【導(dǎo)讀】的發(fā)展和市場競爭的要求，對現(xiàn)在制造工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率的要求越來越高，成本的一個必然選擇。特點(diǎn)及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。對氣動自動上料裝置進(jìn)行了總體方案設(shè)計,設(shè)計其自動上料系統(tǒng)。輯控制器）控制系統(tǒng)三大部分的設(shè)計。整個動作的完成是通過氣缸驅(qū)動的，并利用PLC進(jìn)。該上下料機(jī)械手能夠取代手工勞動，降低工人勞動強(qiáng)度，提高上料的生產(chǎn)效率。

　　

【正文】 鋼管 本章小結(jié) 本章介紹了機(jī)械手手部、手臂的設(shè)計，說明了設(shè)計注意事項、設(shè)計要求，確定了手部夾緊氣缸，手部橫移、升降氣缸的主要尺寸，介紹了導(dǎo)向裝置以及機(jī)架材料的選用。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 第 4 章 機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的傳動裝置。氣壓傳動在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用得較多，尤其是高速機(jī)械手。 機(jī)械手驅(qū)動系 統(tǒng)的控制設(shè)計 根據(jù)該機(jī)械手的動作要求，在驅(qū)動系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動方式只有一種，即：直線運(yùn)動 氣動系統(tǒng)原理圖如圖 41 所示。 32 位 5 通雙電控電磁閥 4氣源處理組件 5氣罐 41 驅(qū)動系統(tǒng)原理圖 各執(zhí)行元件的方向控制均采用 2 位 5 通先導(dǎo)式雙電控電磁換向閥，換向信號為短脈沖信號。速度控制方式均采用出口節(jié)流調(diào)速回路，通過調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥的開口大小進(jìn)行速度調(diào)節(jié) 。 氣動輔助元件選取 方向控制閥 方向控制閥用來改變氣體流動方向或通斷。采用兩位五通先導(dǎo)式 /彈性密封電磁換向閥， SY7120 一 4LD 一 02 型一個， l/4 通徑 。SY5120 一 4LD 一 01 型三個， l/8 通徑。 速度控制閥 速度控制閥又稱為單向節(jié)流閥，是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運(yùn)動速度。在回路中有兩種連接方式 :進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流。采用 AS22OIF02一 065 帶快換接頭速度控制閥。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 消音器 消音器是一種允許氣流通過而使聲能衰減的裝置，能夠降低氣流通道上的空氣動力性噪聲。 空壓機(jī) 氣壓系統(tǒng)是以空氣壓縮機(jī)作為壓力源裝置。選型時，首先按空壓機(jī)的特性要求，選擇空壓機(jī)類型，再 根據(jù)氣動系統(tǒng)所需的工作壓力和流量兩個參數(shù)，確定空壓機(jī)的輸出壓力 Pc和吸入流量 q。，最終選取空壓機(jī)的型號。 氣罐 氣動回路中增設(shè)氣罐，可以消除空氣壓縮機(jī)排出氣流的脈動，同時穩(wěn)定壓縮空氣氣源系統(tǒng)管道中的壓力，緩解供需壓縮空氣流量，此外，還可以進(jìn)一步冷卻壓縮空氣的溫度，分離壓縮空氣中所含油分和水分的效果。 氣源處理組件 該氣源處理組件采用模塊化結(jié)構(gòu)，是堅固而又多功能的三連件。該組件包括手動安全啟動閥，過濾調(diào)壓閥和分氣塊，帶安全架和自動排水閥。 本章小結(jié) 本章介紹了機(jī)械手驅(qū)動方案的設(shè)計 ，給出了驅(qū)動系統(tǒng)原理圖，介紹了氣動輔助元件的選取。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 第 5 章 控制系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)械手控制系統(tǒng)主要有以下三種方式：一是繼電器控制系統(tǒng)；二是 PLC 控制系統(tǒng)；三是微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、控制方式不靈活及功率消耗大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被人們所淘汰；微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強(qiáng)大的功能，但也存在一定的不足之處，即抗干擾性差，系統(tǒng)設(shè)計較復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)；而 PLC 控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠、使用維修方便、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)越性，成為目前機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。 采用 PLC 對機(jī)械手進(jìn)行控制，當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變 PLC 程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 PLC 的特點(diǎn)及應(yīng)用 可編程序控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC，是在繼電器控制和計算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。它具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此被迅速普及并成為當(dāng)代工業(yè)自動化的支柱設(shè)備之一。在本次設(shè)計中選擇了日本 三菱公司 FX2N48MR 可編程序控制器。 可編程序控制器的使用步驟 在可編程控制器與被控對象（機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程）構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時，通常按以下步驟進(jìn)行，如圖 51 所示。 圖 51 PLC 的使用步驟 系統(tǒng)設(shè)計 確定被控對象的動作及動作順序。 I/0 分配 確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號；哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，并分配相應(yīng)的輸出端號。此外，對用到的可編程控制器內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計 Ｉ ／ ｏ 分配 保存程序 調(diào)試程序 畫梯形圖 編制程序 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 部的計數(shù)器 、定時器等也要進(jìn)行分配。可編程序控制器是通過編號來識別信號的。 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)中全部動作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器，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。 編制程序 檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。這項工作在編程器上進(jìn)行。 調(diào)試程序 檢查程序是否能正確完成邏輯要求。 保存程序 上下料機(jī)械手 PLC 的設(shè)計 機(jī)械手可編程序控制器和接近開關(guān)的選擇 國際上生產(chǎn)可編程序邏輯控制器的廠家很 多，如日本三菱公司的 F 系列 PC,德國西門子公司的 SIMATIC N5 系列 PC、日本 OMRON(立石 )公司的 C 型、 P 型 PC 等，韓國 LG公司 LS 系列。 輸入該機(jī)械手的輸入點(diǎn)有：手臂升 /手臂降開關(guān)，手臂伸 /縮開關(guān)，啟動 /停止開關(guān)，共 6 個； 輸出該機(jī)械手的輸出點(diǎn)有：手臂伸 /縮，手臂升 /降，加緊 /放松，共 3 個； 考慮到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中選擇了 F1—40MR 型可編程序控制器，其基本單元 I/O 點(diǎn)數(shù)為 24/16 點(diǎn)，可滿足要求。 接近開關(guān)選擇 PR082DN 突出型，外形尺寸： M08X1,L=30mm；探測距離： 2mm177。10%。外形圖如圖 52 所示 . 圖 52 接近開關(guān)外形 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試 根據(jù)該機(jī)械手的動作過程及控制要求，控制系統(tǒng)的設(shè)計過程如下： 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 在控制中，通過 PLC 的 3 個輸出端分別與 3 個繼電器的線圈相連，通過 PLC 程序控制使電磁閥各線圈按一定序列激勵，帶動機(jī)械手按預(yù)先安排的動作序列工作。如果欲改變機(jī)械手的動作，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。 程序流程圖見圖 53 所示： 圖 53 程序流程圖 系統(tǒng)自動控制流程圖如圖 54 所示： 圖 54 系統(tǒng)自動控制流程圖 主程序 PLC 初始化 主程序 無故障和急停 手動 /自動 調(diào)手動子程序 調(diào)手動子程序 主程序結(jié)束 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 PLC 的 I/0 分配與接線圖 （ 1） I/O 分配如表 51 所示： （ 2）工作方式：點(diǎn)動操作和自動控制。 點(diǎn)動操作時，用按鈕單獨(dú)操作機(jī)構(gòu)上升或下降、右移或左移、夾緊或放松。自動控制時，按下啟動按鈕，機(jī)構(gòu)從 “原點(diǎn) ”開始，自動完成工作循環(huán)過程，即將工件夾緊后，從 A點(diǎn)移到 B 點(diǎn)放下工件，然后返回 “原點(diǎn) ”，循環(huán)運(yùn)動。 機(jī)構(gòu) “原點(diǎn) ”設(shè)置在可移動部分位置的左 上方，即壓下左限位開關(guān)和上限位開關(guān)，機(jī)械手處于放松狀態(tài)，機(jī)構(gòu)在 “原點(diǎn) ”處有指示燈指示。 梯形圖程序設(shè)計 PLC 的自動控制程序的編寫方法很多 ,根據(jù)本次設(shè)計中機(jī)械手的特點(diǎn) ,要求每一個動作嚴(yán)格按順序執(zhí)行 ,因此采用步進(jìn)指令編寫 ,可保證機(jī)械手的運(yùn)行有條不紊 ,即使出現(xiàn)誤動作也不會造成混亂。根據(jù)機(jī)械手要求的動作順序和要求，設(shè)計的 PLC 梯形圖。 （ 1） 點(diǎn)動操作 點(diǎn)動操作梯形圖見總梯形圖中的第一邏輯行至 EJP700 邏輯行。當(dāng)工作方式選擇開關(guān)置于 “點(diǎn)動 ”位置時， X407 常閉接點(diǎn)斷開，執(zhí)行點(diǎn)動程序段。為安全起見， 右移和左移只能在上限位置前提下進(jìn)行，所以在梯形圖相關(guān)邏輯行中串有上限開關(guān) X402 常開接點(diǎn)。夾緊或放松采用 S 或 R 指令。右移和左移、上升和下降動作 表 51 I/O 分配表 輸入 I/O 號 信號定義 輸出 I/O 號 信號定義 X400 啟動 SB1 Y430 向下運(yùn)動電磁閥 X401 下限位開關(guān) 1ST Y431 夾緊電磁閥 X402 上限位開關(guān) 2ST Y432 向上運(yùn)動電磁閥 X403 伸臂限位開關(guān) 3ST Y433 伸臂電磁閥 X404 縮臂限位開關(guān) 4ST Y434 縮臂電磁閥 X405 放料開關(guān) 5ST — — X406 停止 SB2 — — X407 點(diǎn)動 — — X410 自動 — — X411 點(diǎn)動左右運(yùn)動 — — X412 點(diǎn)動上下運(yùn)動 — — X413 點(diǎn)動夾緊 — — 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 均有限位保護(hù)和互鎖。為減少按鈕數(shù)量，這三種點(diǎn)動操作均公用 “起動 ”和 “停止 ”按鈕，用轉(zhuǎn)換開關(guān)選定點(diǎn)動操作方式，見輸入輸出分配圖。由于點(diǎn)動操作和自動控制工作不會同時進(jìn)行，所以在點(diǎn)動操作和自動控制倆段梯形圖中，都使用 Y430—Y434 的線圈是允許的。 （ 2） 自動控制機(jī)械 手自動控制如 PLC 控制圖所示。相應(yīng)的梯形圖見圖中 CJP701 至 EJP701 程序段。當(dāng)工作方式選擇開關(guān)置于自動控制位置時， X410 常閉接點(diǎn)斷開，執(zhí)行自動控制程序段。自動控制工作過程說明如下： 在原點(diǎn)，機(jī)械手處于原點(diǎn)時，上限位開關(guān) 2ST，左限位開關(guān) 4ST 被壓， X40 X404接通移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端，使 100 置 “1”（接通）。 下降按下起動按鈕 SB1,X400 與 100 接點(diǎn)接通移位寄存器移位信號輸入端，產(chǎn)生移位信號， 100 的 “1”態(tài)移至 101,101 接通 430 線圈，機(jī)械手執(zhí)行下降動作。同時 402 接點(diǎn)斷開，使 100 置 “0”（斷開）， 435 斷開，原點(diǎn) 指示燈熄滅。 夾緊當(dāng)機(jī)械手下降至檢測到減振器蓋時，接近開關(guān) 1ST， 401 與 101 閉合，產(chǎn)生移位信號， 102 為 “1”， 100—101 為 “0”， 101 接點(diǎn)斷開 430 線圈通路，停止下降； 102 的接點(diǎn)接通 200 線圈， 200 接點(diǎn)接通 431，手夾緊工件，同時定時器 T450 開始計時。 上升當(dāng) T450 延時到 8s， T450 與 102 的接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生移位信號， 103 為 “1”， 100~102均為 “0”， 103 接點(diǎn)接通 432 線圈，機(jī)械手把夾緊的工件提升。因為使用 S 指令，所以 200線圈保持接通， 431 也保持接通，使機(jī)械 手繼續(xù)把工件夾緊。 右移當(dāng)機(jī)械手上升至撞到上限位開關(guān) 2ST 時， 402 和 103 接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生位移信號，104 為 “1”， 100~103 都置 “0”。 103 接點(diǎn)斷開 432 線圈通路，停止上升，同時 104 接點(diǎn)接通433 線圈通路，執(zhí)行右移動作。 下降機(jī)械手右移撞到右限位開關(guān) 3ST， 403 與 104 接點(diǎn)接通位移信號， 105 為 “1”，100~104 置 “0”。 104 接點(diǎn)斷開 433 線圈回路，停止右移，同時， 105 接點(diǎn)接通 430 線圈，機(jī)械手下降。 松開機(jī)械手下降，接近開關(guān) 5ST 檢測到托盤時， 405 與 105 接點(diǎn) 接通位移信號， 106置 “1”， 100~105 為 “0”。 105 接點(diǎn)斷開 430 線圈回路，停止下降，同時 106 接點(diǎn)接通 200 線圈， R 指令使 200 復(fù)位， 200 接點(diǎn)斷開 431 線圈回路，機(jī)械手松開并放于 B 點(diǎn)。同時 T451開始計時。 上升 T451 延時 8s， T451 與 106 接點(diǎn)接通移位信號， 107 為 “1”， 100~106 置 “0”。 432線圈被接通，機(jī)械手又上升。 左移機(jī)械手上升至上限位時， 402 與 107 接點(diǎn)閉合，移位后， 110 置 “1”， 100~107 置 “0”。432 線圈回路斷開，停止上升，同時 434 線圈閉合 ，左移。 機(jī)械手回到原位當(dāng)左移撞到 4ST 時， 404 與 110 接點(diǎn)閉合，移位后， 110 為 “0”， 434線圈回路斷開，停止左移，同時 111 置 “1”， 111 與 404 接點(diǎn)接通移位寄存器復(fù)位輸入端，寄存器全部復(fù)位。此時機(jī)械手已返回到原點(diǎn)， 402 和 404 又閉合， 100 又別置 “1”，完成了一個工作周期。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 機(jī)械手將重復(fù)上述動作過程。 調(diào)試程序 將程序輸入計算機(jī) ,先在計算機(jī)上進(jìn)行模擬調(diào)試 ,用開關(guān)模擬輸入信號 ,用計算機(jī)上的指示燈模擬輸出情況 ,調(diào)試通過后再與機(jī)械部分連接 ,進(jìn)行在線連機(jī)調(diào)試 ,直到全部系統(tǒng) 運(yùn)行正常為止。 本章小結(jié) 本章介紹了 PLC 的特點(diǎn)及應(yīng)用， PLC 的使用步驟，對機(jī)械手的 PLC 進(jìn)行了設(shè)計，給出了機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 27 結(jié) 論 通過畢業(yè)設(shè)計，我完成了減振器蓋裝配線自動給料機(jī)械