響到生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。快速性和平穩(wěn)性是衡量機械手性能的主要指標(biāo)，提高二者的性能必定是機械手今后發(fā)展的有力方向。 從工業(yè)的長遠發(fā)展來說，拓展和更新功能越強的機械手，其發(fā)展前景越好；但是這類機械手的生產(chǎn)成本過于高昂，使的這類機械手的推廣受到了限制；而專用機械手雖然價格低廉，但是其適用性遠不如功能全面的機械手。為了使機械手的應(yīng)用領(lǐng)域拓寬和更好的發(fā)展，組合式機械手將會是一種具有發(fā)展前途的機械手[7]。組合式機械手可以根據(jù)工業(yè)的實際需求，將機械手的基本部件進行基本的組合，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)的機械手已經(jīng)不能夠代替人的工作了。因此，需要對機械手提出更高的要求，設(shè)計出具有感官能力的智能型機械手能很好的解決這一現(xiàn)況。這種機械手對于一些精密的操作方面，有著不錯發(fā)展前景。 總體設(shè)計要求1. 機械手結(jié)構(gòu)圖 圖11 機械手結(jié)構(gòu)圖 機械手工作流程是:運行機械手后，首先判斷當(dāng)前機械手是否在初始位置，如若不在，通過電機的驅(qū)動使機械手回到原來位置；然后開始由電機驅(qū)動，使機械手完成前伸動作，到達位置后，電機驅(qū)動手爪旋轉(zhuǎn)，通過檢測元件檢測限位磁頭所在的位置，使電動機停止工作；由PLC控制手爪的張開，經(jīng)過一段延時后，電機驅(qū)動機械手向下運動，下降到一定位置后，PLC又控制手爪的閉合；再經(jīng)過一段延時后，電機又驅(qū)動機械手向上運動，同時驅(qū)動機械手的手臂、底盤運動；當(dāng)機械手到達規(guī)定位置后，又驅(qū)動機械手完成前伸動作，前伸到一定位置后旋轉(zhuǎn)并向下運動，到達規(guī)定位置后，手爪張開；再經(jīng)過一段延時使機械手回到初始位置，接著進行下一周期運動[8]。3. 控制要求能夠按控制要求實現(xiàn)手爪抓取物件后，手臂能夠完成上下左右的運動，手腕能夠在電機的驅(qū)動下按控制做出旋轉(zhuǎn)，機械手能夠完成整個工序周期內(nèi)所有的操作動作。2 PLC的介紹與選擇 PLC的特點PLC控制器由繼電器控制技術(shù)、計算機技術(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)對機器的控制、計數(shù)等功能，還可以改變輸入/輸出方式來控制各環(huán)節(jié)的機械制造過程。PLC的特點主要包括:(1) 較高的可靠性：在PLC中每個I/O接口都是相對獨立的，各個模塊之間都有相應(yīng)的抗干擾屏蔽措施，PLC所使用的部件都是通過嚴格的篩選，且具有較好的自我診斷能力，一旦運行發(fā)生異常，CPU就會立即采取相關(guān)控制措施，防止故障的進一步擴大；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)備進行通信和控制(3) 模塊化的結(jié)構(gòu)：PLC的各個功能都是通過不同的模塊實現(xiàn)的，每個模塊之間相互獨立，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，不需要建立獨立的機房。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)運行。PLC每個模塊都有正常工作和故障報警指示的裝置，對用戶了解生產(chǎn)狀況有著極大的幫助。 總而言之，PLC類似于一臺計算機，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，我們除了要考慮PLC的I/O接口點數(shù)、指令條數(shù)等PLC性能外，還需要考慮它的經(jīng)濟性和實用性以及工作環(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，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，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械流程進行順序功能設(shè)計，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，應(yīng)該盡量的提高所選器材的性價比，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機型，盡量選用功能完善的PLC新機型。同時還要為長遠考慮，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)可靠運行[11]。本設(shè)計選用三菱的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100KHZ的計數(shù)器，能夠進行多相多頻計數(shù)。 在通信方面上，而且能同時使用多個通信口。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點數(shù)，使用也相對方便，可以連接多臺適配器，實現(xiàn)多路高頻高速計數(shù)的功能。 三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能 PLC實質(zhì)是應(yīng)用在工業(yè)上的一臺微型計算機，且結(jié)構(gòu)也計算機類似。CPU、I/O接口、存儲器是PLC的主要組成部分。因為它的程序接口與微機的程序接口有差異，使得它的編程語言以及操作方式也與微機有所差異。PLC的定時、計數(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行聯(lián)系實現(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算機計算機圖21 PLC結(jié)構(gòu)示意圖PLC的運行過程大致可描述為：首先，外部輸入信號經(jīng)PLC輸入端進入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)進行收集和鎖存；再由CPU[14]按生產(chǎn)的實際要求對這些信號進行處理和運算；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的保護由于電感類元件，在電路的通斷時會產(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)的保護措施。當(dāng)使用的是直流電源時，應(yīng)該通過采取接入續(xù)流二極管的方式對電路進行保護；而當(dāng)使用的是交流電源時，則需要