【導(dǎo)讀】和坐標(biāo)形式，氣動(dòng)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。了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖，并繪制了可編程序控制器的控制程序。

　　

【正文】 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(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對(duì)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(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器 。存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)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(hào)階段。 在處理輸入信號(hào)階段， CPU對(duì)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(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)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(duì)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)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。 段 CPU對(duì)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(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)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(duì)象 (機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程 )構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行 : 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 33 (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 即確定被控對(duì)象的動(dòng)作及動(dòng)作順序。 (2)I/0分配 即確定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào) 。哪些信號(hào)是由可編程序控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端號(hào) .此外，對(duì)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(hào)來識(shí)別信號(hào)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(dòng)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(duì)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。 (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(duì)象為圓柱座標(biāo)氣動(dòng)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。以上各動(dòng)作均采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng) ，即用五個(gè)二位五通電磁閥 (每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對(duì)應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)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(dòng)作。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)作序列工作 .如果欲改變機(jī)械手的動(dòng)作，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六個(gè)動(dòng)作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測(cè)動(dòng)作是否到位，如果某動(dòng)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)械手用于自動(dòng)輸送線的上下料。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)械手有如下動(dòng)作 : 先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動(dòng)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(dòng) 90? (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，手爪四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 34 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(dòng)作 (2DT通電 ) ?手腕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 900 (8DT通電 ) ?手臂伸長至最長(3DT通電 ) ?手爪松開 (IODT通電 ) ?延時(shí) ? 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, 1/0分配 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用 OMRON C28P型 PC，它有 16個(gè)輸入點(diǎn)， 標(biāo)號(hào)為 00000015。 12個(gè)輸出點(diǎn)，標(biāo)號(hào)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). (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),無左轉(zhuǎn)命令 (0500為 OFF). (3)手臂伸長的條件 :伸長不到位 (0005為 OFF)，無收縮命令 (0503為 OFF)，并且滿足下列條件之一 :1)右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON)，下降到位 (0008為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪放松(0002為 OFF)。 2)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON). 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 35 (4)手臂收縮的條件 :收縮不到位 (0006為 OFF)，無伸長命令 (0502為 OFF)，并且滿足下列條件之一 :1)右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON)，下降到位 (0008為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪抓緊(0002為 ON)。 2)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON)，手 腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON). (5)手臂上升的條件 :上升不到位 (0007為 OFF)，無下降命令 (0505為 OFF)，收縮到位 (0006為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON)，右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON). }(6)手臂下降的條件 :下降不到位 (0008為 OFF)，無上升命令 (0504為 OFF)，右轉(zhuǎn)到位 (0004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). (7)手腕逆轉(zhuǎn)的條件 :逆轉(zhuǎn)不到位 (0009為 OFF)，無順轉(zhuǎn)命令 (0507為 OFF)，右轉(zhuǎn)到位 (0004為ON)，收縮到位 (0006為 ON)，下降到位 (0008為 ON),手爪放松 (0002為 OFF). (8)手腕順轉(zhuǎn)的條件 :順轉(zhuǎn)不到位 (0010為 OFF)，無逆轉(zhuǎn)命令 (0506為 OFF)，左轉(zhuǎn)到位 (0003為ON)，收縮到位 (0006為 ON)，上升到位 (0007為 ON),手爪抓緊 (0002為 ON). (9)手爪抓緊的條件 :手爪未抓到物品 (0002為 OFF)，無放松命令 (0509為 OFF)，并且滿足下列條件之一 :1)右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON)，伸長到位 (0005為 ON)，下降 到位 (0008為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，檢測(cè)到有物品 (0011為 ON), 2)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON)，伸長到位 (0005為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON) (9)手爪放松的條件 :手爪抓緊 (0002為 ON)，無抓緊命令 (0508為 OFF),并且滿足下列條件一 :1)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON)，伸長到位 (0005為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON). 2)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON)，收縮到位 (0006為 ON).另外，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，手臂停止動(dòng)作，即手臂停止在不定的位置。 機(jī)械手控制程序 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 36 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 37 第八章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)通用機(jī)械手，相對(duì)于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由 度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。 采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小， 不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。 通過對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度， 節(jié)省了大量時(shí)間和避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。 機(jī)械手采用 PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn) 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 38 行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定 PLC程序來實(shí)現(xiàn)。可以根據(jù) 機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。 致 謝 經(jīng)過一個(gè)月的學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。作為以為專科的畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，很多時(shí)候會(huì)走一些彎路，如果沒有老師的指導(dǎo)，以及一起設(shè)計(jì)的同學(xué)們的幫助，想要完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是不容易的。他們使我在設(shè)計(jì)的 過程中不僅學(xué)到了很多知識(shí)，還明白了團(tuán)隊(duì)精神，我們?cè)O(shè)計(jì)組的各位老師和同學(xué)們就是一個(gè)團(tuán)隊(duì)。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師李燕老師，老師平日里工作繁多，但在本次設(shè)計(jì)中無論從選題、開題還是從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，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)及制圖等過程中都給予了我悉心指導(dǎo)。她不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，教給我們的不僅是書本上的知識(shí)，還有為人處世的積極態(tài)度，這些寶貴知識(shí)將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作，再次表示衷心感謝。感謝你們?cè)诖舜碎g對(duì)我的關(guān)懷和幫助，這份幫助使我在這段日子里可以專心于設(shè)計(jì)，使我真正體會(huì)到 師生之間的友誼，這種感覺是那嘛的美好，再次感謝老師的鼓勵(lì)和幫助。 其次要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的各位同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給與過我?guī)椭幕锇閭?。在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們?cè)僖淮悟?yàn)證了團(tuán)結(jié)就是力量這句真理，把一個(gè)龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿的完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭?，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí)，更讓我得到了知識(shí)以外的東西，就是團(tuán)結(jié)和友誼。雖然畢業(yè)在即，我們各自心中通過這次實(shí)習(xí)更加增進(jìn)了友誼，心中更加多了一份不舍，使我們更加珍惜這段晚來的友誼。 在老師和同學(xué)們的幫助下，我的 專業(yè)知識(shí)得到了進(jìn)一步的提高，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我也體會(huì)到了堅(jiān)持的重要性，對(duì)待任何困難都要有堅(jiān)持不懈的心理和斗志，才能在學(xué)習(xí)的過程中取得更多的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。 知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯，而傳授知識(shí)的各位老師則是我們登上階梯的領(lǐng)路人，沒有各位老師的辛勤教育，便不會(huì)有我們今天的累累果實(shí)。在這里，我要感謝那些曾經(jīng)孜孜不倦傳授我們知識(shí)的各位恩師，衷心祝愿你們桃李滿天下。 最后還要感謝我的母校 —— 鄭州輕工業(yè)學(xué)院輕工職業(yè)學(xué)院三年來對(duì)我的培養(yǎng)。她使我從一個(gè)懵懂的女孩轉(zhuǎn)變成為一個(gè)有理想，有抱負(fù)的青年。她教給我的不僅是進(jìn)入社會(huì)后生存 的本領(lǐng)，更重要的是艱苦樸實(shí)，求實(shí)進(jìn)取的精神力量，遇到困難不懈不妥，多一份堅(jiān)持少一份浮躁，這將鼓勵(lì)我在人生的道路上不斷前進(jìn)。 參考文獻(xiàn)： [1】張建民 .工業(yè)機(jī)器人 .北京 :北京理工大學(xué)出版社， 1988 [2】蔡自興 .機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略 .機(jī)器人技術(shù)， 20xx, 4 [3】金茂青，曲忠萍，張桂華 .國外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢(shì)態(tài)分析 .機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ， 20xx, 2 [4】王雄耀 .近代氣動(dòng)機(jī)器人 (氣動(dòng)機(jī)械手 )的發(fā)展及應(yīng)用 .液壓氣動(dòng)與密封， 1999, 5 [5】嚴(yán)學(xué)高，孟正大 .機(jī)器人原理 .南京 :東南大學(xué) 出版社， 1992 [6】機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1986 [7】黃錫愷，鄭文偉 .機(jī)械原理 .北京 :人民教育出版社， 1981 [8】成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè) .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 39 [9】鄭洪生 .氣壓傳動(dòng)及控制 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1987 [10】吳振順 .氣壓傳動(dòng)與控制 .哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1995 [11】徐永生 .氣壓傳動(dòng) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1990, 5