【導(dǎo)讀】度和座標(biāo)型式，氣動技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn)及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，分別設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)以及吸附式。沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器。設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖。制了可編程序控制器的控制程序。的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式。件，常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。

　　

【正文】 活塞桿會產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，必須使推力負(fù)載 (氣缸工作負(fù)載 F1 與工作總阻力 Fz 之和 )小于極限力 Fk 。 該極限力與氣缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。有關(guān)公式為 : 211????????kLnafAFK 式中 : L—— 活塞桿計(jì)算長度， m K—— 活塞桿橫截 面 回轉(zhuǎn) 半徑 ， 空心桿 4 202 ddK ?? ， m d0 —— 空心活塞桿內(nèi)孔直徑， m A1 —— 活塞桿橫截 面面積，空心桿 ? ?64 4041 ddA ?? ?， m2 f—— 材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對鋼取 f=? 107 Pa a—— 系數(shù)，對鋼 a=1/5000 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 : 211????????kLnafAFK = ? ? ? ?? ?? ? ? ?4/10561070/103 0 05 0 0 0/11105610704/10492323323237???????????????? ? =573(KN) 39 推力負(fù)載為 : PDFFzf 24??? 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 : zf FF? = ? ?236 4 ?????? =3142(N) zf FF? kF 所以，安全。設(shè)計(jì)符合要求。 4,缸筒壁厚計(jì)算 根據(jù) 公式 ： ? ??? 2 pDP? 式中 Pp 為實(shí)驗(yàn)壓力，取 Pp ==?106 Pa 材料為 ZL3，則 [? ]=3MPa， 則 ： ? ??? 2 pDP? =663 1032 ?? ??? ? =10 mm 取 ? 12 mm. 手臂伸縮、升降用液壓緩沖器 手劈伸縮 、升降用的是兩級節(jié)流阻尼的液壓緩沖器 ，其工作原理相同，結(jié)構(gòu)略有差異，手臂伸縮用液壓緩沖器結(jié)構(gòu)和工作原理如附圖所示。在緩沖器缸體1上，裝置了可調(diào)節(jié)流閥 a 和 b，每個(gè)節(jié)流閥各自并聯(lián)兩只單向閥組成第一級緩沖油路，由可調(diào)節(jié)流閥 c單獨(dú)組成第二級緩沖油路。當(dāng)手臂運(yùn)動到定位前的減速位置時(shí) (對于伸縮運(yùn)動定位前的 2040mm。對于升降運(yùn)動定位前的 15^30mm)，運(yùn) 動部件接觸緩沖器油缸的活塞桿 5，使油缸左腔里的油液通過節(jié)流閥 a、單向閥 d, e(見原理圖 )流到油缸的右腔，油液受阻產(chǎn)生阻力抵消運(yùn)動件 (手臂 )的部分驅(qū)動力和慣性力，使手臂減速運(yùn)動。當(dāng)活塞桿 5的活 塞堵住油口 A時(shí)，左腔的油液經(jīng)油口 B 和節(jié)流閥 c流到右腔，油液繼續(xù)受阻，手胃繼續(xù)減速并最后定位。 40 緩沖器的級沖行程范圍為 039mm(第一級緩沖行程范圍為。 28mm。第二級緩沖行程范圍為 2839mm)。第一級緩沖的阻尼力可分別調(diào)節(jié)節(jié)流閥 a, b 來實(shí)現(xiàn)，第二級緩沖的阻尼力可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥 c來實(shí)現(xiàn) (見緩沖工作原理圖 )。當(dāng)緩沖行程為 30mm 時(shí)，該緩沖器可以達(dá)到平均減速度約為 24m/s2，阻尼時(shí)間約為 . 手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器 工作原理如附圖所示，手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓緩沖器是雙缸兩級節(jié)流阻尼管路 連接 式的液壓緩沖器，緩沖器第一級節(jié)流阻尼由單向節(jié)流閥 (L125) 4 完成，第二級節(jié)流阻尼由裝在緩沖油缸端蓋上的可調(diào)緩沖閥完成。擋塊氣缸 1的活塞桿作為中間位置定位用，其動作由雙電磁鐵滑閥 A 控制。每當(dāng)手臂旋轉(zhuǎn)要求有中間定位點(diǎn)時(shí)，擋塊氣缸活塞桿作一次伸縮運(yùn)動，其動作時(shí)間與手臂回轉(zhuǎn)動作的指令時(shí)間無關(guān)。圖示為手臂回轉(zhuǎn)中間定位塊在某工位即將碰到擋塊氣缸活塞桿時(shí)的位置。當(dāng)手臂轉(zhuǎn)動到該工位即將停止時(shí)，回轉(zhuǎn)中間定位塊碰擋塊氣缸 1，使擋塊氣缸向左移動，左邊緩沖油缸 2中的油經(jīng)過兩次節(jié)流回到氣一液轉(zhuǎn)換缸 3中，從而起到緩沖作用 .當(dāng)此工 位工作完畢，發(fā)出信號雙電磁鐵滑閥 A 換向，擋塊氣缸 1上部進(jìn)氣使活塞桿下降，同時(shí)壓縮空氣通過電磁滑閥 B進(jìn)入氣一液轉(zhuǎn)換缸 3的右腔，使壓力油進(jìn)入處于定位狀態(tài)的左邊緩沖油缸 2 中，使活塞桿伸出把擋塊氣缸1推回到中間位置，為下一工位的定位緩沖做好準(zhǔn)備 .在手臂從第一工位轉(zhuǎn)到第二工位或再轉(zhuǎn)到第三工位178。178。一，亦可重復(fù)上述兩次緩沖動作過程，因此此液壓緩沖器可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)定位點(diǎn)的緩沖和定位。經(jīng)實(shí)踐使用，效果較好。擋塊氣缸從定位緩沖位置回到中間位置的這一復(fù)位動作在 以內(nèi)。 這個(gè)液壓緩沖器的緩沖行程最大為 40mma 緩沖油缸的阻尼力 在第一段行程 024mrn 范圍時(shí)，調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥 4,阻尼力約為 15002020N。在第二段行程 2440mm 范圍時(shí)，調(diào)節(jié)阻尼螺釘，阻尼力約為 7001000N 。 41 第六章氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 圖 6 1所示為該機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(jī) (排氣壓力大于 ～ Pa) 通過快換接頭進(jìn)入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。 圖 61 機(jī)械手氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 Principium Diagram Of Air Pressure System of Manipulator 42 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安 裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。如手臂伸縮 氣缸在接近氣缸處安裝兩個(gè)快速排氣閥，可加快起動速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速 度。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自 重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送 器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液 壓緩沖器的背壓大小。 為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這 樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。 電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計(jì)算出所需壓縮空氣 流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。 第七章機(jī)械手的 PLC控制設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制 .當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時(shí)，只需改變 PLC 程序即 可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 43 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 F 系列PC,德國西門子公司的 SIMATIC N5 系列 PC、日本 OMRON(立石 )公司的 C型、 P型 PC等?？紤]到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡單，同時(shí)考慮到制造 成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了 OMRON 公司的 C28P 型可編程序控制器。 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(gè)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(jī)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(gè)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(jī)時(shí)， CPU 首先使 I/0 狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)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(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)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(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在 I/0 狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個(gè)輸入端子信號變化的影響，因此不能造成 運(yùn)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(jìn)入 I/0 狀態(tài)表后， CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這 個(gè)階段中，可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各 I/0狀態(tài)和有關(guān) 44 指令進(jìn)行運(yùn)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(yùn)算結(jié)果寫入 到 I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)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(jìn)行各種相應(yīng)的動作。然后， CPU 又返回執(zhí)行下一個(gè)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(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程 )構(gòu)成一個(gè)自動控制系 統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行 : (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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，并分配相應(yīng)的輸 出端號 .此外，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^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(dá)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)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。 (4)助記符機(jī)器程序 相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)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(shí)，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(cuò)誤，若有則修改。這項(xiàng)工作在編程器上進(jìn)行。 45 (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(jì) (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(jìn)行。如 IBMPC 機(jī)，只要這個(gè)機(jī)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(jī)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(jī)械手。它的手臂具有三個(gè)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)及逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置 — 機(jī)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(gè)二位五通電磁閥 (每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對應(yīng)兩個(gè)相反動作 )分別控制五個(gè)氣缸，使機(jī)械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓放動作。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化 為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 這樣 ，可用 PLC的 8個(gè)輸出端與電磁閥的 8個(gè)線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵(lì)，從而使機(jī)械手按預(yù)先安排的動作序列工作 .如果欲改變機(jī)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(gè)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(cuò)指示燈亮。 工業(yè)機(jī)械手的工作流程 此機(jī)械手用于沖床的上下料。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動按鈕之后，機(jī)械手有如下動作 : 先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動作 (1DT 通電 ) → 下降至下限位開關(guān) (5DT 通電 ) → 手腕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動 90176。 (7DT通電 ) → 手臂伸長至限位開關(guān) (3DT通電 ) → 檢查有無物品，若有物品，手爪抓緊 (9DT 通電 ) → 手臂收縮至限位開關(guān) (4DT 通電 ) → 上升至上限 位開關(guān) (6DT 通電 ) → 左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動作 (2DT 通電 ) → 手腕順時(shí)針 46 轉(zhuǎn)動 90176。 (8DT通電 ) → 手臂伸長至最長 (3DT通電 ) → 手爪松開 (IODT通電 ) →延時(shí) T → 手臂收縮最短 (4DT 通電 )。至此，一個(gè)工作循環(huán)完畢。 機(jī)械手工作時(shí)序圖如附圖所示。 4, I/0 分配 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用 OMRONC 28P 型 PC，它有 16個(gè)輸入點(diǎn)， 標(biāo)號為 0000^0015。 12 個(gè)輸出點(diǎn)，標(biāo)號為 05000511. 梯形 圖設(shè)計(jì) (如附圖所示 ) 根據(jù)機(jī)械手的邏輯時(shí)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 (0003 為 OFF)，收縮到位 (0006 為 ON),上升到位 (0007 為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009 為 ON)，手爪抓緊 (0002 為 ON),無右轉(zhuǎn)命令 (0501 為 OFF). 47 (2)手臂右轉(zhuǎn)的條件 :右轉(zhuǎn)不到位 (0004 為 OFF)，上升到位 (0007 為 ON),收縮到位 (0006 為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010 為 ON)，手爪放松 (0002 為 OFF),無左