【正文】 這就意味著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步， PLC的相關(guān)技術(shù)也是達(dá)到了相對(duì)成熟的地步。 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的地位也是不可動(dòng)搖的，它奠定了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。隨著對(duì) PLC 逐漸精致的研究和設(shè)計(jì)， PLC 的體型越來(lái)越小巧，它的精確運(yùn)算能力也是越來(lái)越高。當(dāng)時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)也迅速的發(fā)展起來(lái)， PLC 的功能更加得到反應(yīng)和實(shí)現(xiàn)。它的運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理能力的這些重要的功能有了顯著的提高，隨之成為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的主心骨。 70年代未處 理器出現(xiàn)之后引入到PLC 技術(shù)后增加了許多功能。 自 1969 年開(kāi)始，美國(guó)數(shù)字設(shè)備有限公司研究出了第一臺(tái) PLC，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)以集成電路為主的情況下，只能完成一些簡(jiǎn)單的控制。 PLC 簡(jiǎn)介 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一 類(lèi) 的存儲(chǔ)器 可以編程 ， 可以用來(lái)進(jìn)行 內(nèi)部 的 存儲(chǔ)程序， 也可以用來(lái) 定時(shí)、順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù) 和 算術(shù)操作等 一些 指令 。在水平氣缸和垂直氣缸的兩個(gè)極限位置安裝磁性開(kāi)關(guān) CS111RH02，共四個(gè)；選擇類(lèi)型為PR3010DN 型號(hào)的接近傳感器一對(duì)安裝于擺動(dòng)氣缸的極限位置。 (4) 對(duì)于遠(yuǎn)距離的測(cè)量時(shí)，應(yīng)選用光電型傳感器或超聲波型傳感器。金屬中也會(huì)分靈敏度高低，有些材料靈敏度高，它的 檢測(cè)距離可以近可以遠(yuǎn)，但對(duì)于靈敏度低的，只能將距離拉到最近。 傳感器選型 接近傳感器對(duì)于不同的材料的物體接近的距離也是有限的，所以對(duì)于不同的材料我們應(yīng)該選用不同的傳感器，這樣是機(jī)械整個(gè)系統(tǒng)能夠有效地執(zhí)行，在選擇傳感器的時(shí)候，應(yīng)該遵循幾個(gè)原則： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 12 頁(yè) 共 36頁(yè) (1) 非金屬材料如木頭、紙、塑料還有玻璃等，傳感器檢測(cè)它們的時(shí)候，應(yīng)該選用電容式的接近傳感器。 每當(dāng)有物體接近傳感器機(jī)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，并且在有效的距離范圍內(nèi)，傳感器才具有一定的感知能力，一般傳感器能檢測(cè)的最大距離為傳感器的有效距離，檢測(cè)距離越大則傳感 器的性能就會(huì)越好。在一定的位移之內(nèi)，接近開(kāi)關(guān)能夠?qū)γ舾行栽M(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到判斷電路通斷的一種方式。在本次課題設(shè)計(jì)中選用的是小型接近式的傳感器。 傳感器的基本結(jié)構(gòu)是由傳感元件、信號(hào)調(diào)節(jié)器、敏感元件和輔助裝置組成。它易于處理、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和調(diào)節(jié)，對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。 如今，傳感器技術(shù)是當(dāng)代電子信息技術(shù)領(lǐng)域的主要組成部分。 按照上述控制可以進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，在本次設(shè)計(jì)中最主要對(duì)機(jī)械手能夠進(jìn)行自動(dòng)操作控制，使其能夠自動(dòng)運(yùn)行，加入手動(dòng)控制是為了檢驗(yàn)和故障處理方便 [16]。 (7) 當(dāng)電磁閥 7 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過(guò)電磁閥 16，氣流會(huì)經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥 10，最后進(jìn)入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得氣爪夾緊。 (5) 當(dāng)電磁閥 1 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過(guò)電磁閥 13，氣流會(huì)經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥 1，最后進(jìn)入垂直氣缸左側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得水平氣缸伸出。 (3) 當(dāng)電磁閥 3 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過(guò)電磁閥 14，氣流會(huì)經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥 4，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)氣缸左側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得回轉(zhuǎn)氣缸向左擺動(dòng)。大概工作 原來(lái)如下所示： (1) 當(dāng)電磁閥 5 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過(guò)電磁閥 15，氣流會(huì)經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥 7，最后進(jìn)入垂直氣缸左側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得垂直氣缸伸出。對(duì)于機(jī)械手底座設(shè)計(jì)為圓形底盤(pán)式，柱形支撐結(jié)構(gòu)。 如圖 （ c）所示為旋轉(zhuǎn)氣爪，它工作原理與齒輪嚙合相似，兩個(gè)手指可以同時(shí)移動(dòng)并且居中對(duì)齊，確保了力的平衡性。 如圖 （ b）所示為擺動(dòng)氣爪，它的擺角大概有 40176。以下介紹幾種常見(jiàn)的氣爪： 如圖 （ a）所示為平行移動(dòng)的氣爪，平行氣爪通過(guò)兩個(gè)活塞進(jìn)行控制，成對(duì)心本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 9 頁(yè) 共 36頁(yè) 方式移動(dòng)。 通過(guò) PLC 來(lái)對(duì)電磁閥控制，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪的夾緊。 機(jī)械夾緊的方式運(yùn)用是最廣泛的。同時(shí)考慮開(kāi)口尺寸，以適應(yīng)被抓工件的尺寸的不同，大大提升機(jī)械手的應(yīng)用廣度。 氣爪 機(jī)械手的氣爪是用來(lái) 實(shí)現(xiàn)抓取功能，是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手重要組成部分之一。帶導(dǎo)桿的氣缸的實(shí)物圖 ,如圖 23所示： 圖 23 導(dǎo)向氣缸 如圖所示，氣缸外連接板與轉(zhuǎn)接板以及氣爪進(jìn)行連接，外連接板處安裝有三根軸，中間的一根端部帶有螺紋，與活塞桿一體的細(xì)長(zhǎng)軸，在活塞的作用下帶動(dòng)外連接板運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，為了避免氣缸在工作的時(shí)候氣缸會(huì)因?yàn)槟承┰虬l(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，所以在氣缸中加了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)， 防止發(fā)生不定性和歪斜。目前擺動(dòng)氣缸在工業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，經(jīng)常被應(yīng)用受到限制或者轉(zhuǎn)動(dòng)角度較小的 360度的回轉(zhuǎn)工作部件上，其動(dòng)作原理也是將壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸有一定的擺角?，F(xiàn)在無(wú)桿氣缸廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、注塑機(jī)等開(kāi)門(mén)裝置中，通常也用于多功能的坐標(biāo)機(jī)器人的輸送線和抓取工件上。無(wú)桿氣缸能夠有效的節(jié)約空間，還能夠有效地避免了有桿活塞和密封圈之間摩擦而帶了的機(jī)械能的損失?；钊醒b有密封圈和導(dǎo)向磁性環(huán)，磁性 環(huán)是用來(lái)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，是活塞桿接近磁性開(kāi)關(guān)的時(shí)候發(fā)出一定的型號(hào)，即可以在任何時(shí)候可以檢測(cè)出活塞干的位置。 (1) 普通氣缸 普通氣缸是由缸筒機(jī)構(gòu)、活塞桿、活塞裝置、前后缸蓋、密封圈和緊固零件等零件組成。在日常生活中，單作用分為兩類(lèi)：有桿活塞和無(wú)桿活塞。先導(dǎo)式電磁閥也分為單 電控和雙電控兩種形式 [5]。 先導(dǎo)式電磁閥 先導(dǎo)式電磁閥顧名思義它帶有一個(gè)先導(dǎo)閥芯，要想電磁閥工作，我們要先打開(kāi)先導(dǎo)閥芯，然后改變氣體流動(dòng)方向來(lái) 打開(kāi)主閥芯。如果氣體反向進(jìn)入單向閥中，不論壓力多大，都不能使得反向閥流通，除非閥口被壓力破壞。 氣動(dòng)控制元件選型 單向閥 單向閥的氣體的流動(dòng)方向一般是單向的，當(dāng) P口的氣壓大于活塞彈簧的壓力時(shí)，活塞將會(huì)被打開(kāi)，此時(shí) P口和 A口將會(huì)聯(lián)通，這時(shí)氣體能夠順利通過(guò)。機(jī)械手的手動(dòng)控制包括上升、下降、伸出、縮回、左擺、右擺、夾緊和放松等這些操作過(guò)程。通常在設(shè)計(jì)先確定控制方案，然后 按照方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中手動(dòng)控制模式是適用于調(diào)試和安裝的時(shí)候使用或者在出現(xiàn)機(jī)器發(fā)生故障的時(shí)候使用。其中，底座的旋轉(zhuǎn)采用的是擺動(dòng)氣缸，手臂前后和上下運(yùn)動(dòng)選擇的是帶導(dǎo)向的氣缸，保證氣爪在抓取工件時(shí)的穩(wěn) 定性和可靠性，能夠有效地抓取到工件，然后在每個(gè)極限位置加上傳感器進(jìn)行反饋，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的精確性和平穩(wěn)性 [10]。通過(guò)一定的硬件控制系統(tǒng)對(duì)其編程來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的功能，在此基礎(chǔ)上加上傳感器系統(tǒng)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的反饋工作，使其更加地穩(wěn)定和精確 [4]。 自由度是機(jī)械手一個(gè)很重要的參 數(shù)性能，機(jī)械手的自由度越高，則機(jī)械手的靈活性就會(huì)越高，它的結(jié)構(gòu)就會(huì)越復(fù)雜，通用性就會(huì)越廣，反之則越小?？梢噪S時(shí) 改變被 夾持工件 件的位置 。身軀主要是用來(lái)安裝手臂、動(dòng)力源和各執(zhí)行元件，而且它可以起到連接的作用。手臂是用來(lái)引導(dǎo)氣爪能夠準(zhǔn)確地抓住工件，并把工件搬送到另一個(gè)工位上。在本設(shè)計(jì)中主要是用到夾緊氣缸，來(lái)完 成對(duì)零件的夾緊和搬運(yùn)功能。手部裝在手臂的上端可以?shī)A緊。 執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)元件和控制系統(tǒng)這三個(gè)部分組成了機(jī)械手。 機(jī)械手工作原理 機(jī)械手是一種通過(guò)一定的編程軟件來(lái)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)定位和以多變的動(dòng)作形式來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。機(jī)械手是機(jī)器人的一部分，也是屬于機(jī)器人，它有機(jī)器人的部分特征，并且機(jī)械手可以通過(guò)簡(jiǎn)單的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)它的自動(dòng)化來(lái)完成各種預(yù)期的任務(wù)，它繼承了人和機(jī)器人的一些特征和優(yōu) 點(diǎn)，尤其是有了人工智能，在生產(chǎn)過(guò)程中更加的準(zhǔn)確和在各種環(huán)境下能夠有效的工作。為了解決上述難題，本設(shè)計(jì)主要研究基于 PLC 控制機(jī)械手的自動(dòng)運(yùn)行。對(duì)于三菱系列的 PLC,它的通用性好、適用范圍廣、靈活性和編程簡(jiǎn)單等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被用于自動(dòng)化流水生產(chǎn)線上，這樣使得機(jī)械手能夠廣泛的被運(yùn)用，并且能夠熟練地適用于工業(yè)生產(chǎn)的腳步。 如今 ， 電子技術(shù)的飛速發(fā)展和滲入，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)是人類(lèi)進(jìn)步的橋梁 ， 機(jī)械手的迅速發(fā)展使得它成為工業(yè)行業(yè)中的重要部分。 機(jī)械手技術(shù)對(duì)工業(yè)發(fā)展有很大的好處，首先，它可以按照生產(chǎn)進(jìn)行加工，依照一定的程序和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成工件的加工和傳送；其次，它可以減輕工人的壓力，而且它能單獨(dú)的對(duì)機(jī)械進(jìn)行裝配，因此可以改善工人勞動(dòng)環(huán)境，有效地提高生產(chǎn)效率，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 4 頁(yè) 共 36頁(yè) 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了成本。 人們對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，同樣也要求具有創(chuàng)新性，更符合人性化和工業(yè)化。然后通過(guò)傳感器檢測(cè)工件，檢測(cè)到工件后，機(jī)械手底部氣缸旋轉(zhuǎn)，中間氣缸右移到極限位置，下臂氣缸開(kāi)始下降到極限位置，夾緊氣缸夾緊工件，下臂氣缸上升到高位，下臂氣缸 上升到極限位置，中間氣缸縮回到極限位置，底部氣缸旋轉(zhuǎn)，中間氣缸右移到極限位置，下臂氣缸開(kāi)始下降到極限位置，夾緊氣缸放下工件，最后機(jī)械手復(fù)位。 剛開(kāi)始時(shí)，要求將機(jī)械手復(fù)位，工作在左位、高位和放松狀態(tài)。 課題研究主要內(nèi)容 該課題主要 設(shè)計(jì)一 個(gè)基于 PLC 的機(jī)械手自動(dòng)操作系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要用于對(duì)機(jī)械手的過(guò)程控制。我國(guó)的“ 863”機(jī)械手技術(shù)主題成立以來(lái)，國(guó)家對(duì)于這些技術(shù)的推廣和引進(jìn)，逐漸使得機(jī)械手行業(yè)成為了真正高新的產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的企業(yè)主要生產(chǎn)一些中低端的產(chǎn)品，因?yàn)闆](méi)有高端精密的伺服系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)，這樣很難生產(chǎn)出高端和有質(zhì)量的產(chǎn)品。其中孤焊機(jī)械手已經(jīng)用于對(duì)當(dāng)時(shí)汽車(chē)生產(chǎn)的焊接上，雖然技術(shù)和人才比較國(guó)外來(lái)說(shuō)還有一定的差距，大部分的產(chǎn)品還是 要通過(guò)進(jìn)口才能完成組裝。 在我國(guó)，機(jī)械手技術(shù)是從 80 年代開(kāi)始起步，在七五科技攻關(guān)的熱潮中，生產(chǎn)出了部分的機(jī)械人的零件，慢慢的認(rèn)識(shí)到機(jī)械手的實(shí)用性。但是在機(jī)械加 工的過(guò)程中，對(duì)于零件的加工、處理和裝配這些過(guò)程是不連續(xù)的，所以在工業(yè)生產(chǎn)中加入生產(chǎn)自動(dòng)化可以有效地解決這些問(wèn)題。生產(chǎn)工業(yè)的連續(xù)性依靠工業(yè)的自動(dòng)化，自動(dòng)化逐漸成為了新時(shí)代的標(biāo)志。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在 1954 年，美國(guó)的著名工程師沃爾德最早提出了人機(jī)一體化的構(gòu)想；到了 1959年，擁有豐富創(chuàng)造力的兩人沃爾德和英格