【正文】 3 機(jī)械手系統(tǒng)組成 機(jī)械手模型的機(jī)能特性 我們生活的空間是一個(gè)三維的空間，任何物體所在的位置都可以由三個(gè)坐標(biāo)和方向來確定；因此，只要求得所要搬運(yùn)物體的位置坐標(biāo)和位置方向，就能確定物體的具體位置。當(dāng)使用的是直流電源時(shí)，應(yīng)該通過采取接入續(xù)流二極管的方式對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)；而當(dāng)使用的是交流電源時(shí)，則需要通過接入阻容電路的方式對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。輸入接口電源SB位置開關(guān)SQ接觸器觸點(diǎn)KM電磁閥YAKM外電源輸出接口 用戶存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器中央處理器手持編程器或計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)圖21 PLC結(jié)構(gòu)示意圖PLC的運(yùn)行過程大致可描述為：首先，外部輸入信號(hào)經(jīng)PLC輸入端進(jìn)入PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器對(duì)這些信號(hào)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行收集和鎖存；再由CPU[14]按生產(chǎn)的實(shí)際要求對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理和運(yùn)算；最后，將處理結(jié)果傳送到輸出端使執(zhí)行結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)作，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。PLC的定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能都是通過微處理器采用編程的形式進(jìn)行聯(lián)系實(shí)現(xiàn)的。CPU、I/O接口、存儲(chǔ)器是PLC的主要組成部分。還增加了新的I/O適配器，這些新的適配器并不占用原來的系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)，使用也相對(duì)方便，可以連接多臺(tái)適配器，實(shí)現(xiàn)多路高頻高速計(jì)數(shù)的功能。還內(nèi)置了6個(gè)100KHZ的計(jì)數(shù)器，能夠進(jìn)行多相多頻計(jì)數(shù)。 內(nèi)置元件中還增加了新的指令：定位指令。設(shè)備內(nèi)的RAM存儲(chǔ)器達(dá)到了64k。FX系列的PLC是原來的F系列的替代品，是近些年三菱公司推出的新型PLC，它的體積相對(duì)較小，性價(jià)比較高在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)還要為長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，對(duì)以后工藝的拓寬留有余量；所選用的系統(tǒng)要能夠平穩(wěn)可靠運(yùn)行[11]。三菱PLC中還采用高速計(jì)數(shù)器，能夠?qū)^電器產(chǎn)生中斷處理，拓寬了PLC的使用范圍。三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC在國(guó)內(nèi)國(guó)外都獨(dú)具特色，是當(dāng)前的最新PLC的代表。SYSMAC CPM1A只有一張PC卡那么大，在大幅度縮減安裝體積的同時(shí)，也節(jié)省了PLC控制臺(tái)的空間。OMRON S7200系列的PLC在內(nèi)置功能和通訊方面有著突出的特點(diǎn)，而且使用的編程軟件Micro/win也簡(jiǎn)單易學(xué)。西門子公司生產(chǎn)的PLC，在我國(guó)的各個(gè)行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。 PLC技術(shù)經(jīng)過這些年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。 總而言之，PLC類似于一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它能夠適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，且功能豐富；在工業(yè)的生產(chǎn)中得到了較多的應(yīng)用。將各設(shè)備的接口與相對(duì)應(yīng)的PLC接口連接，就可以直接投入生產(chǎn)運(yùn)行。(4) 編程語言簡(jiǎn)單：PLC使用的編程相對(duì)簡(jiǎn)單，通常采用梯形圖的形式，并不需要其他學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，能夠很快的被操作人員所熟悉掌握。PLC的特點(diǎn)主要包括:(1) 較高的可靠性：在PLC中每個(gè)I/O接口都是相對(duì)獨(dú)立的，各個(gè)模塊之間都有相應(yīng)的抗干擾屏蔽措施，PLC所使用的部件都是通過嚴(yán)格的篩選，且具有較好的自我診斷能力，一旦運(yùn)行發(fā)生異常，CPU就會(huì)立即采取相關(guān)控制措施，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大；在一些要求比較高的場(chǎng)合還采用了多CPU結(jié)構(gòu)，使設(shè)備的穩(wěn)定性更加可靠。2 PLC的介紹與選擇 PLC的特點(diǎn)PLC控制器由繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等發(fā)展而來的，如今已經(jīng)使用的非常廣泛，在各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用[9]。 總體設(shè)計(jì)要求1. 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 圖11 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 機(jī)械手工作流程是:運(yùn)行機(jī)械手后，首先判斷當(dāng)前機(jī)械手是否在初始位置，如若不在，通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)使機(jī)械手回到原來位置；然后開始由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使機(jī)械手完成前伸動(dòng)作，到達(dá)位置后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)，通過檢測(cè)元件檢測(cè)限位磁頭所在的位置，使電動(dòng)機(jī)停止工作；由PLC控制手爪的張開，經(jīng)過一段延時(shí)后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)，下降到一定位置后，PLC又控制手爪的閉合；再經(jīng)過一段延時(shí)后，電機(jī)又驅(qū)動(dòng)機(jī)械手向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的手臂、底盤運(yùn)動(dòng)；當(dāng)機(jī)械手到達(dá)規(guī)定位置后，又驅(qū)動(dòng)機(jī)械手完成前伸動(dòng)作，前伸到一定位置后旋轉(zhuǎn)并向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定位置后，手爪張開；再經(jīng)過一段延時(shí)使機(jī)械手回到初始位置，接著進(jìn)行下一周期運(yùn)動(dòng)[8]。因此，需要對(duì)機(jī)械手提出更高的要求，設(shè)計(jì)出具有感官能力的智能型機(jī)械手能很好的解決這一現(xiàn)況。組合式機(jī)械手可以根據(jù)工業(yè)的實(shí)際需求，將機(jī)械手的基本部件進(jìn)行基本的組合，完成工業(yè)生產(chǎn)的目的。 從工業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來說，拓展和更新功能越強(qiáng)的機(jī)械手，其發(fā)展前景越好；但是這類機(jī)械手的生產(chǎn)成本過于高昂，使的這類機(jī)械手的推廣受到了限制；而專用機(jī)械手雖然價(jià)格低廉，但是其適用性遠(yuǎn)不如功能全面的機(jī)械手。 目前，市場(chǎng)的機(jī)械手性能優(yōu)劣不一，價(jià)格也不盡相同，性能的好壞會(huì)直接影響到生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。這使得工業(yè)的生產(chǎn)受到了一定的影響，機(jī)械手技術(shù)能夠很好的解決這一現(xiàn)況，為鍛造、焊接、熱處理等加工行業(yè)提供很好的服務(wù)。 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，各種技術(shù)也在不斷的完善。在一些復(fù)雜的生產(chǎn)工藝中，有的還采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。在機(jī)械手中一般采用PLC作為它的控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)它的可靠性比較高，使用方便，編程也相對(duì)簡(jiǎn)單，完全能夠滿足以點(diǎn)動(dòng)和連動(dòng)為主的機(jī)械手控制。目前應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是電氣驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然在一些自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)還有一些其他驅(qū)動(dòng)技術(shù)，如液壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等。手爪是用來模仿人類手指的功能，能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行抓取，手爪的手指數(shù)量可以根據(jù)工作的需求設(shè)計(jì)出不同的手指數(shù)[46]。執(zhí)行機(jī)構(gòu)又由用來支撐整個(gè)機(jī)械手的軀干和手臂、手爪組成。在熱加工方面，對(duì)人們不能勝任的高溫鍛造工業(yè)中，機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化完成下料和鑄造，大大的減輕了操作負(fù)擔(dān)，提高了生產(chǎn)質(zhì)量好生產(chǎn)效率；在冷加工方面，對(duì)生產(chǎn)過程中的零配件進(jìn)行下料和安裝，代替人的手工操作，已經(jīng)成為生產(chǎn)線上的重要設(shè)備；甚至在拆、裝、修方面也有應(yīng)用，例如在勞動(dòng)強(qiáng)度高的鐵路部門，利用機(jī)械手拆裝鐵路的閥門，清除路況等，大大的降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械手屬于獨(dú)立機(jī)械手，即通用機(jī)械手。人工操作機(jī)械手簡(jiǎn)稱操作機(jī)，它由原子和軍事工業(yè)發(fā)展而來，后來發(fā)展到通信行業(yè)，在星球的探測(cè)中用通信設(shè)備控制機(jī)械手對(duì)星球進(jìn)行探測(cè)。第一類獨(dú)立機(jī)械手，第二類人工操作機(jī)械手，第三類專用機(jī)械手。尤其在一些帶有放射性和強(qiáng)污染性的場(chǎng)合，投入研究的財(cái)力和物力更加之多。機(jī)械手因其對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有積極作用而被人們所認(rèn)識(shí)。它有著人的智能性和機(jī)器的適應(yīng)性，在現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著廣闊的前景。機(jī)械手有著40多年的發(fā)展歷史，是一種類似于機(jī)器人的生產(chǎn)設(shè)備。同時(shí)，機(jī)械手可以能夠借助軟件的編程，對(duì)不同的生產(chǎn)對(duì)象，完成不同的控制，提高了生產(chǎn)的效率。PLC技術(shù)能夠遠(yuǎn)程的控制工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)工業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。近年來，機(jī)械手的發(fā)展越加的迅速，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及一些最新的技術(shù)也在機(jī)械手中有了應(yīng)用[2]。機(jī)械手的使用不但縮減了工業(yè)的生產(chǎn)成本，還提高了工業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)了社會(huì)的現(xiàn)代化發(fā)展。它能夠按照人們的事先要求完成相應(yīng)的操作，有的機(jī)械手還帶反饋能力，能夠根據(jù)生產(chǎn)條件的變化自動(dòng)的調(diào)整生產(chǎn)操作，使生產(chǎn)的質(zhì)量和穩(wěn)定性得到提高。這不但可以避免一些有害物質(zhì)對(duì)操作工人的傷害，還可以提高工廠的生產(chǎn)效率。在不斷發(fā)展的工業(yè)經(jīng)濟(jì)中，操作工人的生產(chǎn)環(huán)境愈加惡劣，這使得在要求提高工人操作技能的同時(shí)，也使他們的工作安全也受到了不同程度的威脅。 automation programmable controller 。最后，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的軟件程序和硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，對(duì)可能用到的可編程控制器進(jìn)行了相關(guān)的介紹，再選擇設(shè)計(jì)所用到的PLC型號(hào)。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的