【正文】 高速脈沖輸出上升電磁閥下降電磁閥左旋電磁閥右旋電磁閥抓緊電磁閥松開電磁閥傳送帶2繼電器壓蓋機(jī)電磁閥高速脈沖輸入急停按鈕手動(dòng)/自動(dòng)手臂上升手臂下降手臂右旋手臂左旋手爪抓緊手爪松開自動(dòng)啟動(dòng)上升限位開關(guān)下降限位開關(guān)左旋限位開關(guān)右旋限位開關(guān)傳送帶1光電開關(guān)傳送帶2啟動(dòng)壓蓋機(jī)啟動(dòng)圖934 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC控制部分硬件連接圖 Figure 932 Joint manipulator control system PLC control part of the hardware connection diagram 其他資源設(shè)置要完成系統(tǒng)的功能除了PLC及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種限位開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器及編碼盤等儀器設(shè)備。（1）各種限位開關(guān)在此系統(tǒng)中，共用了4個(gè)限位開關(guān)：上升限位開關(guān)、下降限位開關(guān)、左旋限位開關(guān)和右旋限位開關(guān)。限位開關(guān)主要是來控制機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中的停止時(shí)刻和位置。（2）光電開關(guān)在傳送帶1和傳送帶2上各有一個(gè)光電開關(guān)，此開關(guān)的作用主要是指示工件是否到位。傳送帶1上的光電開關(guān)用于檢測工件是否已到機(jī)械手可操作的工位，若到位則傳送帶1停止，等待工件被取走；傳送帶2上的光電開關(guān)則置于壓蓋機(jī)處，當(dāng)工件到達(dá)壓蓋機(jī)時(shí)，傳送帶2停止，對(duì)工件進(jìn)行壓蓋操作，操作結(jié)束后等待下一個(gè)工作。(3)傳感器在此系統(tǒng)采用的是多關(guān)節(jié)機(jī)械手，由于要適應(yīng)各種形狀的工件，所以要在手指受力的部分安裝壓力傳感器，將壓力值轉(zhuǎn)換為電壓值傳入PLC，然后進(jìn)行判斷，防止抓緊時(shí)壓力過大對(duì)工件造成損壞。(4)各種電磁閥此系統(tǒng)中機(jī)械手手臂的上升和下降是用氣缸來實(shí)現(xiàn)的，使用一個(gè)氣缸、一個(gè)電磁閥就能實(shí)現(xiàn)手臂的上升和下降，相對(duì)于利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)升降，氣缸控制簡單方便。多關(guān)節(jié)機(jī)械手手爪的抓緊和松開共用了4個(gè)電磁閥。(5)各種繼電器此系統(tǒng)中，傳送帶2并不需要時(shí)刻連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)傳送，并且也不可能一直連續(xù)地傳送物品，而是根據(jù)機(jī)械手的當(dāng)前工作情況有控制機(jī)械手的控制系統(tǒng)來控制傳送帶2的工作與否，該在什么時(shí)候啟動(dòng)傳送帶，該在什么時(shí)候停止傳送帶。因此，就必須在傳送帶2的電動(dòng)機(jī)部分裝一個(gè)可以控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和停止的繼電器，再連接到PLC以控制接觸器，最后達(dá)到控制目的。壓蓋機(jī)同樣也不需要時(shí)時(shí)刻刻工作，因此在壓蓋機(jī)附近放置的光電開關(guān)，可以將工件到位的信號(hào)傳至PLC，從而控制傳送帶2的停止，并且控制壓蓋機(jī)在工件到位的情況下工作。(6)編碼器在此系統(tǒng)中，需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行精確定位，所以在手臂左右轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，要將電動(dòng)機(jī)反饋的信號(hào)同PLC發(fā)出的信號(hào)做比較，以檢測是否手臂準(zhǔn)確到位。(7)各種按鈕急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點(diǎn)，按下后旋轉(zhuǎn)復(fù)位；手動(dòng)/自動(dòng)按鈕采用旋鈕，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕均采用觸點(diǎn)觸發(fā)方式，按下即接通，松開即復(fù)位。 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作和要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)出如圖41所示的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖。如圖935 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖Figure 935 Multijoint manipulator control system flow chart 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)當(dāng)軟件總體流程圖設(shè)計(jì)完成后，就需要對(duì)各個(gè)控制過程進(jìn)行分解細(xì)化，這樣在程序便攜式就會(huì)簡潔明了，最后聯(lián)合起來調(diào)試也便于發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)控制過程特別復(fù)雜的時(shí)候，采用模塊化設(shè)計(jì)，就顯得尤為重要。采用模塊化的設(shè)計(jì)，調(diào)試時(shí)先調(diào)試摸個(gè)模塊的功能，可以及早發(fā)現(xiàn)問題，到最后聯(lián)調(diào)試若出現(xiàn)問題就可以很快找出原因及時(shí)解決。程序中用到的元件及設(shè)置如表942所示。表942 元件設(shè)置Table 942 The original settings編號(hào)意義內(nèi)容備注急停標(biāo)志on有效手動(dòng)標(biāo)志on有效自動(dòng)標(biāo)志on有效機(jī)械手上升標(biāo)志on有效手臂左旋標(biāo)志on有效機(jī)械手下降標(biāo)志on有效手爪抓緊工件標(biāo)志on有效機(jī)械手上升標(biāo)志on有效手臂右旋標(biāo)志on有效機(jī)械手下降標(biāo)志on有效手爪松開標(biāo)志on有效機(jī)械手上升標(biāo)志on有效手爪抓緊工件標(biāo)志on有效機(jī)械手下降標(biāo)志on有效手爪松開端蓋標(biāo)志on有效傳送帶2啟動(dòng)標(biāo)志on有效壓蓋機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志on有效T37一個(gè)循環(huán)結(jié)束后等待的時(shí)間101sVW01傳感器值存儲(chǔ)單元VW22傳感器置存儲(chǔ)單元VW43傳感器置存儲(chǔ)單元VW64傳感器置存儲(chǔ)單元VW85傳感器置存儲(chǔ)單元VW10抓取工件的標(biāo)志壓力值存儲(chǔ)單元VW20抓取蓋端的標(biāo)準(zhǔn)壓力值由于機(jī)械手的控制過程是按順序執(zhí)行的，所以在程序編寫的時(shí)候采用順序控制指令。多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖如圖943所示。 如圖943所示的是控制系統(tǒng)的主程序，如圖43（a）所示中主要是對(duì)高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出進(jìn)行初始化。對(duì)于高速計(jì)數(shù)器，選用高速計(jì)數(shù)器HSC0，工作方式為模式0。設(shè)置HSC0的功能為：復(fù)位與啟動(dòng)輸入信號(hào)都是高電位有效、4倍計(jì)數(shù)頻率、計(jì)數(shù)方向?yàn)樵鲇?jì)數(shù)、預(yù)設(shè)脈沖為10000個(gè)、允許更新雙子和執(zhí)行HSC指令。 對(duì)于高速脈沖輸出控制，設(shè)置為脈沖輸出方式。脈沖的輸出設(shè)置為多段管線輸出，本例中采用3段輸出，寫控制字到特定存儲(chǔ)器中，完成設(shè)置的功能為：時(shí)間基準(zhǔn)為μs級(jí)、不允許更新周期和脈沖數(shù)。由于是多段輸出，所以還需要簡歷包絡(luò)表，對(duì)3段脈沖周期、數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)多段脈沖輸出梯形圖如圖44所示。 手臂的左右旋轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制是為了提高定位的精度，所以需要用到高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出，對(duì)發(fā)出的脈沖數(shù)和接收到的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，如果相等，則定位準(zhǔn)確，如果兩者有偏差，則補(bǔ)發(fā)脈沖，最后達(dá)到設(shè)定的位置上。 如圖44表示的是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸出控制，本例采用3段脈沖輸出，由于步進(jìn)電機(jī)本身的特性，啟動(dòng)頻率不宜太高，所以在啟動(dòng)階段輸出的脈沖周期為500ms，且周期逐步減少，緩慢提高其輸出脈沖頻率；在第二階段，輸出脈沖周期為50ms，在這個(gè)階段手臂的移動(dòng)是最快的，當(dāng)達(dá)到設(shè)定位置的時(shí)候，同樣不可以突然是頻率降低到0，需要逐漸降低脈沖的頻率值，所以第三階段的脈沖周期為200ms，電動(dòng)機(jī)逐步減速，達(dá)到設(shè)定位置后可能可靠停止。 如圖45所示多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值1處理子程序梯形圖和46所示多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值2處理子程序梯形圖，都是針對(duì)傳感器采集到的值傳到PLC處理的子程序，由于機(jī)械手爪在每次加工過程中，都需要移動(dòng)兩個(gè)工件，對(duì)于不同的工件，手爪的力度是不同的，為了防止抓緊力過大，對(duì)工件造成損壞，設(shè)置兩個(gè)不同的壓力對(duì)比值。在此小節(jié)中，完成了PLC軟件系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)，程序包括：控制系統(tǒng)的主程序、對(duì)高速脈沖輸出和高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化設(shè)置的子程序和處理傳感器返回值的子程序。在主程序中，主要采用了順序控制指令。在多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作過程中，機(jī)械手爪是嚴(yán)格按照一定的順序運(yùn)行的，采用順序控制指令能夠非常方便地按照工藝的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)下一個(gè)動(dòng)作開始執(zhí)行時(shí)，前一個(gè)動(dòng)作中的所有元件全部復(fù)位到初始狀態(tài)，減少出現(xiàn)誤動(dòng)作的概率。 10 結(jié)論經(jīng)過緊張有序三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)順利完成，在設(shè)計(jì)的過程中，我學(xué)到了很多與設(shè)計(jì)有關(guān)的東西，使我對(duì)機(jī)械學(xué)科的學(xué)習(xí)方法有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，也使我的知識(shí)面有了進(jìn)一步的擴(kuò)充，對(duì)我以后的工作也有重要的影響，使我更加熱愛機(jī)械學(xué)科，并對(duì)這門科學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，通過這次設(shè)計(jì)使我以下幾個(gè)方面有了很大的提高：第一，以前學(xué)習(xí)時(shí)我總認(rèn)為學(xué)習(xí)機(jī)械學(xué)科書本上的知識(shí)一定要學(xué)好，而且是重中之重，現(xiàn)在我才發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的東西書本上的東西固然重要，但更重要的是把書本上的東西和實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系起來這張才能達(dá)到事半功倍的效果。第二，機(jī)械設(shè)計(jì)必須把理論知識(shí)生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系，以現(xiàn)有理論分析生產(chǎn)中的東西，使生產(chǎn)中的東西促進(jìn)我們認(rèn)識(shí)理論。第三，在設(shè)計(jì)時(shí)我們一定要有創(chuàng)新精神，特別是原創(chuàng)性的東西，努力培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力，使自己有創(chuàng)新能力的社會(huì)急需人才。第四，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，一定要培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力，把現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和理論研究聯(lián)系起來，為國家的裝配制造業(yè)增磚添瓦?？傊?，這次設(shè)計(jì)給我以后的工作提供了很好實(shí)習(xí)環(huán)境，是我的能力得到了培養(yǎng)，創(chuàng)新能力得到了提高我非常感謝學(xué)校給我這次機(jī)會(huì)。參考文獻(xiàn)[１]王文斌 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