【導讀】本文簡要地介紹了工業(yè)機器人的概念機械手的組成和分類機械手的自由度。和座標型式氣動技術的特點PLC控制的特點及國內外的發(fā)展狀況。本文對機械手進行了總體方案設計確定了機械手的座標型式和自由度確定。了機械手的技術參數同時分別設計了機械手的夾持式手部結構以及吸附式手部。結構設計了機械手的手腕結構計算出了手腕轉動時所需的驅動力矩和回轉氣缸。的驅動力矩設計了機械手的手臂結構設計了手臂伸縮升降用液壓緩沖器和手臂。設計出了機械手的氣動系統繪制了機械手氣壓系統工作原理圖利用可編程。序控制器對機械手進行控制選取了合適的PLC型號根據機械手的工作流程制定。編程序控制器的控制程序。關鍵詞工業(yè)機器人機械手氣動可編程序控制器PLC. 工業(yè)機器人由操作機機械本體控制器伺服驅動系統和檢測傳感裝置構?；虿僮鞯淖詣訖C械裝置在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手生產中應。對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件以及有網孔狀的板料等通常用

　　

【正文】 進入各并聯氣路上的電磁閥以控制氣缸和手部動作 圖 61 機械手氣壓傳動系統工作原理圖 Fig61 Principium Diagram Of Air Pressure System of Manipulator 各執(zhí)行機構的調速凡是能采用排氣口節(jié)流方式的都在電磁閥的排氣口安 裝節(jié)流阻尼螺釘進行調速這種方法的特點是結構簡單效果尚好如手臂伸縮 氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥可加快起動速度也可調節(jié)全程上的速 度升降氣缸采用進氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調節(jié)手臂的上升速度 由于手臂靠自 重下降其速度調節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成氣液傳送 器氣缸側的排氣節(jié)流可用來調整回轉液壓緩沖器的背壓大小 為簡化氣路減少電磁閥的數量各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器這 樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件 電磁閥的通徑是根據各工作氣缸的尺寸行程速度計算出所需壓縮空氣 流量與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應來確定的 第七章機械手的 PLC 控制設計 考慮到機械手的通用性同時使用點位控制因此我們采用可編程序控制器 PLC 對機械手進行控制當機械手的動作流 程改變時只需改變 PLC 程序即 可實現非常方便快捷 71 可編程序控制器的選擇及工作過程 711 可編程序控制器的選擇 目前 國際上生產可編程序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 等考慮到本機械手的輸入輸出點不多工作流程較簡單同時考慮到制造 成本因此在本次設計中選擇了 OMRON 公司的 C28P 型可編程序控制器 712 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務的為此采用 了循環(huán)掃描的 工作方式具體的工作過程可分為 4 個階段 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相連 CPU 對輸入輸出狀態(tài)的詢 問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為 I0 狀態(tài)表 該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲 器叫輸入狀態(tài)暫存器存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器開機時 CPU 首先使 I0 狀態(tài)表清零然后進行自診斷當確認其硬件工作正常后進入 下一階段 第二階段是處理輸入信號階段 在處理輸入信號階段 CPU 對輸入狀態(tài)進行掃描將獲得的各個輸入端子的 狀態(tài)信息 送到 I0 狀態(tài)表中存放在同一掃描周期內各個輸入點的狀態(tài)在 I0 狀態(tài)表中一直保持不變不會受到各個輸入端子信號變化的影響因此不能造成 運算結果混亂保證了本周期內用戶程序的正確執(zhí)行 第三階段是程序處理階段 當輸入狀態(tài)信息全部進入 I0 狀態(tài)表后 CPU 工作進入到第三個階段在這 個階段中可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描并根據各 I0 狀態(tài)和有關 指令進行運算和處理最后將結果寫入 I0 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 CPU 對用戶程序已掃描處理完畢并將運算結果寫入到 I0 狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中此時將輸入信號從輸出狀態(tài) 暫存器中取出送到輸出鎖存電路驅動輸出繼電器線圈控制被控設備進行各種相應的動作然后 CPU 又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期 72 可編程序控制器的使用步驟 在可編程序控制器與被控對象 機器設備或生產過程 構成一個自動控制系 統時通常以七個步驟進行 1 系統設計 即確定被控對象的動作及動作順序 2 I0 分配 即確定哪些信號是送到可編程序控制器的并分配給相應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的輸出端號此外對用到的可編程序控制器內部的計數器定時器等也要進行分配可編程序控制器是通過編 號來識別信號的 3 畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同表達了系統中全部動作的相互關系如果使用圖形編程器 LCD 或 CRT 則畫出梯形圖相當于編制出了程序可將梯形圖直接送入可編程序控制器對簡易編程器則往往要經過下一步的助記符程序轉換過程 4 助記符機器程序 相當于微機的助記符程序是面向機器的 即不同廠家的可編程序控制器助記符指令形式不同 用簡易編程器時應將梯形圖轉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誤若有則修改這項工作在編程器上進行 6 調試程序 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計 包括畫梯形圖助記符程序編輯甚至調試 也可在別的工具上進行如 IBMPC 機只要這個機器配有相應的軟件 7 保存程序 調試通過的程序可以固化在 EPROM 中或保存在磁盤上備用 73 機械手可編程序控制器控制方案 1 系統簡介 控制對象為圓柱座標氣動機械手它的手臂具有三個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針方向旋轉及逆時針方向旋轉另外其末端執(zhí)行裝置機械手還可完成抓放功能 以上動作均采用氣動方式驅動即用五個二位五通電磁 閥 每個閥有兩個線圈對應兩個相反動作 分別控制五個氣缸使機械手完成伸縮上下旋轉及機械手抓放動作其中旋轉運動用一組齒輪齒條使氣缸的直線運動轉化 為旋轉運動 這樣 可用 PLC 的 8 個輸出端與電磁閥的 8 個線圈相連通過編程使電磁閥各線圈按一定序列激勵從而使機械手按預先安排的動作序列工作如果欲改變機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 另外 除抓放外其余六個動作末端均放置一限位開關以檢測動作是否到位如果某動作沒有到位則出錯指示燈亮 2 工業(yè)機械手的工作流程 此機械手用于沖床的上下料 當按下機械手啟 動按鈕之后機械手有如下動作 先右轉至右限位開關動作 1DT 通電 →下降至下限位開關 5DT 通電 → 手腕逆時針轉動 90176。 7DT通電 →手臂伸長至限位開關 3DT通電 →檢查有無物品若有物品手爪抓緊 9DT 通電 →手臂收縮至限位開關 4DT 通電 →上升至上限位開關 6DT 通電 →左轉至左限位開關動作 2DT 通電 →手腕順時針轉動90176。 8DT通電 →手臂伸長至最長 3DT通電 →手爪松開 IODT通電 →延時T →手臂收縮最短 4DT 通電 至此一個工作循環(huán)完畢 3 機械手工作時序圖如 附圖所示 4 I0 分配 根據系統輸入輸出點的數目選用 OMRONC 28P 型 PC 它有 16 個輸入點 標號為 00000015 12 個輸出點標號為 05000511 5 梯形圖設計 如附圖所示 根據機械手的邏輯時序圖及 10 分配畫出控制梯形圖如附圖所示由梯 形圖可以看出 1 手臂左轉的條件左轉不到位 0003為 OFF 收縮到位 0006為 ON 上升到位 0007 為 ON 手腕逆轉到位 0009為 ON 手爪抓緊 0002為 ON 無右轉命令 0501 為OFF 2 手臂右轉的條件右轉不到位 0004為 OFF 上升到位 0007為 ON 收縮到位 0006 為 ON 手腕順轉到位 0010 為 ON 手爪放松 0002 為 OFF 無左轉命令 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 右轉到位 0004 為 ON 下降到位 0008 為 ON 手腕逆轉到位 0009為 ON 手爪放松 0002為 OFF 2 左轉到位 0003為 ON 上升到位 0007為 ON 手腕順轉到位 0010 為 ON 手爪抓緊 0002 為 ON 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 右轉到位 0004 為 ON 下降到位 0008 為 ON 手腕逆轉到位 0009 為 ON 手爪抓緊 0002 為 ON 2 左轉到位 0003 為 ON 上升到位 0007 為 ON 手爪抓緊 0002 為 ON 手腕順轉到位 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 手腕逆轉到位 0009為 ON 手爪抓緊 0002為 ON 右轉到位 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 右轉到位 0004 為 ON 收縮到位 0006 為 ON 手腕順轉到位 0010 為 ON 手爪放松 0002 為 OFF 7 手腕逆轉的條件逆轉不到位 0009 為 OFF 無順轉命令 0507 為 OFF 右轉到位 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 手腕順轉的條件順轉不到位 0010 為 OFF 無逆轉命令 0506 為 OFF 左轉到位 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 右轉到位 0004 為 ON 伸長到位 0005 為 ON 下降到位 0008 為 ON 手腕逆轉到位 0009 為 ON 檢測到有物品 0011 為 ON 2 左轉到位 0003為 ON 伸長到位 0005為 ON 上升到位 0007為 ON 手腕順轉到位 0010為 ON 9 手爪放松的條件手爪抓緊 0002為 ON 無抓緊命令 80508為 OFF 并且滿足下列條件之一 1 左轉到位 0003 為 ON 伸長 到位 0005 為 ON 上升到位 0007為 ON 手腕順轉到位 0010 為 ON 2 左轉到位 0003 為 ON 上升到位 0007 為 ON 手腕順轉到位 0010為 ON 收縮到位 0006為 ON 另外當按下停止按鈕時手臂停止動作即手臂停止在不定的位置 6 機械手控制程序 機械手控制程序 第八章結論 1 本次設計的是氣動通用機械手相對于專用機械手通用機械手的自由度可變控制程序可調因此適用面更廣 2 該機械手可以選擇配置普通的夾持手指以抓取一般工件也可更換噴射式氣流負壓吸盤以吸附玻璃墻地磚等板料及光盤磁盤等薄型不透氣工 件使機械手的用途更多使用范圍更廣另外該機械手既可以用于搬運小型零件也可供教學實驗使用 3 采用氣壓傳動動作迅速反應靈敏能實現過載保護便于自動控制工作環(huán)境適應性好不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能阻力損失和泄漏較小不會污染環(huán)境同時成本低廉 4機械手采用 PLC控制具有可靠性高改變程序靈活等優(yōu)點無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制都可通過設定 PLC 程序來實現可以根據機械手的動作順序修改程序使機械手的通用性更強 40