【正文】 另用最關(guān)鍵。將各元件用靈活的連桿連接起來。 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 參考文獻(xiàn) [1] 孫志禮 ,冷興聚 ,魏延剛 .機(jī)械設(shè)計 .沈陽 :東北大學(xué)出版社 ,2021. [2] 濮良貴 .機(jī)械設(shè)計 .高等教育出版社 ,2021. [3] 吳宗澤 .機(jī)械設(shè)計師手冊 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [4] 丁樹模 .液壓傳動 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [5] 成大先 .機(jī)械設(shè)計手冊 (第五版 ).化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021. [6] 王炳實 .機(jī)床電氣控制 .第三版 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021年 :46162 [7] 王本軼 .機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021年 :283288 [8] Lozano,R.(Rogelio),Adaptive Control systems[M].Fresno。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝 。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師 — 徐廣明老師， 他 對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭 其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。本文就設(shè)計過程中的幾項關(guān)鍵的問題提出了自己的一些看法 ,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力 ,對 PLC 讀、寫 ,事件響應(yīng)等通信時間可進(jìn)行精確的控制 ,取得 了良好的效果 . 隨著 機(jī)器人 應(yīng)用的普及， 機(jī)器人 向著專用化，機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展， 機(jī)器人 的動作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展，在 PLC 控制的過程中 ,還有許多的問題需要解決， PLC 在機(jī)械手開發(fā)中的開發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。使用該 運(yùn)輸機(jī)器人 代替人工搬運(yùn)工件，既安全，又準(zhǔn)確，提高了勞動生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動強(qiáng)度，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。一臺運(yùn)輸機(jī)器人成本為5600 元，一臺運(yùn)輸機(jī)器人能代替一個人進(jìn)行工作，一個工人月工資以 2021 元計算，一年工資為 24000 元，一臺機(jī)器人用 2 年，因此每年能節(jié)省 21200 元。 本設(shè)計采用 FX2N48MR 型號的 PLC 價格 2021 元，液壓缸 2 個 400 元，電動機(jī) 2 個1000 元，油泵 200 元，其他零件 2021 元。運(yùn)輸機(jī)器人工作效率高，工作能力強(qiáng)，工作時間長，從而能提高經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)器人工作效率高，工作時間長，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，完全能勝任這些工作。工業(yè)生產(chǎn)中有許多工作非?？菰铩⒎敝?，有些還非常危險，或是工作環(huán)境惡劣，例如工作空間含有有害氣體、高溫、多塵等。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的連鎖，例如上升和下降、左行與右行之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為 ON。系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位。當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人處于原點狀態(tài)，在開始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或回原點狀態(tài)，初始對應(yīng)的 M0 將被置位，為進(jìn)入單步、連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。 圖 33 PLC 外部接線圖 Figure 33PLC external hookup 王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 36 圖 34 控制面板 Figure 34 control panel 1）公用程序 [11] 公用程序（如圖 35）用于自動程序和手動程序相互切換的處理。手動程序比較簡單，一般用經(jīng)驗法設(shè)計，復(fù)雜的自動程序一般根據(jù)系統(tǒng)的順序控制法設(shè)計。選擇自動回原點方式時 X11 為 ON，將調(diào)用回原點程序。在 PLC 開始運(yùn)行時按下“負(fù)載電源”按鈕，是 KM線圈得電并自鎖， KM 的主觸點接通，給外部負(fù) 載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負(fù)載電源。 工作方式選擇開關(guān)的 4 個位置分別對應(yīng) 4 種工作方式，操作面板下部的 6 個按鈕是手動按鈕。 本運(yùn)輸機(jī)器人用于生產(chǎn)線不同工序之間零件的搬運(yùn)，控制面板如圖 34 所示，圖 33是 PLC 的外部接線圖。輸出形式選擇為繼電器輸出 ， 因此選擇的 PLC 型號為 FX2N48MR。并且可選用不同的子系列，避免了功能的浪費(fèi)，用最少的投資來滿足系統(tǒng)的要求。 綜上所述，由于在 PLC 行業(yè)中中三菱公司的 FX系列吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點 ,體積小，外部結(jié)構(gòu)美觀以及靈活多變的系統(tǒng)配置，功能強(qiáng)，使用方便，因此選擇三菱王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 34 FX 系列 PLC 作為運(yùn)輸機(jī)器人的自動控制系統(tǒng) [10]。 PLC 供電電源一般為 AC220V 或 DC24V 電源。這些接口測量流量，溫度和壓力的數(shù)量值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。 PLC 程序的編寫 首先進(jìn)行選型，確定好 I/O 點數(shù)，應(yīng)該考慮未來擴(kuò)充和備用的需要，留 10%20%的輸入 /輸出點數(shù)作備用。 6） 當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ2 時， X X7 處均有工件，則運(yùn)輸機(jī)器人先將 X7處工件搬到 SQ4 處，然后在移動到 SQ1 處，將工件搬到限位開關(guān) SQ2 處，并停在此處 . 7） 當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ4 時， X7 處有工件，則運(yùn)輸機(jī)器人先移動到限位開關(guān) SQ3 處，然后將工件搬到限位開關(guān) SQ4 處，并停在此處。 3） 當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ1 時， X X7 處均有呼叫，則運(yùn)輸機(jī)器人先將工件搬到 SQ2 處，然后再移動到 SQ3 處，將工件搬到限位開關(guān) SQ4 處，并停在此處 4） 當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ2 時， X6 處有呼叫，則運(yùn)輸機(jī)器人先移動到限位開關(guān) SQ1 處，然后將工件搬到限位開關(guān) SQ2 處，并停在此處。 圖 32 運(yùn)輸 機(jī)器人工作示意圖 Figure 32 transport robots work schemes 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 編程原理分析 1） 當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ1 時， X6 處有呼叫，則將工件搬至 SQ2 處，并停在此處。小車在導(dǎo)軌的移動由雙向電動機(jī)實現(xiàn)，由兩個開關(guān)控制正反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松由直線型液壓缸和機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，并有雙向電磁閥控制。其 中 X4 為上行開關(guān)， X5 為下行開關(guān)。此外還有限位開關(guān) SQ SQ SQ SQ4，分別對應(yīng) X X X X0，當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人處于限位開關(guān)位置時，開關(guān)量接通并將信號傳入 PLC。在圖中有有六個輸入端，分別是第一道工序的呼叫按鈕 X6，當(dāng)?shù)匾坏拦ば蚣庸ね旰?，操作工人按下呼叫按鈕 X6，信號傳入 PLC，運(yùn)輸機(jī)器人將工件搬到下一道工序。 運(yùn)輸機(jī)器人的設(shè)計要求 本課題為車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計，用于車間不同工序之間工件的搬運(yùn)，本次設(shè)計為三條工序的運(yùn)輸程序，如圖有三道工序，四個限位開關(guān)，其中第二道工序有兩個限位開關(guān)，SQ2 用于放置從第一道工序搬運(yùn)到的工件， SQ3 用于第二道工序加工后零件的放置。因此， PLC 應(yīng)用范圍很廣。 2） 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng) 由于 PLC 是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時，不必改變 PLC 的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 3）用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代 PLC 具有很強(qiáng) 的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制 （ NC） 及計算機(jī)控制 （ CNC） 緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動電梯控制等。 1）用于邏輯控制 這是 PLC 最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。 PLC 的應(yīng)用概況 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò) 大，對于而今的 PLC 幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要 PLC，尤其近幾年來 PLC 的性價比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。 在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計選型。 20 世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 20 世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、 更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。個人計算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（ PLC）。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 1969 年，美國研制出世界第一臺 PDP14； 1971 年，日本研制出第一臺 DCS8； 1973 年，德國研制出第一臺 PLC； 1974 年，中國研制出第一臺 PLC。 5） 功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊。 4） 輸入輸出接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 3） 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 2） 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。 電機(jī)轉(zhuǎn) 速 n=1400r/min ,初選傳動比 i=20，選擇齒輪的模數(shù)為 2， 齒輪 1 取齒數(shù) Z1=20，則 d1=mz=220=40mm 齒輪 2 齒數(shù) Z2=i1Z1=420=80， d2=mz=280=160mm 齒輪 3 齒數(shù) Z3=20，則 d3=mz=220=40mm 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 齒輪 4 齒數(shù) Z4=i2Z3=520=100， d4=mz=2100=200mm 輸出轉(zhuǎn)速 n1=n/20=1400/20=70r/min=設(shè)計輪子直徑為 100mm，速度 v=n1100=367mm/s 圖 212 傳 動機(jī)構(gòu) Fig. 2 12 transmission mechanism 王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 28 3 運(yùn)輸機(jī)器人的控制系統(tǒng)的設(shè)計 可編程控制器的簡介 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC） [9]，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速很高，因此要通過減速來達(dá)到需要的轉(zhuǎn)速。采用 B 級絕緣，外殼防護(hù)等級為 IP44，冷卻方式為 I（ 014） 即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ。 電動機(jī)的選擇 機(jī)身部使用了 1 個電機(jī)，該電動機(jī)通過正反轉(zhuǎn)帶動運(yùn)輸機(jī)器人在導(dǎo)軌上雙向移動。對于桿長 L大于直徑d的 15 倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計算： ? ?24Fd????? （ 218） 設(shè)計中活塞桿取材料為碳剛，故 ??? 100 120Mpa? ，活塞直徑 d=50mm ,現(xiàn)在進(jìn)行校核。 2） 液壓缸外徑的設(shè)計 根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 10mm，所以該液壓缸的外徑為 90mm。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： GvF gt?? ?總慣 8 0 9 .8 0 .0 6 7 2689 .8 0 .0 2 ms Ns????? 2） F摩的計算 12 RF F f?摩 128 0 9 . 8 0 . 4 9 2 25070 . 1 5 7RR G K g N K g mF F Nhm? ??? ? ? ?總 12 RF F f??摩2? 2507 ? = 3）液壓缸在這里選擇 O 型密封， 所以密封摩擦力可以通過近似估算 ?密 最后通過以上計算 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時， F=3575N