【正文】 ............ 26 氣動傳動系統(tǒng)工作原理圖 ............................................... 27 第六章 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 ..................................... 29 可編程序控制器的選擇及工作過程 ....................................... 29 可編程序控制器的選擇 ............................................. 29 可編程序控制器的工作過程 ......................................... 29 可編程序控制器的使用步驟 ............................................. 30 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 ......................................... 30 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 ..................................... 30 氣動機(jī)械手的工作流程 ............................................. 31 I/0 分配 ......................................................... 32 梯形 圖設(shè)計 ....................................................... 33 第七章 結(jié) 論 ............................................................ 34 參考文獻(xiàn) ................................................................. 35 致謝 ...................................................................... 36 江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第一章 緒論 工業(yè)機(jī)械手概述 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)械本體 )、控制 器、氣動 驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī) 電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。 第一章 緒論 2 機(jī)械手的組成和分類 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控 制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。 圖 11 機(jī)械手組成 (一 )執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。 附式手部主要由吸盤 等構(gòu)成，它是靠吸附力 (如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電吸磁力 )吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。 此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式 (如澆鑄機(jī)械手的澆包部分 )、托式 (如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械 手的手部 )等型式 。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置 .工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等 )相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動。機(jī)械手的 立 柱 因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。滾輪式布手臂運(yùn)動 基本運(yùn)動 復(fù)合運(yùn)動 直線運(yùn)動與回轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合 (即螺旋運(yùn)動 ) 兩直線運(yùn)動的組合 (即平面運(yùn)動 ) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動 :如水平回轉(zhuǎn)、左右 擺動運(yùn)動 直線運(yùn)動 :如伸縮、升降、橫移運(yùn)動 兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動的組 合 (即空間曲面運(yùn)動 )。驅(qū)動滾輪運(yùn)動則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動裝置。對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。無論哪一種形式，機(jī)械手工作時機(jī)座一定予以固定。根據(jù)本機(jī)械手的設(shè)計要求選用落地固定式機(jī)座。如果水平缸、垂直缸和手部機(jī)構(gòu)直接安裝到擺動氣缸的輸出軸上，機(jī)構(gòu)雖然簡單，但擺動氣缸的軸向受力增大，對氣缸的自身要求較高，并易造成擺動氣缸的損壞。連接組件主要由四部分組成：雙向推力球軸承、底座、轉(zhuǎn)臺和扣罩。選擇雙向推力球軸承而不是單向的，因?yàn)闄C(jī)座與轉(zhuǎn)臺在軸向上無法直接連接。另外，推力球軸承應(yīng)選擇公稱尺寸較大一些的，這樣可以更好的承受傾覆力矩。江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳 動、機(jī)械傳動。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。 (二 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 (一 )按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。一定 范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過 調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制 :可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。其主要特點(diǎn)是 :抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏 。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高， 油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。其主要特點(diǎn)是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 機(jī)械傳動機(jī)械手 機(jī)械傳動機(jī)械手 即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等 )驅(qū)動的機(jī)械手。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。 電力傳動機(jī)械手 電力傳動機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。 連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外機(jī)器人領(lǐng) 域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢 : (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從 91年的 97年的 65萬美元。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) 。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外， 裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制 。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。從 94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。其中有 130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 .我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點(diǎn) : (1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失 (摩擦損失、泄露損失等 ):液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動平穩(wěn)性及正確性。油溫變化時，液體粘度變化，引起運(yùn)動特性變化。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高 。鑒于以上這些缺陷，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳動， 氣動技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)介質(zhì)提取和處理方便。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。氣動系統(tǒng)一般只需要 速度。 (4)能源可儲存。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。 (6)成本低廉。傳統(tǒng)觀點(diǎn) 認(rèn)為 :由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難 (尤其在高速情況下，似乎更難想象 )。雖然氣動技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，對氣動機(jī)械手、氣動機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來吸取板料工件。 (5)機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計 本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器 (PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取 PLC型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編 制出 PLC程序，并畫出梯形圖。設(shè)計氣動機(jī)械手的原則是 :充分分析作業(yè)對象 (工件 )的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件 。盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計 制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 .本次設(shè)計的機(jī)械手是通用氣動上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運(yùn)或操作設(shè)備，動強(qiáng) 度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。由于本機(jī)械手在上下料時手臂具有升降、 移動、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。當(dāng)工件是板料時，使用氣流負(fù)壓式吸盤。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反 應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動方式。當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變 PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷 。操作 節(jié)拍對機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計速度過低限制了它的使用范圍。該機(jī)械手最大移動速度設(shè)計為 / s 。 / s 。平均回轉(zhuǎn)速度為 60。機(jī)械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速 度特性。大部分機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。手臂升降行程定為 120mm 。該機(jī)械手的定位精度為 1mm。 二、設(shè)計技術(shù)參數(shù) : 抓重 10kg 自 由度數(shù) 4個自由度 座標(biāo)型式 圓柱座標(biāo) 最大工作半徑 1400mm 手臂最大中心高 1250mm 手臂運(yùn)動參數(shù) 伸縮行程 1200mm 伸縮速度 400mm / s 升降行程 120mm 升降速度 250mm / s 回轉(zhuǎn)范圍 0。 回轉(zhuǎn)速度 90。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指 。回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。 設(shè)計時考慮的幾個問題 (