【正文】 有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢 機(jī)械手的發(fā)展概況 專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。智能機(jī)器人涉及的 知識內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。 早在 40 年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。 60～ 70 年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。 90 年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。 總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代： 第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控 制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。 將機(jī)械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。 在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。工作時，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。工作時機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。 現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。 按 PLC 的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個方面。用 PLC 取代繼電器控制和順序控制器控制。 2） . 用于模擬量控制 PLC 通過模擬量 I/O 模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模擬量控制。 4） . 用于工業(yè)機(jī)器人控制 5） . 用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的 PLC 具有較強的通信聯(lián)通能力，可實現(xiàn) PLC 與 PLC 之間、 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O之間、 PLC 與上位機(jī)之間的通信。 3. PLC 的特點 1） . 可靠性高、抗干擾能力強 PLC 能在 惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機(jī)械振動、溫度變化等中可靠地工作， PLC 的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均無故障時間間隔長達(dá) 30 萬 h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。 3） . 編程簡單、使用、維護(hù)方便 4） . 組合方便、功能強、應(yīng)用范圍廣 PLC 既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 5） . 體積小、重量輕、功耗低 PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低，空載功耗約 ?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強 。組合方便、功能強、應(yīng)用范圍廣 。 第二章 搬運機(jī)械手總體設(shè)計方案 搬運機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動作 本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動搬運，根據(jù)對機(jī)械手的工藝過程及控制要求分析，機(jī)械手的動作過程如圖 3— 1 所示： 圖 2— 1 機(jī)械手的動作周期 機(jī)械手的控制過程 如圖 3— 2 所示由 A、 B 兩個液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作， A 缸通過一個單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松， B 缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；由小車實現(xiàn)機(jī)械手的移動。當(dāng)小車前進(jìn)時以慢 — 快 — 慢的形式進(jìn)行，返回時按慢 —快 — 慢的形式后退。 機(jī)械手的控制要求 為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式 選擇開關(guān)。 手動操作：供維修用，即用按鈕對機(jī)械手的每一步動作單獨控制。 回原位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運行中途停止時，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點位置。 單周期運行：供首次檢驗用， 當(dāng)機(jī)械手在原點時按下啟動按鈕，機(jī)械手自動執(zhí)行一個周期后停止在原點位置 連續(xù)運行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點并按下啟動按鈕時，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動作。若自動工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于 “ 手從操作 ”位置。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 設(shè)計其結(jié)構(gòu)如圖 3— 2 所示 圖 3— 2：機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖 圖中設(shè)置 9 個行程開關(guān) SQ1— SQ9 用于檢測工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對系統(tǒng)實施控制。 電氣控制的設(shè)計 包括主電路和控制電路的設(shè)計。機(jī)械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開，得電時松開，可以防止在設(shè)備運行過程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個檔位。各個動作進(jìn)行的同時均設(shè)有動作指示燈。 其操作面板如圖 3— 3 所示： 圖 3— 3 機(jī)械手操作面板示意圖 I/O 分配 I/O 設(shè)備即所需的 I/O 點數(shù)如下表所示： 信 號 I/O 設(shè)備 I/O點數(shù) 信號 I/O 設(shè)備 I/O 點數(shù) 輸 入 操作方式選擇旋鈕開關(guān) 手動時運動選擇按鈕 啟動停止按鈕 行程開關(guān) 5 8 2 9 輸 出 交流接觸器控制線圈 電磁閥 動作指示 原點指示 4 3 8 1 根據(jù) I/O 點的分配要求及考慮 10%到 15%的 I/O 裕量，本設(shè)計 PLC 采用 F1— 60MR 36/24 型，樣圖見圖 34 所示： 圖 3— 4 F140MR 樣圖 控制電路設(shè)計主要是 PLC 輸入、輸出接線的設(shè)計，其 I/O 分配如圖 3— 5 所示。其中自動程序要在啟動按鈕按下時才執(zhí)行。 圖 3— 6 搬運機(jī)械手 PLC 控制梯形圖總體構(gòu)成 各部分梯形圖的設(shè)計 通用部分梯形圖分為三部分： 1） . 狀態(tài)器的初始化。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于 “ 返回原位 ” （ X51