【正文】 左移 右移 上升 放松 下降 機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指），根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。（2）腕部 是連接手部和臂部的部件，用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，使機(jī)械手的靈活性和適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度，可以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)置回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。（3）臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。（4）行走機(jī)構(gòu) 國際上較為先進(jìn)的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國則正處于仿真研究階段。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同,工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 控制機(jī)構(gòu) 在機(jī)械手的控制方式上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式?？刂茩C(jī)構(gòu)大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 機(jī)械手的控制要求 （1）上升和下降機(jī)械手上升或下降的動(dòng)作都要到位，否則不能進(jìn)行下一個(gè)工作步驟。上升或下降的動(dòng)作用一個(gè)雙線圈的電磁閥控制。（2）夾緊和放松機(jī)械手夾緊和放松的動(dòng)作必須在兩個(gè)工位處進(jìn)行，且其動(dòng)作都要到位。為了確保夾緊和放松的動(dòng)作可靠年，需對這兩個(gè)動(dòng)作進(jìn)行定時(shí)。加緊和放松動(dòng)作由單線圈的電磁閥控制，電磁閥線圈得電為夾緊，失電為放松。（3）左行和右行自動(dòng)方式時(shí)，機(jī)械手的左、右運(yùn)動(dòng)必須在壓動(dòng)上限位開關(guān)后才能進(jìn)行；機(jī)械手的左、右運(yùn)動(dòng)都必須到位，以確保在左工作臺取到工件并在右工作臺上放下工件?？墒褂蒙舷揲_關(guān)、左限位開關(guān)和右限位開關(guān)進(jìn)行控制。左、右動(dòng)作行動(dòng)由雙線圈電磁閥控制。自動(dòng)方式（連續(xù)、單周期、單步）時(shí)，按一次起動(dòng)按鈕自動(dòng)運(yùn)行方式開始后，再按操作按鈕錯(cuò)誤操作，程序?qū)﹀e(cuò)誤操作不予響應(yīng)。根據(jù)上述要求，操作盤上需設(shè)置一個(gè)工作方式選擇開關(guān)，通過這個(gè)開關(guān)來選擇機(jī)械手的5種工作方式，各種操作按鈕和停車按鈕的作用見操作面板。根據(jù)以上要求所以選擇PLC控制。 4 機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4．1基于MCGS軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 建立畫面[7]（1）在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口0”；（2）選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”；（3）將窗口名稱改為：機(jī)械手演示，其它不變，單擊“確認(rèn)”；（4）在“用戶窗口”中，選中“機(jī)械手演示”，點(diǎn)擊右鍵，選擇下拉菜單中的“設(shè)置為啟動(dòng)窗口”選項(xiàng)，將該窗口設(shè)置為運(yùn)行時(shí)自動(dòng)加載的窗口。選中“機(jī)械手演示”窗口圖標(biāo)，雙擊，進(jìn)入動(dòng)畫組態(tài)窗口，開始編輯畫面。制作文字框圖：（5）單擊工具條中的“工具箱” 按鈕，打開繪圖工具箱；（6）選擇“工具箱”內(nèi)的“位圖”按鈕,鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字形,在窗口頂端中心位置拖拽鼠標(biāo),根據(jù)需要拉出一個(gè)一定大小的矩形；（7）右擊，選擇裝載位圖，將保存為bmp格式的目標(biāo)圖片裝載進(jìn)來。 制作主界面（1）單擊繪圖工具箱中的 （常用符號）圖標(biāo)，彈出對象元件管理對話框；（2）選中工具箱內(nèi)的矩形塊動(dòng)畫構(gòu)件圖標(biāo) ，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十”字形，移動(dòng)鼠標(biāo)至窗口的預(yù)定位置，點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)，在鼠標(biāo)光標(biāo)后形成一道虛線，拖動(dòng)一定距離后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，生成矩形。如此畫幾個(gè)，調(diào)整矩形的大小,放到適當(dāng)位置，組成機(jī)械手；（3）選中工具箱內(nèi)的圓動(dòng)畫構(gòu)件圖標(biāo) ，在窗口內(nèi)畫大中小三種圓若干，調(diào)整其位置；（4）在用戶窗口中，畫出一對機(jī)械手抓手，調(diào)整其大小將其轉(zhuǎn)換為及位置，右擊將其轉(zhuǎn)換為可旋轉(zhuǎn)多邊形；（5）畫出幾個(gè)文本框用于顯示計(jì)數(shù)，調(diào)整位置；（6）畫出兩個(gè)文本用于顯示系統(tǒng)日期及時(shí)間；（7）選擇“文件”菜單中的“保存窗口”選項(xiàng)，保存畫面。 制作其他窗口根據(jù)上述步驟制作封面窗口、報(bào)警存盤窗口、功能概述窗口、PLC硬件接線圖，， PLC硬件接線圖。 生成畫面 封面窗口由圖形對象搭制而成的圖形畫面是靜止不動(dòng)的，需要對這些圖形對象進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，真實(shí)地描述外界對象的狀態(tài)變化，達(dá)到過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。MCGS實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫效果。 報(bào)警存盤窗口 功能概述窗口該工程中需要制作動(dòng)畫效果的部分是標(biāo)題的閃爍和某些部件的水平垂直運(yùn)動(dòng)以及機(jī)械手抓手的旋轉(zhuǎn)。某些部件的水平垂直運(yùn)動(dòng)具體步驟如下：（1）在用戶窗口中，雙擊要運(yùn)動(dòng)的部件，彈出動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置窗口；（2）選中動(dòng)畫連接內(nèi)的“水平運(yùn)動(dòng)” 或“垂直運(yùn)動(dòng)”,屬性設(shè)置窗口增加“水平運(yùn)動(dòng)”或“垂直運(yùn)動(dòng)”標(biāo)簽； PLC硬件接線圖。 （3）單擊“水平運(yùn)動(dòng)”或“垂直運(yùn)動(dòng)”標(biāo)簽進(jìn)行設(shè)置；（4）單擊“確認(rèn)”,水平運(yùn)動(dòng)或垂直運(yùn)動(dòng)效果制作完畢。進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫界面，將要進(jìn)行報(bào)警的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置開關(guān)型或下限，選擇定時(shí)存盤。進(jìn)入運(yùn)行策略界面，添加循環(huán)策略，雙擊進(jìn)入編輯窗口，添加策略行，添加腳本程序，腳本程序見附錄B。模擬設(shè)備是供用戶調(diào)試工程的虛擬的設(shè)備。該構(gòu)件可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，方波，三角波，鋸齒波信號。其幅值和周期都可以任意設(shè)置。我們通過模擬設(shè)備的連接，可以使動(dòng)畫不需要手動(dòng)操作，自動(dòng)運(yùn)行起來。通常情況下，在啟動(dòng)MCGS組態(tài)軟件時(shí)，模擬設(shè)備都會(huì)自動(dòng)裝載到設(shè)備工具箱中。如果未被裝載，可按照以下步驟將其選入：（1）在工作臺“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)入；（2）點(diǎn)擊工具條中的“工具箱” 圖標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”；（3）單擊“設(shè)備工具箱”中的“設(shè)備管理”按鈕，彈出如圖所示窗口；（4）在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用設(shè)備”；（5）雙擊“模擬數(shù)據(jù)設(shè)備”,在下方出現(xiàn)模擬設(shè)備圖標(biāo)；（6）雙擊模擬設(shè)備圖標(biāo)，即可將“模擬設(shè)備”添加到右側(cè)選定設(shè)備列表中；（7）選中選定設(shè)備列表中的“模擬設(shè)備”,單擊“確認(rèn)”,“模擬設(shè)備”即被添加到“設(shè)備工具箱”中。下面詳細(xì)介紹模擬設(shè)備的添加及屬性設(shè)置：（1）雙擊“設(shè)備工具箱”中的“模擬設(shè)備”,模擬設(shè)備被添加到設(shè)備組態(tài)窗口中；（2）雙擊“設(shè)備0[模擬設(shè)備]”,進(jìn)入模擬設(shè)備屬性設(shè)置窗口；（3）單擊基本屬性內(nèi)的內(nèi)部屬性在設(shè)備屬性一欄中出現(xiàn) 單擊此按鈕進(jìn)入“內(nèi)部屬性”設(shè)置。設(shè)置完后, 單擊“確認(rèn)”，完成“內(nèi)部屬性”設(shè)置。單擊“確認(rèn)”按鈕，完成內(nèi)部屬性設(shè)置。組態(tài)軟件運(yùn)行策略界面和腳本程序見附錄A所示。 PLC的選型及指令介紹 PLC[8]的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，再就是PLC選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型。所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍，確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，所以本系統(tǒng)最終選用三菱FX2N48MR+PLC。 PLC的指令介紹FX2N系列可程式控制器，有基本指令、步進(jìn)指令和應(yīng)用指令，本系統(tǒng)應(yīng)用最多基本指令有：（1）輸出指令OUTOUT(Out)用于一個(gè)回路的輸出，位于回路的最右端，輸出元件可為Y、M、S、T、C，輸出元件為T或C 時(shí)，后面必須再打入設(shè)定值常數(shù)K或資料暫存器D作指定均可。多個(gè)輸出元件時(shí)，可以直接并聯(lián)，只要步序容量夠，并聯(lián)的輸出個(gè)數(shù)不受限制，但若使用列表列表機(jī)列印階梯形圖時(shí)卻有其限制，故并聯(lián)列數(shù)不應(yīng)超過24 列。（2）接點(diǎn)串聯(lián)指令A(yù)ND、ANI、ANDP、ANDFAND(And)指令用于串聯(lián)連接的a接點(diǎn)，只要步序容量夠，串聯(lián)接點(diǎn)的個(gè)數(shù)不受限制，但若使用列表機(jī)列印階梯形圖時(shí)卻有其限制，故串聯(lián)接點(diǎn)超過10個(gè)接點(diǎn)。ANI(And inverse)指令用于串聯(lián)連接的b 接點(diǎn)，串聯(lián)接點(diǎn)的個(gè)數(shù)不受限制。 ANDP(And pulse)指令用于串聯(lián)連接的a接點(diǎn)之上緣檢出動(dòng)作，也就是當(dāng)接點(diǎn)由OFF→ON時(shí)，其驅(qū)動(dòng)的輸出元件會(huì)動(dòng)作一個(gè)掃描周期的時(shí)間。ANDF(And falling pulse)指令用于串聯(lián)連接的a接點(diǎn)之下緣檢出動(dòng)作，也就是當(dāng)接點(diǎn)由ON→OFF時(shí)，其驅(qū)動(dòng)的輸出元件會(huì)動(dòng)作一個(gè)掃描周期的時(shí)間。（3） 區(qū)塊并聯(lián)指令ORB當(dāng)控制電路比較復(fù)雜，有兩個(gè)以上的接點(diǎn)先串聯(lián)后再并聯(lián)時(shí)，需使用此區(qū)塊并聯(lián)指令ORB(Or block)。也就是說單一接點(diǎn)并聯(lián)時(shí)用OR指令，多接點(diǎn)并聯(lián)時(shí)用OPB指令。（4） 區(qū)塊串聯(lián)指令A(yù)NB當(dāng)控制電路比較復(fù)雜，有兩個(gè)以上的接點(diǎn)先并聯(lián)后再串聯(lián)時(shí)，需使用此區(qū)塊串聯(lián)指令A(yù)NB(And block)。也就是說單一接點(diǎn)串聯(lián)時(shí)用AND指令，多接點(diǎn)串聯(lián)時(shí)用ANB指令。(5)I/O指令表設(shè)計(jì)用到的I/O指令表見附錄B所示。 PLC的I/O信號及軟件設(shè)計(jì) I/O點(diǎn)數(shù)的確定I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行匯總。本系統(tǒng)匯總后選擇48點(diǎn)I/O接口。 I/O信號的地址分配I/O信號的地址分配見表41所示。表41 I/O信號的地址分配表輸入（I）輸出(O)手動(dòng)開關(guān)X10下降按鈕X23上升接觸器Y2回原點(diǎn)開關(guān)X11右行按鈕X24下降接觸器Y0單步開關(guān)X12左行按鈕X25緊/松接觸器Y1單周期開關(guān)X13夾緊按鈕X20右行接觸器Y3連續(xù)開關(guān)X14松開按鈕X21左行接觸器Y4回原點(diǎn)起動(dòng)X15上升限位X2原點(diǎn)指示Y5起動(dòng)按鈕X16下降限位X1————停止按鈕X17左限位X4————上升按鈕X22右限位X3———— 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電路 （1）控制電路圖根據(jù)控制系統(tǒng)的要求。一共要用到兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，對電動(dòng)機(jī)M1和M2要求其能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，M1實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂的上下運(yùn)動(dòng)，M2實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂的左右運(yùn)動(dòng)。每臺電動(dòng)機(jī)用兩組接觸器輪流工作實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，接線時(shí)應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷及正反轉(zhuǎn)的線路連接，以及線路中的短路保護(hù)（FR）和過載保護(hù)（FU）。 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制電路圖（2）控制電路硬件接線圖。 控制電路硬件接線圖 PLC梯形圖PLC梯形圖見附錄C所示。5結(jié)束語通過這一階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅鍛煉了良好的邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了棄而不舍的求學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)?；仡櫞舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)，是大學(xué)三年所學(xué)知識很好的總結(jié)。本次設(shè)計(jì)的課題是基于機(jī)械手的MCGS組態(tài)軟件控制系統(tǒng)設(shè)置，它具有較強(qiáng)的實(shí)用性。在很多地方都能夠用得上，本次設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于：操作方便，應(yīng)用范圍廣。在這次設(shè)計(jì)的過程中，通過圖書館資料的查找，上網(wǎng)的搜索，使我對所學(xué)的知識也有了更加全面的了解，鞏固和加強(qiáng)了我大學(xué)三年所學(xué)的知識，通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們的綜合能力，對所學(xué)的基礎(chǔ)課，專業(yè)科目等知識，進(jìn)行了一次全面的總結(jié)和鞏固。也培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新能力，以及很好的團(tuán)隊(duì)精神。最后，我要感謝我的指導(dǎo)老師徐穎秦，她對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了多次的修改，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成。同樣我也要衷心的感謝教育過和指導(dǎo)過我的各位老師，感謝給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們，謹(jǐn)獻(xiàn)上我最真摯的祝福。畢業(yè)實(shí)踐總結(jié)短短的兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就快要結(jié)束了，在本論文完成之際，首先要向我的指導(dǎo)老師徐穎秦致以誠摯的謝意。徐老師學(xué)識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，待人平易近人，徐老師平時(shí)的工作任務(wù)比較多，但是在我論文的寫作過程階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。徐老師都給了我許多的幫助和關(guān)懷，使我能夠順利快速的把畢業(yè)論文寫好，再次我再次表示對徐老師的謝意?？偨Y(jié)兩個(gè)多月來的設(shè)計(jì)，體會(huì)如下：首先，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我感到了團(tuán)隊(duì)精神的重要性，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較繁重的工作，這就需要我們充分的利用好彼此的力量，充分的協(xié)作，針對