【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、改善勞動(dòng)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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)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(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。33沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)支配著機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)。目前機(jī)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(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 設(shè)計(jì)介紹機(jī)械手作為一種自動(dòng)化設(shè)施，電氣系統(tǒng)應(yīng)完成預(yù)設(shè)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)貨物的準(zhǔn)確搬運(yùn)。本課題中的搬運(yùn)機(jī)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(zhǔn)確靈活的控制搬運(yùn)機(jī)械手，完成搬運(yùn)任務(wù)；控制系統(tǒng)能夠保證搬運(yùn)機(jī)械手針對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的要求，能夠準(zhǔn)確完成貨物的搬運(yùn)，保證快速性和準(zhǔn)確性兼顧； 機(jī)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(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖21所示，有氣控機(jī)械手、XY軸絲杠組、底盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)夾手等組成。其運(yùn)動(dòng)控制方式為：(1)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)角度為90度的氣控機(jī)械手；(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件使機(jī)械手沿X、Y軸移動(dòng)(有x、y軸限位開關(guān))；(3)由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的底盤帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械手。(4)機(jī)械手的張合由電磁閥控制。圖21 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)械手運(yùn)行的工藝過程 分析工藝過程：機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)后按扭后，完成一個(gè)工作周期。工作過程的描述：1) 按下起動(dòng)按鈕系統(tǒng)開始運(yùn)行。2) 當(dāng)檢查取物點(diǎn)有工件時(shí)，機(jī)械手水平方向的步進(jìn)電機(jī)開始動(dòng)作，機(jī)械手臂開始前伸。3) 當(dāng)手臂前伸同時(shí)，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(dòng)到位后，縱軸開始下降。8) 到達(dá)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(jī)械手臂回到初始狀態(tài)。 控制方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)械手進(jìn)行有序的控制，提高搬運(yùn)工作的準(zhǔn)確性、安全性。 主要由S7200PLC來(lái)進(jìn)行控制，通過步進(jìn)電機(jī)，直流減速電機(jī)，電磁閥來(lái)控制搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)，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(jì)角度考慮，設(shè)計(jì)出如圖22所示的機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖。電氣控制柜機(jī)械手圖22 機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖 機(jī)械手完成以上工藝主要是通過機(jī)械控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即利用PLC控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行和電磁閥的通斷，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂和夾手的旋轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手的上升、下降、伸出和回縮，電磁閥驅(qū)機(jī)械手爪的夾緊和放松。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在確定設(shè)計(jì)方案之后，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能以及整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比對(duì)PLC和電氣元器件進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)機(jī)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(dòng)化控制需要。具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)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(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。S7200 CPU模塊包括一個(gè)中央處理器單元（CPU）、電源以及數(shù)字量I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)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(jìn)電機(jī)的選型步進(jìn)電機(jī)最大特點(diǎn)是它接受數(shù)字控制信號(hào)(電脈沖信號(hào))，并轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移。它本身就是一個(gè)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(gè)脈沖信號(hào)就得到一個(gè)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(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。步進(jìn)電機(jī)在精密小型電動(dòng)機(jī)中是一種應(yīng)用最為廣泛的機(jī)種。本次用到的步進(jìn)電機(jī)為2S42Q02940，如圖32，步進(jìn)電機(jī)2S42Q02940參數(shù)，如表31 圖32 步進(jìn)電機(jī)2S42Q02940表31 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)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(jī)慣量電機(jī)長(zhǎng)度L（mm）40引線數(shù)量4絕緣等級(jí)B耐壓等級(jí)500VAC1分鐘最大軸向負(fù)載（N）10最大徑向負(fù)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(zhǎng)度（mm）500177。3本課題用到的是兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，PLC無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以PLC的輸出信號(hào)要先經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制或者細(xì)分來(lái)使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)Kinco174。2M412 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 (兩相雙極微步型)，如圖33 圖33 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Kinco174。2M412Kinco174。2M412步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如表32 表32 2M412步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)參數(shù)供電電壓直流12V40V輸出相電流控制信號(hào)輸入電流620mA冷卻方式自然風(fēng)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(jī)直流減速電機(jī)技術(shù)參數(shù)，如表33。 表33 直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)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(lái)反映各種控制信號(hào)，其觸點(diǎn)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(hào)吸引線圈額定電壓（V）吸引線圈消耗功率（W）觸點(diǎn)額定電流（A）觸點(diǎn)數(shù)量JZ11直流12412205動(dòng)合動(dòng)斷624426 光電開關(guān)光電開關(guān)是利用物體對(duì)光束的遮蔽，吸收或反射作用，對(duì)物體的位置，形狀和標(biāo)志符號(hào)等進(jìn)行無(wú)接觸檢測(cè)。它具有體積小，可靠性高，檢測(cè)精度高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。在光電開關(guān)中最重要的是光電器件，把光照強(qiáng)弱的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(cè)工作機(jī)械的位置，發(fā)出命令以控制其運(yùn)動(dòng)方向或行程長(zhǎng)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(jī)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(dòng)物體碰撞行程開關(guān)的