【正文】 機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 1 第 一 章 機械手基本知識 第一節(jié) 機械手的基本概念 機械手的概述： 機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如： (一 )機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。 (三 )可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。 (五 )宇宙及海洋的開發(fā)。 第一章 機械手基本知識 2 第二節(jié) 機械手的結(jié)構(gòu) 機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或 DSP等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。 機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動 傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。機械手 在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。早年的可編程控制器在功能上只能實現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程順序邏輯控制器（ Programmable Logy Controller） .這時的 PLC 基本上是（硬）繼電器控制裝置的替代物，主要用于實現(xiàn)原先由繼電器完成的順序 控制、定時、記數(shù)等功能。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程。美國、日本、德國等一些廠商先后開采用微處理器作為 PLC 的 CPU，這樣使 PLC 的功能大大的增強。 目前，世界上約有 200 家 PLC 生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)見 PLC 將會是電氣控制裝置的主要控制元件。 （一）進(jìn)一步加快 CPU 的處理速度。 （二）變革操作控制方式。 （三）發(fā)展自能化模塊。 （四）進(jìn)一步提高可靠性。在 PLC 線路中采用隔離技術(shù)防止外部高壓的竄入；采用濾波技術(shù)，可以有效抑制高頻干擾信號；還設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來，從而起到自動恢復(fù)作用。 PLC 設(shè)置 有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場（開關(guān)、按扭或其他傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進(jìn)行運算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。 （二）定時控制功能 PLC 中用戶提供使用的定時器，定時器的設(shè)定值（定時時間）可以在編程時設(shè)定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。計數(shù)器到某一定值時（設(shè)定值），產(chǎn)生一個狀 態(tài)信號，利用該信號實現(xiàn)對某個操作的記數(shù)控制。 （四）步進(jìn)控制功能 PLC 為用戶提供了若干個狀態(tài)器，可以實現(xiàn)由時間、技術(shù)和其他指定邏輯信號為轉(zhuǎn)移條件的步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件滿足時，自動進(jìn)行下一道工序。 第一章 機械手基本知識 6 （六）過程控制功能 有些 PLC 具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能方便地對模擬量的控制調(diào)節(jié)。 （八）監(jiān)控功能 PLC 設(shè)置了較強的監(jiān)控功能。利用編程器可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并根據(jù)需要改變 PLC 內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護(hù)提供極大的方便。 （十 )故障診斷功能 PLC 可對系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴(yán)重錯誤則自動終止運行。 基于 PLC 控制的機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 7 第五節(jié) PLC 的分類 PLC的種類很多，其實現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。 一、 按結(jié)構(gòu)形式分類 PLC按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分整體式和模塊式。這種結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低。 （二）模塊式 PLC 組合式 PLC為總線結(jié)構(gòu)。配置靈活、組裝方便、擴(kuò)展容易。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒蚉LC、中型 PLC和大型 PLC. （一）微型 PLC I/O 點數(shù)小于 64點 （二）小型 PLC I/O 點數(shù)在 64256點之間。 （四）大型 PLC I/O 點數(shù)在 512— 8192之間。而工業(yè)機械手課程設(shè)計不僅培養(yǎng)設(shè)計者對機械的認(rèn)識、運用能力 , 而且 液壓、氣壓、電氣傳動及單片機、 PLC、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識。 第二節(jié) 機械手設(shè)計的原理 機械手的設(shè)計原理是以人的手為基礎(chǔ)，以機械拉來實現(xiàn)人的動作，它的動作由以下四部分來實現(xiàn)：自由度的旋轉(zhuǎn)、肩的前后動作、肘的上下動作、腕 (手 )的動作。在設(shè)計上考慮維修的簡單性。該控制系統(tǒng)的設(shè)計是可以給操作臂一個信號的動力反饋系統(tǒng)。在方位、肩部和肘部上的三個軸直接控制位置，利用主臂控制速度。控制系統(tǒng)的特性是可以使操縱器以一定的速度和精確性進(jìn)行工作。然后，機械手開始進(jìn)行上升，轉(zhuǎn)動和下降運動。其工作性能穩(wěn)定，可擴(kuò)展性強，應(yīng)用簡便。在我們所研制的工業(yè)機械手中，各關(guān)節(jié)由比例閥或開關(guān)閥構(gòu)成開環(huán)液壓控制回路，實現(xiàn)比例 調(diào)速或開關(guān)動作，因此我們選用了西門子系列 PLC 作為其控制器。因此，具有高度靈活性的無線遙控 操作系統(tǒng)的應(yīng)用得到 了推廣。一些芯片廠商如Infineon、 Micrel、 RF Monolithics、 Melexis、 CML、 ATMEL 等也都推出了各種適應(yīng)于不同場合和要求的 RF 芯片。 （二）機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是為了培養(yǎng)從事機械設(shè)計、制 造行業(yè)的人才而開設(shè)的專業(yè)。工業(yè)機械手的設(shè)計涉及：機械設(shè)計原理、液壓、氣壓、電氣傳動及單片機、 PLC、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識。 二、 任務(wù) 要求獨立完成用 PLC 對機械手大小球分選設(shè)備的控制。 要有手動、回原點、多周等 3 種可選工作方式，多周為自動方式。 第三章 機械手分選大小球設(shè)計 12 第二節(jié) 硬件 圖 電氣主接線圖如圖 。 圖 接線端子圖第三節(jié) I/O 分配表 一、輸入地址分配表 列出機械手的輸入分配表，如表 。 表 輸出地址分配表 第 四 節(jié) PLC 狀態(tài)轉(zhuǎn)移 圖 輸入端子地址 功能說明 啟動 SB1 左限 SQ1 下限 SQ2 上限 SQ3 右限 SQ4(大、小球 ) 停止按鈕 SB2 輸出端子地址 功能說明 下降 KM1 夾緊 YV 上升 KM2 右移 KM3 左移 KM4 原位燈顯示 HL1 夾大球燈顯示 HL2 基于 PLC 控制的機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 15 圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 第四章 總結(jié) 16 第 五 節(jié) 梯形圖 基于 PLC 控制的機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 17 第四章 總結(jié) 18 基于 PLC 控制的機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 19 圖 用基本指令編程實現(xiàn)大小球分類的梯形圖