【正文】 左移 右移 上升 放松 下降 機械手的組成工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。 執(zhí)行機構(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，以擴大機械手的動作范圍，使機械手的靈活性和適應(yīng)性更強。手腕有獨立的自由度，可以回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)置回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(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，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。（3）臂部 手臂部件是機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），并帶動他們做空間運動。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個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）運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(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、動載荷，而且自身運動較為多，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械手的工作性能。（4）行走機構(gòu) 國際上較為先進的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國則正處于仿真研究階段。 驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同,工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手，結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 控制機構(gòu) 在機械手的控制方式上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式?？刂茩C構(gòu)大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。 機械手的控制要求 （1）上升和下降機械手上升或下降的動作都要到位，否則不能進行下一個工作步驟。上升或下降的動作用一個雙線圈的電磁閥控制。（2）夾緊和放松機械手夾緊和放松的動作必須在兩個工位處進行，且其動作都要到位。為了確保夾緊和放松的動作可靠年，需對這兩個動作進行定時。加緊和放松動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）左行和右行自動方式時，機械手的左、右運動必須在壓動上限位開關(guān)后才能進行；機械手的左、右運動都必須到位，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)進行控制。左、右動作行動由雙線圈電磁閥控制。自動方式（連續(xù)、單周期、單步）時，按一次起動按鈕自動運行方式開始后，再按操作按鈕錯誤操作，程序?qū)﹀e誤操作不予響應(yīng)。根據(jù)上述要求，操作盤上需設(shè)置一個工作方式選擇開關(guān)，通過這個開關(guān)來選擇機械手的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 機械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計 4．1基于MCGS軟件系統(tǒng)設(shè)計 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”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”；（3）將窗口名稱改為：機械手演示，其它不變，單擊“確認”；（4）在“用戶窗口”中，選中“機械手演示”，點擊右鍵，選擇下拉菜單中的“設(shè)置為啟動窗口”選項，將該窗口設(shè)置為運行時自動加載的窗口。選中“機械手演示”窗口圖標，雙擊，進入動畫組態(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,鼠標的光標呈“十字形,在窗口頂端中心位置拖拽鼠標,根據(jù)需要拉出一個一定大小的矩形；（7）右擊，選擇裝載位圖，將保存為bmp格式的目標圖片裝載進來。 制作主界面（1）單擊繪圖工具箱中的 （常用符號）圖標，彈出對象元件管理對話框；（2）選中工具箱內(nèi)的矩形塊動畫構(gòu)件圖標 ，鼠標的光標呈“十”字形，移動鼠標至窗口的預(yù)定位置，點擊一下鼠標左鍵，移動鼠標，在鼠標光標后形成一道虛線，拖動一定距離后，點擊鼠標左鍵，生成矩形。如此畫幾個，調(diào)整矩形的大小,放到適當位置，組成機械手；（3）選中工具箱內(nèi)的圓動畫構(gòu)件圖標 ，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）畫出幾個文本框用于顯示計數(shù)，調(diào)整位置；（6）畫出兩個文本用于顯示系統(tǒng)日期及時間；（7）選擇“文件”菜單中的“保存窗口”選項，保存畫面。 制作其他窗口根據(jù)上述步驟制作封面窗口、報警存盤窗口、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的，需要對這些圖形對象進行動畫設(shè)計，真實地描述外界對象的狀態(tài)變化，達到過程實時監(jiān)控的目的。MCGS實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實時數(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)的動畫屬性。在系統(tǒng)運行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實時采集值驅(qū)動，從而實現(xiàn)了圖形的動畫效果。 報警存盤窗口 功能概述窗口該工程中需要制作動畫效果的部分是標題的閃爍和某些部件的水平垂直運動以及機械手抓手的旋轉(zhuǎn)。某些部件的水平垂直運動具體步驟如下：（1）在用戶窗口中，雙擊要運動的部件，彈出動畫組態(tài)屬性設(shè)置窗口；（2）選中動畫連接內(nèi)的“水平運動” 或“垂直運動”,屬性設(shè)置窗口增加“水平運動”或“垂直運動”標簽； PLC硬件接線圖。 （3）單擊“水平運動”或“垂直運動”標簽進行設(shè)置；（4）單擊“確認”,水平運動或垂直運動效果制作完畢。進入實時數(shù)據(jù)庫界面，將要進行報警的數(shù)據(jù)進行設(shè)置，設(shè)置開關(guān)型或下限，選擇定時存盤。進入運行策略界面，添加循環(huán)策略，雙擊進入編輯窗口，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)生標準的正弦波，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，可以使動畫不需要手動操作，自動運行起來。通常情況下，在啟動MCGS組態(tài)軟件時，模擬設(shè)備都會自動裝載到設(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”圖標進入；（2）點擊工具條中的“工具箱” 圖標，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；（6）雙擊模擬設(shè)備圖標，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”,“模擬設(shè)備”即被添加到“設(shè)備工具箱”中。下面詳細介紹模擬設(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) 單擊此按鈕進入“內(nèi)部屬性”設(shè)置。設(shè)置完后, 單擊“確認”，完成“內(nèi)部屬性”設(shè)置。單擊“確認”按鈕，完成內(nèi)部屬性設(shè)置。組態(tài)軟件運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)計時，首先應(yīng)確定控制方案，再就是PLC選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴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間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍，確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入/輸出點數(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格比的PLC和設(shè)計相應(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，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。多個輸出元件時，可以直接并聯(lián)，只要步序容量夠，并聯(lián)的輸出個數(shù)不受限制，但若使用列表列表機列印階梯形圖時卻有其限制，故并聯(lián)列數(shù)不應(yīng)超過24 列。（2）接點串聯(lián)指令A(yù)ND、ANI、ANDP、ANDFAND(And)指令用于串聯(lián)連接的a接點，只要步序容量夠，串聯(lián)接點的個數(shù)不受限制，但若使用列表機列印階梯形圖時卻有其限制，故串聯(lián)接點超過10個接點。ANI(And inverse)指令用于串聯(lián)連接的b 接點，串聯(lián)接點的個數(shù)不受限制。 ANDP(And pulse)指令用于串聯(lián)連接的a接點之上緣檢出動作，也就是當接點由OFF→ON時，其驅(qū)動的輸出元件會動作一個掃描周期的時間。ANDF(And falling pulse)指令用于串聯(lián)連接的a接點之下緣檢出動作，也就是當接點由ON→OFF時，其驅(qū)動的輸出元件會動作一個掃描周期的時間。（3） 區(qū)塊并聯(lián)指令ORB當控制電路比較復(fù)雜，有兩個以上的接點先串聯(lián)后再并聯(lián)時，需使用此區(qū)塊并聯(lián)指令ORB(Or block)。也就是說單一接點并聯(lián)時用OR指令，多接點并聯(lián)時用OPB指令。（4） 區(qū)塊串聯(lián)指令A(yù)NB當控制電路比較復(fù)雜，有兩個以上的接點先并聯(lián)后再串聯(lián)時，需使用此區(qū)塊串聯(lián)指令A(yù)NB(And block)。也就是說單一接點串聯(lián)時用AND指令，多接點串聯(lián)時用ANB指令。(5)I/O指令表設(shè)計用到的I/O指令表見附錄B所示。 PLC的I/O信號及軟件設(shè)計 I/O點數(shù)的確定I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行匯總。本系統(tǒng)匯總后選擇48點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)手動開關(guān)X10下降按鈕X23上升接觸器Y2回原點開關(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回原點起動X15上升限位X2原點指示Y5起動按鈕X16下降限位X1————停止按鈕X17左限位X4————上升按鈕X22右限位X3———— 機械手驅(qū)動電機的控制電路 （1）控制電路圖根據(jù)控制系統(tǒng)的要求。一共要用到兩個電動機，對電動機M1和M2要求其能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，M1實現(xiàn)機械手手臂的上下運動，M2實現(xiàn)機械手手臂的左右運動。每臺電動機用兩組接觸器輪流工作實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，接線時應(yīng)注意電動機的負荷及正反轉(zhuǎn)的線路連接，以及線路中的短路保護（FR）和過載保護（FU）。 驅(qū)動電動機控制電路圖（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，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)精神和嚴謹作風(fēng)?；仡櫞舜萎厴I(yè)設(shè)計，是大學(xué)三年所學(xué)知識很好的總結(jié)。本次設(shè)計的課題是基于機械手的MCGS組態(tài)軟件控制系統(tǒng)設(shè)置，它具有較強的實用性。在很多地方都能夠用得上，本次設(shè)計優(yōu)點在于：操作方便，應(yīng)用范圍廣。在這次設(shè)計的過程中，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，鞏固和加強了我大學(xué)三年所學(xué)的知識，通過本次設(shè)計，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，以及很好的團隊精神。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)計進行了多次的修改，我的畢業(yè)設(shè)計才得以順利完成。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，謹獻上我最真摯的祝福。畢業(yè)實踐總結(jié)短短的兩個多月的畢業(yè)設(shè)計就快要結(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)嚴謹，待人平易近人，徐老師平時的工作任務(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)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個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)兩個多月來的設(shè)計，體會如下：首先，此次畢業(yè)設(shè)計使我感到了團隊精神的重要性，畢業(yè)設(shè)計是一個比較繁重的工作，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