【正文】 械手在工作循環(huán)中各電磁鐵的動作順序表。按下啟動按鈕，1YA 通電，壓縮空氣從左邊進入 D2 氣缸推動活塞桿右移，立柱右轉(zhuǎn)，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 2J 時，1YA 斷電，4YA 通電，壓縮空氣推動 C 缸活塞桿下移，立柱下降，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 6J 時，4YA 斷電，5YA 通電，壓縮空氣推動 B 缸活塞桿右移，手臂伸長，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 8J 時，5YA 斷電，7YA 通電，壓縮空氣推動 A 缸活塞桿右移，手爪抓緊，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 10J 時，7YA 斷電，6YA 通電，壓縮空氣推動 B 缸活塞桿左移，手臂收縮，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 7J 時，6YA 斷電，3YA 通電，壓縮空氣推動 C 缸活塞桿上移，立柱上升，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 5J 時，3YA 斷電，2YA 通電，壓縮空氣推動 D1 缸活塞桿左移，立柱左轉(zhuǎn)，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 4J 時，2YA 斷電，5YA 通電，壓縮空氣推動 B 缸活塞桿右移，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 8J 時，5YA 斷電，7YA 通電，壓縮空氣推動 A 缸活塞桿左移，當(dāng)擋塊壓下電氣行程開關(guān) 9J 時，7YA 斷電，6YA 通電，壓縮空氣推動 B 缸活塞桿左移，手臂收縮。至此完成一個工作循環(huán)。如再給啟動信號，可進行同樣的工作循環(huán)。表 51 電磁鐵動作順序電磁鐵 右轉(zhuǎn) 下降 伸長 抓緊 收縮 上升 左轉(zhuǎn) 松開西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計261YA + 2YA + 3YA + 4YA + 5YA + 6YA + 7YA + 8YA +注：“+”表示電磁鐵的電， “”表示電磁鐵不得電。6 機械手的 PLC 控制設(shè)計考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計27(PLC)，只需改變 PLC 程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 可編程序控制器的選擇及工作過程 可編程序控制器的選擇目前 ，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的 FX 系列 PLC,德國西門子公司的 S7200 系列 PLC、日本 OMRON(立石)公司的 C 型、P型PC 等。考慮到本機械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中選擇了德國西門子公司的 S7200 系列 PLC 可編程序控制器。 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為 4 個階段。第一階段是初始化處理。可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連，CPU 對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為 I/0 狀態(tài)表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器。存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時， CPU 首先使 I/0 狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。當(dāng)確認其硬件工作正常后，進入下一階段。第二階段是處理輸入信號階段。在處理輸入信號階段，CPU 對輸入狀態(tài)進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到 I/0 狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計28狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進入 I/0 狀態(tài)表后，CPU 工作進入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據(jù)各 I/0 狀態(tài)和有關(guān)指令進行運算和處理，最后將結(jié)果寫入 I/0 狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。CPU 對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到 I/0 狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進行各種相應(yīng)的動作。然后，CPU 又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。 可編程序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對象(機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時，通常以七個步驟進行:(1)系統(tǒng)設(shè)計即確定被控對象的動作及動作順序。(2) I/0 分配 即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號。哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計數(shù)器、定時器等也要進行分配。可編程序控制器是通過編號來識別信號的。(3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達了系統(tǒng)中全部動作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器(LCD 或 CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計29記符程序轉(zhuǎn)換過程。 (4)助記符機器程序 相當(dāng)于微機的助記符程序，是面向機器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡易編程器時，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。(5)編制程序即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。這項工作在編程器上進行。(6)調(diào)試程序即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設(shè)計(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進行。如 IBMPC 機，只要這個機器配有相應(yīng)的軟件。(7)保存程序調(diào)試通過的程序，可以固化在 EPROM 中或保存在磁盤上備用。 機械手可編程序控制器控制方案 系統(tǒng)簡介控制對象為圓柱座標(biāo)氣動機械手。它的手臂具有三個自由度，即水平方向的伸、縮,豎直方向的上、下,繞豎直軸的順時針方向旋轉(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置—機械手，還可完成抓、放功能。以上動作均采用氣動方式驅(qū)動，即用五個二位五通電磁閥(每個閥有兩個線圈，對應(yīng)兩個相反動作)分別控制五個氣缸，使機械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機械手抓放動作。其中旋轉(zhuǎn)運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。這樣，可用 PLC 的 8 個輸出端與電磁閥的 8 個線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵，從而使機械手按預(yù)先安排的動作序列工作。如果欲改變機械手的動作，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。另外 ，除抓放外，其余六個動作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測動作是否到位，如果某動作沒有到位，則出錯指示燈亮。西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計30 工業(yè)機械手的工作流程此機械手用于沖床的上下料，當(dāng)按下啟動按鈕之后，機械手有如下動作:先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動作(1YA 通電) →下降至下限位開關(guān)(4YA 通電) →手臂伸長至限位開關(guān)(5YA 通電) →檢查有無物品，若有物品，手爪抓緊(7YA 通電) →手臂收縮至限位開關(guān)(6YA 通電) →上升至上限位開關(guān)(3YA 通電) →左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動作(2YA 通電) →手臂伸長至最長(5YA 通電) →手爪松開(7YA 通電) →延時 T →手臂收縮最短(6YA 通電)。至此，一個工作循環(huán)完畢。 I/0 分配根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點的數(shù)目，選用德國西門子公司的 S7200 系列 PLC，它有 14 個輸入點，標(biāo)號為 ～、～。 10 個輸出點，標(biāo)號為～、～。表 61 I/O 分配輸入 輸出啟動 手臂左轉(zhuǎn) 停止 手臂右轉(zhuǎn) 手抓抓緊 手臂伸長 左轉(zhuǎn)限位開關(guān) 手臂收縮 右轉(zhuǎn)限位開關(guān) 手臂上升 伸長限位開關(guān) 手臂下降 收縮限位開關(guān) 手爪抓緊 上升限位開關(guān) 手爪放松 下降限位開關(guān) 物品檢測 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計31 機械手工作時序圖圖 61 順序功能圖 梯形圖設(shè)計(如附圖所示)根據(jù)機械手的時序圖及 1/0 分配，畫出控制梯形圖，如附圖所示。由梯形圖可以看出:(1)手臂左轉(zhuǎn)的條件:左轉(zhuǎn)不到位( 為 OFF)，收縮到位( 為 ON),上升到位( 為 ON)，手爪抓緊( 為 ON),無右轉(zhuǎn)命令( 為 OFF)。(2)手臂右轉(zhuǎn)的條件:右轉(zhuǎn)不到位( 為 OFF)，上升到位( 為 ON),收縮到位( 為 ON)，手爪放松( 為 OFF),無左轉(zhuǎn)命令( 為 OFF)。(3)手臂伸長的條件:伸長不到位( 為 OFF)，無收縮命令( 為 OFF)，并且滿足下列條件之一:1)右轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，下降到位( 為 ON)，手爪放松( 為 OFF)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，上升到位( 為 ON)，手爪抓西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計32緊( 為 ON)。(4)手臂收縮的條件:收縮不到位( 為 OFF)，無伸長命令( 為 OFF)，并且滿足下列條件之一:1)右轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，下降到位( 為 ON)，手爪抓緊( 為 ON)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，上升到位( 為 ON)，手爪抓緊( 為 ON)。(5)手臂上升的條件:上升不到位( 為 OFF)，無下降命令( 為 OFF)，收縮到位( 為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，手爪抓緊( 為 ON)，右轉(zhuǎn)到位( 為 ON)。(6)手臂下降的條件:下降不到位( 為 OFF)，無上升命令( 為 OFF)，右轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，收縮到位( 為 ON)，手爪放松( 為 OFF)。(7)手爪抓緊的條件:手爪未抓到物品( 為 OFF)，無放松命令( 為OFF)，并且滿足下列條件之一:1)右轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，伸長到位( 為 ON)，下降到位( 為 ON)，檢測到有物品( 為 ON)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，伸長到位( 為 ON)，上升到位( 為 ON)。(8)手爪放松的條件:手爪抓緊( 為 ON)，無抓緊命令( 為 OFF),并且滿足下列條件之一:1)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，伸長到位( 為 ON),上升到位( 為 ON)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON),上升到位( 為 ON)，收縮到位(為 ON)。另外，當(dāng)按下停止按鈕時，手臂停止動作，即手臂停止在不定的位置。西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計337 結(jié)論本次設(shè)計的是氣動通用機械手，相對于專用機械手，通用機械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。該機械手配置的普通夾持手指，能抓取一般工件（重量不超過 50KG）,各部分設(shè)計滿足力學(xué)要求。采用氣壓驅(qū)動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制，適應(yīng)性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能，阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境。機械手采用 PLC 控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定 PLC 程序來實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計34參考文獻[1] 隋明陽. 機械設(shè)計基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2022 [2] 許謬、王淑英. 電氣控制與 PLC 應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，2022[3] 詹友剛. 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