【文章內(nèi)容簡介】 高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。33沈陽化工大學學士學位論文 第二章 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計方案 第二章 機械手控制系統(tǒng)方案設(shè)計控制系統(tǒng)支配著機械手按規(guī)定的要求運動。目前機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 設(shè)計介紹機械手作為一種自動化設(shè)施，電氣系統(tǒng)應(yīng)完成預設(shè)的動作，實現(xiàn)貨物的準確搬運。本課題中的搬運機械手控制系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：控制系統(tǒng)能夠根據(jù)PLC輸入的指令，準確靈活的控制搬運機械手，完成搬運任務(wù)；控制系統(tǒng)能夠保證搬運機械手針對生產(chǎn)任務(wù)的要求，能夠準確完成貨物的搬運，保證快速性和準確性兼顧； 機械手基本結(jié)構(gòu)四軸構(gòu)成：橫向X軸；縱向Y軸；底盤旋轉(zhuǎn)軸；夾手旋轉(zhuǎn)軸。機械手結(jié)構(gòu)如下圖21所示，有氣控機械手、XY軸絲杠組、底盤機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)夾手等組成。其運動控制方式為：(1)由直流電機驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)角度為90度的氣控機械手；(2)由步進電機驅(qū)動絲杠組件使機械手沿X、Y軸移動(有x、y軸限位開關(guān))；(3)由直流電動機驅(qū)動的底盤帶動整個機械手。(4)機械手的張合由電磁閥控制。圖21 機械手的結(jié)構(gòu)示意圖 機械手運行的工藝過程 分析工藝過程：機械手的初始位置停在原點，按下啟動后按扭后，完成一個工作周期。工作過程的描述：1) 按下起動按鈕系統(tǒng)開始運行。2) 當檢查取物點有工件時，機械手水平方向的步進電機開始動作，機械手臂開始前伸。3) 當手臂前伸同時，手臂開始下降。4) 前伸、下降到位后，夾手夾緊工件。5) 夾緊到位后，手臂開始豎直上升。6) 上升到位后，底盤旋轉(zhuǎn)，夾手旋轉(zhuǎn)。7) 底盤、夾手轉(zhuǎn)動到位后，縱軸開始下降。8) 到達指定位置后，夾手張開，縱軸上升。9) 上升到位后，夾手回轉(zhuǎn)、底盤回轉(zhuǎn)。10) 夾手、底盤回轉(zhuǎn)到位后，橫軸回縮。11) 橫軸回縮到位后，機械手臂回到初始狀態(tài)。 控制方案設(shè)計本設(shè)計主要是對機械手進行有序的控制，提高搬運工作的準確性、安全性。 主要由S7200PLC來進行控制，通過步進電機，直流減速電機，電磁閥來控制搬運機械手的運動。由于PLC的抗干擾能力強，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務(wù)，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟角度考慮，設(shè)計出如圖22所示的機械手控制系統(tǒng)的功能框圖。電氣控制柜機械手圖22 機械手控制系統(tǒng)的功能框圖 機械手完成以上工藝主要是通過機械控制來實現(xiàn)的，即利用PLC控制電動機的轉(zhuǎn)動、步進電機的運行和電磁閥的通斷，電動機的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動機械手臂和夾手的旋轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)，步進電機控制機械手的上升、下降、伸出和回縮，電磁閥驅(qū)機械手爪的夾緊和放松。 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計在確定設(shè)計方案之后，根據(jù)需要實現(xiàn)的功能以及整個系統(tǒng)的性價比對PLC和電氣元器件進行選型，設(shè)計機械手電氣控制系統(tǒng)。 PLC的選型及參數(shù) ：S7200系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動化控制需要。具有緊湊的設(shè)計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得S7200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應(yīng)性。S7200 CPU模塊包括一個中央處理器單元（CPU）、電源以及數(shù)字量I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。PLC CPU 22X的技術(shù)參數(shù)如圖31所示圖31 PLC CPU22X技術(shù)參數(shù)根據(jù)本系統(tǒng)的I/O分配以及脈沖輸出頻率決定選用CPU 226 的S7 200PLC。 電氣元器件的選型及參數(shù) 步進電機的選型步進電機最大特點是它接受數(shù)字控制信號(電脈沖信號)，并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的角位移或直線位移。它本身就是一個完成數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的執(zhí)行組件。而且它可開環(huán)位置控制，輸入一個脈沖信號就得到一個規(guī)定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)相比，其成本明顯降低，幾乎不必進行系統(tǒng)調(diào)整。步進電機在精密小型電動機中是一種應(yīng)用最為廣泛的機種。本次用到的步進電機為2S42Q02940，如圖32，步進電機2S42Q02940參數(shù)，如表31 圖32 步進電機2S42Q02940表31 步進電機技術(shù)參數(shù)型號2S42Q02940步距角176。177。5%相電流（A）保持扭矩（Nm）阻尼扭矩（Nm）相電阻（Ω）177。10%相電感（mH）177。20%電機慣量電機長度L（mm）40引線數(shù)量4絕緣等級B耐壓等級500VAC1分鐘最大軸向負載（N）10最大徑向負載（N）21工作環(huán)境溫度20℃～50℃表面溫升最高80℃（兩相接通額定電流）絕緣阻抗最小100MΩ，500VDC重量（kg）引出線長度（mm）500177。3本課題用到的是兩相步進驅(qū)動器來完成的步進驅(qū)動，PLC無法直接驅(qū)動步進電機，所以PLC的輸出信號要先經(jīng)過驅(qū)動器進行控制或者細分來使運動更加平穩(wěn)。 步進電機驅(qū)動Kinco174。2M412 步進電機驅(qū)動器 (兩相雙極微步型)，如圖33 圖33 步進電機驅(qū)動器Kinco174。2M412Kinco174。2M412步進電機驅(qū)動器參數(shù)如表32 表32 2M412步進驅(qū)動器技術(shù)參數(shù)供電電壓直流12V40V輸出相電流控制信號輸入電流620mA冷卻方式自然風冷使用環(huán)境要求避免金屬粉塵、油霧或腐蝕性氣體使用環(huán)境溫度10℃到+45℃使用環(huán)境濕度85%非冷凝重量 直流減速電機直流減速電機技術(shù)參數(shù)，如表33。 表33 直流電動機技術(shù)參數(shù)型號額定電壓（V）額定轉(zhuǎn)速(r/min)額定轉(zhuǎn)矩(mNm)額定電流≤(A)額定功率(W)M288312430005 繼電器繼電器是一種控制元件，它主要用來反映各種控制信號，其觸點通常接在控制電路中。本課題選用JZ11型繼電器，具體技術(shù)參數(shù)參見表34。 表34 JZ11技術(shù)參數(shù)型號吸引線圈額定電壓（V）吸引線圈消耗功率（W）觸點額定電流（A）觸點數(shù)量JZ11直流12412205動合動斷624426 光電開關(guān)光電開關(guān)是利用物體對光束的遮蔽，吸收或反射作用，對物體的位置，形狀和標志符號等進行無接觸檢測。它具有體積小，可靠性高，檢測精度高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點。在光電開關(guān)中最重要的是光電器件，把光照強弱的變化轉(zhuǎn)換為電信號的傳感元件。光電器件主要由發(fā)光二極管，光敏電阻，光電晶體管，光電耦合器等構(gòu)成了光電開關(guān)的傳感系統(tǒng)。 行程開關(guān)行程開關(guān)主要用于檢測工作機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短，行程開關(guān)也稱位置開關(guān)。行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸電行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)。接觸式行程開關(guān)靠移動物體碰撞行程開關(guān)的