【導(dǎo)讀】本文簡要地介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念機(jī)械手的組成和分類機(jī)械手的自由度。和座標(biāo)型式氣動技術(shù)的特點PLC控制的特點及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。本文對機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計確定了機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度確定。了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)同時分別設(shè)計了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)以及吸附式手部。結(jié)構(gòu)設(shè)計了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)計算出了手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸。的驅(qū)動力矩設(shè)計了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計了手臂伸縮升降用液壓緩沖器和手臂。設(shè)計出了機(jī)械手的氣動系統(tǒng)繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖利用可編程。序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制選取了合適的PLC型號根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定。編程序控制器的控制程序。關(guān)鍵詞工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手氣動可編程序控制器PLC. 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)機(jī)械本體控制器伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)?；虿僮鞯淖詣訖C(jī)械裝置在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手生產(chǎn)中應(yīng)。對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件以及有網(wǎng)孔狀的板料等通常用

　　

【正文】 進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥以控制氣缸和手部動作 圖 61 機(jī)械手氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 Fig61 Principium Diagram Of Air Pressure System of Manipulator 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)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(jìn)行調(diào)速這種方法的特點是結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)全程上的速 度升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度 由于手臂靠自 重下降其速度調(diào)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(cè)的排氣節(jié)流可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小 為簡化氣路減少電磁閥的數(shù)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(jù)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(yīng)來確定的 第七章機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計 考慮到機(jī)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(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 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(chǎn)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(jī)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(shè)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(wù)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(jī)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(jī)時 CPU 首先使 I0 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階段 在處理輸入信號階段 CPU 對輸入狀態(tài)進(jìn)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(nèi)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(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 I0 狀態(tài)表后 CPU 工作進(jìn)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(jìn)行依次掃描并根據(jù)各 I0 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 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(yùn)算結(jié)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(qū)動輸出繼電器線圈控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)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(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程 構(gòu)成一個自動控制系 統(tǒng)時通常以七個步驟進(jìn)行 1 系統(tǒng)設(shè)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(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序控制器內(nèi)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 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誤若有則修改這項工作在編程器上進(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 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 73 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 1 系統(tǒng)簡介 控制對象為圓柱座標(biāo)氣動機(jī)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(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)另外其末端執(zhí)行裝置機(jī)械手還可完成抓放功能 以上動作均采用氣動方式驅(qū)動即用五個二位五通電磁 閥 每個閥有兩個線圈對應(yīng)兩個相反動作 分別控制五個氣缸使機(jī)械手完成伸縮上下旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓放動作其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用一組齒輪齒條使氣缸的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化 為旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(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 另外 除抓放外其余六個動作末端均放置一限位開關(guān)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(jī)械手的工作流程 此機(jī)械手用于沖床的上下料 當(dāng)按下機(jī)械手啟 動按鈕之后機(jī)械手有如下動作 先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動作 1DT 通電 →下降至下限位開關(guān) 5DT 通電 → 手腕逆時針轉(zhuǎn)動 90176。 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)動作 2DT 通電 →手腕順時針轉(zhuǎn)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(jī)械手工作時序圖如 附圖所示 4 I0 分配 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點的數(shù)目選用 OMRONC 28P 型 PC 它有 16 個輸入點 標(biāo)號為 00000015 12 個輸出點標(biāo)號為 05000511 5 梯形圖設(shè)計 如附圖所示 根據(jù)機(jī)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(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 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 80508為 OFF 并且滿足下列條件之一 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)按下停止按鈕時手臂停止動作即手臂停止在不定的位置 6 機(jī)械手控制程序 機(jī)械手控制程序 第八章結(jié)論 1 本次設(shè)計的是氣動通用機(jī)械手相對于專用機(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 2 該機(jī)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(fù)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(jī)械手的用途更多使用范圍更廣另外該機(jī)械手既可以用于搬運(yùn)小型零件也可供教學(xué)實驗使用 3 采用氣壓傳動動作迅速反應(yīng)靈敏能實現(xiàn)過載保護(hù)便于自動控制工作環(huán)境適應(yīng)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(jī)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(jìn)行時間控制還是行程控制或混合控制都可通過設(shè)定 PLC 程序來實現(xiàn)可以根據(jù)機(jī)械手的動作順序修改程序使機(jī)械手的通用性更強(qiáng) 40