【文章內容簡介】 放松 SB13 復位 表 25 輸入、輸出地址分配 15 6. 設計程序 整體設計 手動程序和自動程序分別編成相對獨立的子程序模塊，通過調用指令進行功能選擇。當工作方式選擇開關選擇手動工作方式時， 接通，執(zhí)行手動工作程序；當工作方式選擇開關選擇自動方式（單步、單周、連續(xù)）時， 、 、 分別接通，執(zhí)行自動控制程序。整體設計的梯形圖（主程序）如圖 26所示。 手動控制程序 手動操作不需要按工序順序動作，可以按普通繼電器接觸 器控制系統(tǒng)來設計。手動控制的梯形圖見子程序 O。手動按鈕 、 、 、 、 、 分別控制下降、上升、右移、左移、夾緊、松開、各個動作。為了保持系統(tǒng)的安全運行，設置了一些必要的連鎖保護，其中左右移動的控制環(huán)節(jié)中加入了 作為上限連鎖。因為機械手只有處于上限位置（ =1）時才允許左右移動。手動控制的程序如圖 27 所示。 26 主程序梯形圖 16 自動操作程序 機械手的自動操作流程圖如圖 23所示。對于順序控制可用多種方法進行編程，用移位寄存器也很容易實現(xiàn)這種控制功能，轉換的條件由各 行程開關及定時器的狀態(tài)來決定。 機械手的夾緊和松開動作的控制原則，可以采用壓力檢測、位置檢測或按照時間的原則進行控制。本例題用定時器 T37 控制夾緊時間， T38控制放松時間。其工作過程分析如下。 1) 機構處于原位，上限位和左限位行程開關閉合， 、 接通，移位寄存器首位 置“ 1”， 輸出原位顯示，機構當前處于原位。 2) 按下啟動按鈕， 接通，產生移位信號，使移位集訓期右移一位， 置“ 1”（同時 恢復為零）， 得電， 輸出下降信號。 27手動程序梯形圖 17 3) 下降至下限位，下限 位開關受壓， 接通，移位寄存器右移一位，移位結果使 置“ 1”（其余為零）， 接通，夾緊動作開始，同時 T37 接通，定時器開始計時。 4) 經延時， T37 觸點接通，移位寄存器又右移一位，是 置“ 1”（其余為零）， 接通，機構上升，由于 為 1，夾緊動作繼續(xù)執(zhí)行。 5) 上升至上限位，上限位開關受壓， 接通，寄存器再右移一位， 置“ 1（其余為零）， 接通，機構右行。 6) 右行至右限位， 接通，將寄存器中“ 1”移到 , 得電，機構再次下降。 7) 下降至下限位，下限位開關受壓，移位寄存器又右移一位，使 置1(其余為零）， 復位，機構松開，放下搬運零件同時接通 T38定時器，定時器開始計時。 8) 延時時間到， T38 動合點閉合，移位寄存器右移一位， 置“ 1”（其余為零）， 再次得電上升。 9) 上升至上限位，上限位開關受壓， 閉合，移位寄存器右移一位， 置“ 1”（其余為零）， 置“ 1”，機構左行。 左行至原位后，左限位開關受壓， 接通，寄存器仍右移一位， 置“ 1”（其余為零 ),一 個自動循環(huán)結束。 自動操作程序中包含了單周或連續(xù)運動。程序執(zhí)行單周或連續(xù)取決于工作方式選擇開關，當選擇連續(xù)方式時， 使 置“ 1”。當機構回到原位時，移位寄存器自動復位，并使 為“ 1”。同時 閉合，又獲得一個移位信號，機構按順序反復執(zhí)行。當選擇單周期操作方式時， 使 為“ 0”。當機構回到原位時，按下起動按鈕，機構自動動作一個運動周期后停止在原位。 18 輸出顯示程序 機械手的運動主要包括上升、下降、左行、右行、夾緊、松開，在控制程序中 、 分別控制左右 下降， 控制夾緊， 控制松開， 、 分別控制左右上升， 、 分別控制右、左運行， 原位顯示。設計輸出梯形圖如圖 28 所示。 圖 28自動操作程序控制圖 19 圖 28 輸出顯示程序 20 第三章 機械手的結構設計 1. 機械手 工作的分析 機械手是一種能自動化定位控制并可重新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)境中工作。 機械手由以下結構： 執(zhí)行機構 —— 驅動 傳動機構 —— 控制系統(tǒng) —— 智能系統(tǒng) —— 遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)，五部分組成。 機械手的設計構想是以人的手為基礎，以機械拉來實現(xiàn)人的動作 ，它的動作由以下三部分來實現(xiàn)： 肩的前后動作 肘的上下動作 腕 (手 )的動作 驅動 傳動機構與執(zhí)行機構是相輔相成的，在驅動系統(tǒng)中可以分 :機械式、電氣式、液壓式和復合式，本設計主要設計 PLC 和液壓復合式的控制。 控制系統(tǒng)采用西門子 PLC 控制。本設計運動形式 :前后、上下兩個自由度運動，均由液壓伺服系統(tǒng)控 該控制系統(tǒng)的設計是可以給操作臂一個信號的動力反饋系統(tǒng)。該工作臂類似一個伸縮儀。在方位、肩部和肘部上的軸直接控制位置，利用主臂控制速度。在機械手的操作柄有一個按鈕來控制工作頭（降低、翻 轉、傾斜和抓住的裝置）。控制系統(tǒng)的特性是可以使操縱器以一定的速度和精確性進行工作。 工業(yè)機械手的結構是基于模組塊系統(tǒng)上的，模組塊系統(tǒng)適合于提高移動的速度或特殊類型的工作。在設計上考慮維修的簡單性。維修的人員需要具備一定的資格，應能處理一般的機械設備的問題或通常液壓件的安裝。 工業(yè)機械手傳輸在末端工具上的力或負載的感覺到操作者的手中 (動力反饋 )“動力反饋”的意思是在機械手臂末端上的力有一小部分反饋到操作柄。減少比率意味著操作者必須用 2公斤的力才能將工具額定的負載舉起。對于動力反饋，操作者有機會感覺在方位、 肩部和肘部的軸的負載改變的不同情況 (慣性和加速 21 度 )。通過提供額外的力，操作 者可以優(yōu)先確定使用的力和搬運的路徑，目的是為了獲得一個快慢速 . 2. 機械手手爪結構設計 設計要求 手爪是用來進行操作及作業(yè)的裝置，其種類很多，根據(jù)操作及作業(yè)方式的不同，分為搬運用、加工用、測量用等。 本次設計主要是針對搬運用，而 搬運用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體 。 一般工業(yè)機械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內撐式兩種。 機械手手腕是機械手操作機的最末端，與手爪相連接，它與機械手手臂配合，使手爪在空間運動，完成所需要的作業(yè)動作。 圖 、手爪的機械機構簡圖 22 3. 機械手手臂的設計 手臂結構的設計要求 機械手的手臂在工作時，要承受一定的載荷，且其運動本身具有一定的速度，因此，機械手手臂的設計需要遵循以下設計要求： 1 工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度有密切的關系，因此手臂尺寸設計應合理，一般滿足其工作空間即可。 2 為了提高機械手的運動速度與控制精度，應在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。 機械手手臂的結構 該機械手采用直角坐標系式結構方式，該種結構的三個運動方向相對獨立，不會受到其他方向運動的影響，所以該機械手運動更加符合本次題目要求。 考慮到本機械手采用液壓控制，綜合各方面決定將機械手臂的上下臂都采用液壓缸來代替，機械手爪的張、合也用液壓缸來控制，這三個分別為機械手的上臂、下臂以及手爪的輔助部分。 4. 腰座結構的設 計 機械手的腰座，就是機械手的回轉基座。它是機械手的第一個回轉關節(jié)，承受了機械手的全部重量。因此在設計機械手腰座結構時，有以下設計要求： 由于腰座要 承受機械手全部的重量和載荷，因此，機械手腰座的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力它對機械手末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度。 腰部結構要便于安裝、調整。要有可靠的定位基準面和調整機構。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。 23 5. 動力臂的機械構造 動力臂由上臂和一個較底臂 (下臂 )連接組成，它建立一個軸的支撐上。在垂直面的運動是上臂的水平運動和下臂的上下運動疊加而獲得的。上、下臂的運動是通過液壓缸直接控制，手爪的運動是由液壓缸與一個鉸 鏈機構來控制。通過橫梁和和肘部零件的連接保持最終配置部件的位置恒定不便。這樣上臂和下臂的運動各自具有獨立的方向。 6. 控制系統(tǒng) 本機械手采用液壓控制和 PLC 兩種控制方式并用，相輔相成。液壓控制主要是利用電磁閥和液壓缸。 機械手的控制運用 plc 編程來控制， PLC以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易的完成順序邏輯，運動控制，定時控制，記數(shù)控制，數(shù)字運算，數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，而從實現(xiàn)生產過程的自動控制。 PLC 的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地 工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的 冒險競爭 ，其控制結果總是確定的；而且又能應急處理急于處理的控制，保證了 PLC 對應急情況的及時響應，使 PLC 能可靠地工作 PlC 的可靠性好，它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復時間也很短，幾小時以至于幾分鐘即可 在機械手運動的極限位置都裝有位置開關，當機械手運動到位時觸碰開關同時將信號傳替到 cpu 經過 PLC 來控制下一個動作。 24 該系統(tǒng)并裝有壓力傳感器，它將負載信號輸送到電子控制器，起到動壓反饋的作用，它將改善 系統(tǒng)的動態(tài)特性（如：穩(wěn)定性等） 7. 驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)可以選擇液壓驅動，氣動和伺服電機作為機械手的驅動系統(tǒng)，但是根據(jù)本次設計的要求選擇液壓系統(tǒng)作為本次的驅動系統(tǒng) 液壓驅動的機械手具有很大的抓取能力，可抓取質量達上百公斤的的物體，油壓可達 7MPA,液壓傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但對密封性要求高，不宜在高溫和低溫現(xiàn)場工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。 圖 33機械手位置控制原理圖 25 8. 機械手的動作示意圖 圖 33 機械手的動作示意圖 26 致 謝 二 個月時間的畢業(yè)課題設計是我大學生活中忙碌而又充實一段時光 .這里有治學嚴謹而又親切的 老師 ,有互相幫助的同學，更有積極、向上、融洽的學習生活氛圍 .短短的時間里 ,我學到了很多的東西 .不僅學到就更多的理論知識 ,擴展了知識面 ,提高了自己的實際操作能力 ,而且學會了如何去學習新的知識 ,學會了面對困難和挑戰(zhàn) .學會了團結合作 .借此論文之際 ,向所有幫助、關心、支持我的 老師、朋友同學，表達我最真誠的謝意。 首先感謝指導老師 厲老師 ,本論文是在老師耐心指導下完成的 .幾度我遇到困難 ,感覺到滿無頭緒和無助時 ,是老師點我撥開了云霧 ,使我茅塞頓開 .在此 ,我對 老師 的耐心指導和幫助表達我最真誠的謝意 ,感謝 老師 在這幾 個月來所付出的努力 .在這段時間里 ,我從 小組成員 身上不僅學到了許多的專業(yè)知識 ,更感受到了其他以外的精神 ,生活中的平易近人 .此外 ,老師 的嚴謹治學態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學習 .在此 ,請允許我對說一聲： “ 老師，您辛苦了！ ” 再次感謝 您 . 非常感謝我的同學。當我在 畢業(yè)設計 過程中遇到問題和困難時 ,是他們給我提出許多關鍵性的意見和建議 ,使我對整個的思路有了總體的把握 ,并耐心的幫我解決了許多實際問題 ,使我獲益良多 . 同時 ,感謝 三 年來傳授我知識的老師們 ,更要感謝我的家人及朋友對我學業(yè)上的支持和鼓勵 ,感謝所 有關心 ,幫助過我的人 ,同時感謝我的大學 . 總之，在以后的學習、工作、生活中我將更加努力 ,用自己的行動回報社會、學校、老師及同學 . 27 參考文獻 1. 陳奎生 .《液壓與氣壓傳動》 .武漢：武漢理工大學出版社， 2021 2. 許福玲，陳光明 .《液壓與氣壓傳動》 .北京：機械工業(yè)出版社 ,2021 3. 陳大先 .《機械設計手冊》（第四版，第 4卷） .北京：化學工業(yè)出版社， 2021 4. 屈圭 .《液壓與氣壓傳動》 .北京：機械工業(yè)出版社 ,2021 5. 周開勤 .《機械零件手冊（第五版）》 .北京：高等教育出版社， 2021 6. 吳東陽 .《液壓與氣動技術》 .北京 :中國農業(yè)出版社 .2021 7. 藏克江 .《液壓缸》 .北京 .化學工業(yè)出版社 .2021 8. 劉忠 .《液壓傳動與控制實用技術》北京 .北京大學出版社 .2021 9. 楊長能 張興毅《可編程序控制器（ PLC）基礎及應用》 ,重慶大學出版社 ,1993 尹宏業(yè) 《 PLC 可編程序控制器教程 》 ,航空工業(yè)出版社 ,1997 1朱紹祥 張宏生 殷錫章 編譯 可編程序控制器（ PC）原理及應用》 ,上海交通大學出版社 ,1988 1孔凡才 ,《自動控制原理與系統(tǒng)》 ,北京理工大學出版社， 1992 1周定頤 ,《電機與電力拖動》 ,北 京機械工業(yè)出版社， 1996 1 路林吉 ,《 可編程序控制器原理及應用 》 ,北京清華大學出版社 ,2021:3065 1高強 ,《 PLC 應用技術 》 ,北京郵電大學出版社 1李偉 ,《 電氣控制與 PLC》 ,北極大學出版社 1連建華 張懷廣 ,《 PLC 應用技術 》 ,國防工業(yè)出版社 28 附錄