【導(dǎo)讀】產(chǎn)線，移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的控制等環(huán)境較惡劣的工業(yè)場(chǎng)合。性能穩(wěn)定，可擴(kuò)展性強(qiáng)，應(yīng)用簡(jiǎn)便。不同設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，具有高度靈活性的無線遙控操作系統(tǒng)的應(yīng)用。線電數(shù)字傳輸方式。不同場(chǎng)合和要求的RF芯片[3]。動(dòng)化數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合。具有可靠性高，功耗低，協(xié)議透明使用。傳輸距離可以達(dá)到幾十至上百米，有些甚至可以。到上千米的距離。目前很多廠商推出了工業(yè)化、系列化的產(chǎn)品，及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。業(yè)機(jī)械手就這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。電氣方面有電機(jī)、開關(guān)電源、電磁閥、等電子。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出四路。本課題擬開發(fā)的工業(yè)機(jī)械手模型可在空間抓放物體，動(dòng)作。變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。

　　

【正文】 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 HPP 的操作面板 HPP 的操作面板如圖 所示，鍵盤上 各鍵的作用如下： 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 圖 HPP 操作面板 （ 1）功能鍵 功能鍵有三個(gè)： [RD/WR]（讀出 /寫入）、 [INS/DEL]（插入 /刪除）、[MNT/TEST]（監(jiān)視 /測(cè)試）。每個(gè)功能鍵均有兩個(gè)功能并交替起作用：按一次時(shí)選擇第 1 功能；再按一次，則選擇第 2 功能。 （ 2）其它鍵 其它鍵 [OTHER]，在任何狀態(tài)下按該鍵，將顯示方式項(xiàng)目單（菜單）選擇畫面。安裝 ROM 寫入器模塊時(shí)，在脫機(jī)方式項(xiàng)目單上進(jìn)行項(xiàng)目選擇。 （ 3）清除鍵 [CLEAR] 如果在按 [GO]鍵以前（確認(rèn)前）按此鍵，則清除鍵入的數(shù)據(jù)。此鍵也可 以用于清除錯(cuò)誤信息，恢復(fù)原來的畫面。 （ 4）幫助鍵 [HELP] 顯示功能指令一覽表；在監(jiān)視時(shí)，進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換，起到鍵輸入時(shí)的輔助功能。 （ 5）空格鍵 [SP] 在輸入時(shí)，用該鍵指定軟元件的編號(hào)和常數(shù)。 （ 6）步序鍵 [STEP] 設(shè)定步序號(hào)時(shí)。 （ 7）光標(biāo)鍵 [↑ ]、 [↓ ] 用此鍵來移動(dòng)光標(biāo)和提示符，指定當(dāng)前元件的前一個(gè)或后一個(gè)地址號(hào)元件，作行滾動(dòng)。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 （ 8）執(zhí)行鍵 [GO] 此鍵用于指令的確認(rèn)、執(zhí)行，顯示后面的畫面（滾動(dòng)）以及再檢索。 （ 9）指令、元件符號(hào)及數(shù)字鍵 共 24 個(gè)，都是雙功能（ 指令 /元件符號(hào)及數(shù)字）復(fù)用鍵，用于程序的輸入、讀出或監(jiān)視。兩種功能是根據(jù)當(dāng)前所執(zhí)行的操作自動(dòng)進(jìn)行切換，其中元件符號(hào) Z/V、 K/H、 P/I 交替起作用（反復(fù)按鍵時(shí)互相交替切換）。 二 HPP的操作過程 HPP 的操作過程主要包括：操作準(zhǔn)備、方式選擇、編程、監(jiān)視與測(cè)試等。 1． 操作準(zhǔn)備 打開 PLC 上部的插座蓋板，將 HPP 所帶的 FX20PCAB 型電纜（對(duì) FX2 系列 PLC）接到 PLC 的連接 HPP 專用插座上，并將左右兩邊的螺釘擰緊，然后接通 PLC 電源。HPP 本身不帶電源，只能通過電纜由 PLC 供電。 2． 方式選擇 在方式選擇 時(shí)，用 HPP 的鍵操作進(jìn)行聯(lián)機(jī) /脫機(jī)方式的選擇及功能選擇。接通 PLC電源后， HPP 顯示屏上將顯示如圖 上部所示的畫面， 2 秒鐘后將自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)畫面。畫面初始狀態(tài)時(shí)，光標(biāo)顯示聯(lián)機(jī)方式，按 [GO]鍵，則確認(rèn)為聯(lián)機(jī)方式。如選擇脫機(jī)方式，將光標(biāo)移到 [OFF LINE]位置，再按 [GO]鍵。方式選擇完后，再進(jìn)行功能選擇。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 圖 方式選擇 3． 編程 操作前，首先確認(rèn) PLC 的 [RUN/STOP]開關(guān)為“ STOP”位置，然后在指定的范圍內(nèi)成批寫入 NOP 指令，將 PLC 內(nèi)部用戶存儲(chǔ)器的程序全部清除，再用編程器的編輯功能 進(jìn)行編程。 4． 監(jiān)視 監(jiān)視功能是通過 HPP 的顯示屏監(jiān)測(cè)和確認(rèn)聯(lián)機(jī)方式下 PLC 的動(dòng)作和控制狀態(tài)。如指定元件的 ON/OFF 狀態(tài)， T、 C、 D 及文件寄存器的設(shè)定值和當(dāng)前值。 5． 測(cè)試 測(cè)試功能是由 HPP 對(duì)指定元件的觸點(diǎn)和線圈進(jìn)行強(qiáng)制 ON/OFF，以及進(jìn)行常陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 數(shù)變更。 編程操作： 以下分別說明在聯(lián)機(jī)方式下，程序讀出、寫入、插入、刪除等操作方法。在聯(lián)機(jī)方式下，是直接對(duì) PLC 內(nèi)部的用戶程序存儲(chǔ)器進(jìn)行操作，所以編程結(jié)束后，不必再向 PLC 傳送。按功能鍵或 [OTHER]鍵，可切換到其他功能或項(xiàng)目單。 編程時(shí)按指令清單進(jìn)行。基本邏輯指令 和步進(jìn)指令在 HPP 上有對(duì)應(yīng)的指令鍵，但沒有逐一對(duì)應(yīng)的功能指令鍵，需通過 [FNC]和數(shù)字、字母鍵鍵入。 讀出指令 在聯(lián)機(jī)方式下，當(dāng) PLC 處于 RUN 狀態(tài)時(shí)，只能根據(jù)步序號(hào)讀出指令； PLC 處于STOP 狀態(tài)時(shí)，還可根據(jù)指令、元件以及指針讀出指令。在脫機(jī)方式下，不管 PLC 處于“ RUN”狀態(tài)還是“ STOP”狀態(tài)，所有讀出方式有效。 （ 1）根據(jù)步序號(hào)讀出 指定步序號(hào)，從用戶程序存儲(chǔ)器中讀出并顯示程序，其基本操作如圖 所示。 圖 根據(jù)步序號(hào)讀出程序的基本操作 例如：讀出第 55 步的程序指令，其操作步 驟如下： RD 功能下→ STEP→ 5→ 5→GO。 HPP 以指定的步序號(hào)指令為第 1 行，讀出并顯示 4 行程序。若反復(fù)按 [GO]鍵，則顯示指令的第 5 行以后的畫面并滾動(dòng)進(jìn)行。 （ 2）根據(jù)指令讀出 PLC 處于 STOP 狀態(tài)時(shí)，指定指令，從用戶程序存儲(chǔ)器讀出并顯示程序，其基本操作如圖 所示。 圖 根據(jù)指令讀出的基本操作 例如：讀出指令 PLS M104，操作如下： RD 功能下→ PLS→ M→ 1→ 0→ 4→ GO。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 HPP 從 0 步依次搜索所指定的指令，并顯示以最先搜索到的指令為首行的 4 行程序；反復(fù)按 [GO]鍵，從所搜索 出的下一步開始，搜索同樣指令，若沒有發(fā)現(xiàn)指定的指令，則顯示“ NOT FOUND”信息。 （ 3）根據(jù)指針讀出 當(dāng) PLC 處于 STOP 狀態(tài)時(shí)，指定指針，從用戶程序存儲(chǔ)器中讀出并顯示程序，其基本操作如圖 所示： 圖 根據(jù)指針讀出的基本操作 例如：讀出指針編號(hào)為 3 的標(biāo)號(hào)，其操作步驟如下： RD 功能下→ P→ 3→ GO。 2．寫入指令 寫入操作有基本指令、功能指令、元件、指針標(biāo)號(hào)等的輸入。 （ 1）基本指令的寫入 基本指令（含步進(jìn)指令）的寫入的基本操作如圖 所示。 圖 基本指令的寫入操作 在指令輸入過程中，如需要修改，可按圖 所示的操作進(jìn)行。 圖 修改的基本操作 例如，輸入指令 OUT T0 K10，按 [GO]鍵前（確認(rèn)前），欲將 K10 改為 D9，其操作為： WR 功能下→ OUT→ T→ 1→ 0→ SP→ K→ 1→ 0→ CLEAR→ D→ 9→ GO。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 如在確認(rèn)后（按 [GO]鍵后）修改上例，其操作為： WR 功能下→ OUT→ T→ 1→ 0→SP→ K→ 1→ 0→ GO→↑→ D→ 9→ GO。 程序的修改 在指定的步序上修改指令。例如在第 100 步上寫入指令 OUT T50 K30，其操作為：RD 功能下→ STEP→ 1→ 0→ 0→ GO→ WR 功能下→ OUT→ T→ 5→ 0→ SP→ K→ 3→ 0→ GO。 如果要修改功能指令中的操作數(shù)，讀出該操作數(shù)后，將光標(biāo)移到欲修改的操作數(shù)所在的行，然后修改該行的參數(shù)。 第四章 各功能實(shí)現(xiàn)形式與控制方式 第一節(jié) 本機(jī)械手模型的機(jī)能和特性 物體在三維空間內(nèi)的禁止位置是由三個(gè)坐標(biāo)和圍繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定的，因此，抓握物體的位置和方向能從理論 上求得。根據(jù)資料的介紹，如果采用機(jī)械手，其機(jī)能要接近于人的上肢，則需要具有 27 個(gè)自由度，而每一個(gè)自由度至少要有一根“人造肌肉”來控制。我們不要那么多自由度，因 為根據(jù)實(shí)際情況而言，控制的自由度越多，其各個(gè)部分也就越復(fù)雜，相應(yīng)的制造成本也就增加。 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有自由度 5 個(gè)。即：手臂前后伸縮、手臂上下伸縮、手臂左右旋轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指的抓握，其自動(dòng)功能流程圖如圖 。 第二節(jié) 夾緊機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手爪是用來抓取工件的部件。手爪抓取工件時(shí)要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確可靠的要求。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu) —— 機(jī)械手，首先要從機(jī)械手的坐標(biāo)形式，運(yùn)行速度和加速度的情況來考慮。其夾緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力來計(jì)算。則同時(shí)考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化為 擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機(jī)構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力要限制在一定的范圍內(nèi)并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動(dòng)定心結(jié)構(gòu)。為防止突然斷電造成被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)本身則結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、動(dòng)作靈活、和工作可靠。 夾緊結(jié)構(gòu)形式多樣、有機(jī)械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機(jī)構(gòu)還 帶有傳感陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 裝置和攜帶工具進(jìn)行操作的裝置。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式夾緊裝置。 機(jī)械式夾緊是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可 分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。本設(shè)計(jì)采用二指式手爪。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手爪的開閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過兩個(gè)限位開關(guān)完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設(shè)置在 180 度。 第三節(jié) 軀干 軀干有底盤和手臂兩部分組成。 底盤是支撐機(jī)械手的全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。底盤采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)三度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤 旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)，在底盤上裝有限位開關(guān)，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)180 度。 手臂使機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)手臂由橫軸和豎軸組成、可完成伸縮、升降的運(yùn)動(dòng)。手臂采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母來實(shí)現(xiàn)伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。由可編程控制器發(fā)出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖、位置精度較高，傳動(dòng)效率較高。 第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)編碼盤 機(jī)械手底盤和軀干每旋轉(zhuǎn) 3 度發(fā)出一個(gè)脈沖，并把信號(hào)送回可編程控制器來得到轉(zhuǎn)過的準(zhǔn)確的角度。編碼盤的機(jī)構(gòu)如圖： 圖 自動(dòng)的功能流程圖 /底順轉(zhuǎn)后退手逆轉(zhuǎn)上升松開下降/前伸底逆轉(zhuǎn)后退上升夾緊下降手順轉(zhuǎn)前伸初始回原點(diǎn)陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 圖 旋轉(zhuǎn)編碼盤 可以通過改變程序中計(jì)數(shù)器 C0 的初值來確定所要轉(zhuǎn)過的角度，這里可以通過用手持編程器讀出指令表，然后修改得到不同的控制角度。 表 所選器材列表 【 12】 名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 PLC FX1N60MR 1 限位開關(guān) LX19111 8 電磁閥 VF3130 1 轉(zhuǎn)換開關(guān) LW65 1 按鈕 LA101H 13 熔斷器 RC1A30/15 2 手持編程器 FX20PE 1 連接導(dǎo)線 若干 第五章 軟件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 編程軟件的使用 SWOPCFXGP/WINC 為一個(gè)可以用于 FX 系列可編程控制器的編程軟件，可在DOS/Windows 下運(yùn)行。 在 SWOPCFXGP/WINC 中，可通過線路符號(hào)、列表語言及 SFC 符號(hào)來創(chuàng)建指令程序，建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。也可以創(chuàng)建順控程序以及將其存儲(chǔ)為文件，用打印機(jī)印出來。 該程序在串行系統(tǒng)中可以與可編程控制器進(jìn)行通信、文件傳輸、操作監(jiān)控以及各種測(cè)試功能。 系統(tǒng)的啟動(dòng)與推出 安裝好軟件后，在桌面上自動(dòng)生成 FXGP/WINC 圖標(biāo)，用鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)即可打開陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 該軟件。在執(zhí)行菜單命令【文件】下【退出】可退出編程 軟件。 文件管理 創(chuàng)建新文件，選擇【文件】下【新文件】菜單項(xiàng)，或者按【 Ctrl+N】鍵，在 PLC類型設(shè)置對(duì)話框中選擇 PLC 類型，按確定即可，其操作界面如下圖 。 圖 編程軟件界面 第二節(jié) FX1N PLC 梯形圖中的編程元件 設(shè)計(jì)選用 FX1N－ 60MR，其輸入繼電器（ X） 36 點(diǎn)，輸出繼電器 (Y)24 點(diǎn)，輔助繼電器 (M)384 點(diǎn)，狀態(tài)繼電器 (S)1000 點(diǎn)，定時(shí)器 (T)256 點(diǎn)，計(jì)數(shù)器 (C)，數(shù)據(jù)寄存器(D)等。 特殊輔助繼電器 【 4】 M8000—— 運(yùn)行監(jiān)控（ PLC 運(yùn)行時(shí)自動(dòng)接通，停止時(shí)斷開 ）； M8002—— 初始脈沖（僅在 PLC 運(yùn)行開始時(shí)接通一個(gè)掃描周期）； M8005—— PLC 后備鋰電池電壓過低時(shí)接通； M8011—— 10ms 時(shí)鐘脈沖； M8013—— 100ms 時(shí)鐘脈沖； M8012—— 1s 時(shí)鐘脈沖； M8014—— 1min 時(shí)鐘脈沖。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 表 PLC 輸入 /輸出分配表 輸入信號(hào) 輸入信號(hào) 手動(dòng) SA X0 底盤逆限位 SQ6 X23 回原位 SA X1 手順限位 SQ7 X24 連續(xù) SA X2 手逆限位 SQ8 X25 回原位 SB1 X3 底旋轉(zhuǎn)脈沖 X26 啟動(dòng) SB2 X4 前行 SB12 X30 停止 SB3 X5 后退 SB13 X31 下降 SB4 X6 輸出信號(hào) 上升 SB5 X7 上升 /下降步進(jìn)電機(jī) YA0 Y0 夾緊 SB6 X10 YA1 Y1 松開 SB7 X11 YA2 Y2 手順轉(zhuǎn) SB8 X12 前進(jìn) /后退步進(jìn)電機(jī) YA3 Y3 手逆轉(zhuǎn) SB9 X1