【正文】 氣缸2個氣口裝有單向節(jié)流閥，型號選擇為SMC公司的ARJ1020F－M5。夾鉗上不用位置檢測開關(guān)。P2氣缸1A：上升氣缸 氣缸2A：下降氣缸 氣缸3A:夾持氣缸P1P2P1P2P1ABBABAS P R S P R S P R P氣缸1A氣缸2A氣缸3A 氣壓驅(qū)動原理圖 步進電機的驅(qū)動 機械手的小臂轉(zhuǎn)動和機身的旋轉(zhuǎn)都是用步進電機驅(qū)動的。在非超載情況下，電機的轉(zhuǎn)速及停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。步進電機具有很多的優(yōu)點：步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)，驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進電機靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。 度，一圈360 度， 需要48 個脈沖完成。改變脈沖的順序，可以方便地改變轉(zhuǎn)動的方向。所以步進電機的工作性能,在很大程度上取決于所使用驅(qū)動電路的具體類型和性能指標。相數(shù)有兩相、三相、四相、五相、六相等多種形式,目前常用的是兩相或四相混合式步進電機。電壓驅(qū)動又有單電壓驅(qū)動 ((a) )和雙電壓驅(qū)動( (b) ) 。雙電壓驅(qū)動每相繞組導(dǎo)通時,首先施加高電壓VH使步進電機相電流快速上升,當(dāng)電流上升到規(guī)定幅度時,高電壓VH被切斷,切換到低電源電壓VL維持電流,因去除了耗能很大的串聯(lián)電阻,電路驅(qū)動效率大大提高,這種驅(qū)動方式采用高低兩種驅(qū)動電源,但電源切換的控制電路相對復(fù)雜,因而較少采用。圖 步進電機兩種驅(qū)動方式 步進電機驅(qū)動的設(shè)計本設(shè)計用的是PMM8713三相或四相步進電機的脈沖分配器,SI27300A兩相或四相功率驅(qū)動器,用他們組成的四相步進電機功率驅(qū)動電路。步進電機使用較高電壓電源 ,可使繞組電流幾乎階躍地上升到預(yù)定值 ,流過檢測電阻的電流去控制斬波控制電路關(guān)斷,繞組電路在續(xù)流回路中續(xù)流并下降,當(dāng)電流下降規(guī)定時間后(達到某一電流值)由脈沖電路產(chǎn)生脈沖至斬波控制電路使斬波開關(guān)管接通,如此反復(fù)控制,由其反復(fù)開關(guān)繞組電流,進行斬波控制,使電流平均值趨向于維持恒定。Vcc2 0. 026)/PRsIoh (min)≈(0. 214(a)為雙脈沖輸入法,CU、CD分別控制步進電機正反轉(zhuǎn)脈沖,(b)為單脈沖輸入法,CK脈沖輸入,步進電機正反轉(zhuǎn)方向由CPD的電位高低決定。 PMM8713的兩種脈沖輸入方法PMM8713可以擇3種勵磁方式 ,每相最小灌入與拉出電流為20mA ,滿足后級功率放大器的輸出要求, 激勵方式控制決定選擇何種勵磁方式(1相勵磁、2相勵磁、12相勵磁3種勵磁方式之一)。 步進電機驅(qū)動電路圖步進電機選用的是42BYG009型混合式步進電機,驅(qū)動電壓為直流24V。cm）定位轉(zhuǎn)矩(gc㎡）42418020手腕的轉(zhuǎn)動和機身的轉(zhuǎn)動用的驅(qū)動和步進電機都是一樣的。 驅(qū)動芯片的介紹 L298N為SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的的雙全橋電機驅(qū)動芯片內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路。它內(nèi)含兩個HBridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯準位信號。其內(nèi)部電路圖為： L298N內(nèi)部原理簡圖 驅(qū)動的設(shè)計因設(shè)計中只用一個直流電機，所以L298N芯片只用一個全橋。VCC是用來作為器件內(nèi)部控制電路的電源，VDD是用來作為電機的驅(qū)動電源。直流電機旁的四個二極管作續(xù)流保護電路用的，型號為1N4148，直流電機的型號為5D9024。機械手具有5個自由度，可方便靈活地移動滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。當(dāng)四件物體放到固定的位置上，按下啟動按鈕，此機械手就會去抓取物件，待一個放到流水線，又會回來抓取另一個，四個都放到流水線了為完成一個周期。連續(xù)工作方式為機械手正常運作方式。當(dāng)多檔開關(guān)撥在單周期工作方式上，按下啟動按鈕，此時機械手開始工作，只是完成一個周期，即將四件物塊抓取放到流水線上。在此中途中，若不想再往后檢查機械手每個工步的狀態(tài)，只需將多檔開關(guān)撥到單周期即可，這樣機械手便能自動完成剩下的工步。 機械手的各個動作有序，需要強有力的驅(qū)動和復(fù)雜的程序控制支持，前已述及了各個驅(qū)動。設(shè)計中機械手需要12個輸入端口，9個輸出端口，考慮PLC的余量，決定選用CPU226的。 PLC的I/O分配 根據(jù)控制要求，升降氣缸需要2個行程開關(guān)，小臂即橫梁上有5個行程開關(guān)（四個物塊的定位和小臂伸開的定位），3個工作方式選擇開關(guān)，一個啟動按鈕和一個停止按鈕。其相應(yīng)的分配點數(shù)為：表 I/O分配說明圖輸入點標稱意義說明輸出點標稱意義說明SQ1下限位1YA步進電機1脈沖輸出端SQ2上限位1YA0步進電機1輸出方向控制端SQ0右限位2YA步進電機2脈沖輸出端SQA左限位A2YA0步進電機2輸出方向控制端SQB左限位B3YA下降電磁閥SQC左限位C4YA上升電磁閥SQD左限位D5YA1直流電機正向轉(zhuǎn)動SA單周期工作方式5YA2直流電機反向轉(zhuǎn)動單步工作方式6YA夾持器電磁閥連續(xù)工作方式DG開始指示燈SB1啟動開關(guān)SB2停止開關(guān)其PLC與器件的邏輯連線如下圖所示： PLC外圍連接圖 物塊的位置控制及程序流程圖機械手要完成抓取四個物塊，四個物塊的空間布置決定了程序中的設(shè)置，也即決定了各個驅(qū)動的控制。并且程序中應(yīng)用了大量的輔助繼電器，現(xiàn)列出一些重要的輔助繼電器，以便順利閱讀程序。S7CPU226的PLC內(nèi)置有高速脈沖，其最高輸出頻率為20KHz。單段輸出即單段流水線輸出，就是流水線中只能存儲一個脈沖串的控制參數(shù)，初始PTO段一旦啟動，必須按照對第二個波形的要求立即刷新SM（脈沖控制特殊寄存器）,并再執(zhí)行PLS指令（脈沖輸出），第一個脈沖串完成，第二個波形輸出立即啟動，重復(fù)這一步驟可以實現(xiàn)多個脈沖串的輸出。包絡(luò)表存放每個脈沖的參數(shù)，執(zhí)行PLS指令，PLC會自動按包絡(luò)表中的順序及參數(shù)進行脈沖輸出。而控制步進電機的脈沖輸出分為三個階段，起始頻率、運行頻率和停止頻率。在程序中，要用到包絡(luò)表，包絡(luò)表中設(shè)置為三段，每段的初始周期、每個脈沖的增減量、脈沖數(shù)都可以設(shè)置。起始段和停止段在程序初始化中設(shè)置，在設(shè)置前首先將脈沖輸出端置零，之后的脈沖設(shè)置用調(diào)用子程序的方法設(shè)置脈沖的個數(shù)和頻率。表 步進電機脈沖設(shè)置參數(shù)段的種類初始周期（ms）每個脈沖的增量(ms)脈沖數(shù)段1100180段2200640段320180下面程序中給出了一個步進電機初始化的程序段： 步進電機控制程序初始化機械手按照固定的程序控制搬運四個物件，這就需要程序分別在不同的時候控制著步進電機的旋轉(zhuǎn)角度。每完成一個物塊的搬運，其會判斷是否是最后一塊，若不是，則執(zhí)行自加一次，若是，則進行清零，機械手回到原點，準備進行下一個周期的搬運。步進電機旋轉(zhuǎn)的角度控制和絲桿螺母的移動距離控制在程序中都是用調(diào)用子程序來設(shè)置的。其程序段為： 判斷物件編號程序圖在步進電機控制中，當(dāng)需要其工作時，主程序會調(diào)用子程序，根據(jù)物塊的編號在設(shè)置好脈沖時，會啟動步進電機的工作，當(dāng)脈沖輸出完會產(chǎn)生中斷，在中斷中停止步進電機的工作和置位脈沖輸出完標志，以此啟動下一個工步！其程序段為（只給出一個步進電機的）： 步進電機旋轉(zhuǎn)角度控制程序圖前已述及，機械手共有三種工作方式：單周期工作方式、單步工作方式、連續(xù)工作方式，大大增添了機械手的實用功能。其程序如下。在其他工作方式下。在一個物塊搬運要結(jié)束時。若想工作在單步方式下，只需將多檔開關(guān)撥在單步方式下（）即可，如圖中所示，為下一步程序的轉(zhuǎn)換提供了條件，若想進行下一步，就再按一下啟動按鈕。工作在單周期方式下。 啟動機械手程序圖 工作方式控制程序圖 PLC程序設(shè)計的總結(jié) 設(shè)計好的程序必須要經(jīng)過嚴格的調(diào)試，在調(diào)試之前首先要檢查硬件連接圖，待硬件連接圖無誤后，接通電源，并啟動機械手。 因為本設(shè)計機械手具有三種工作方式，首先應(yīng)讓其工作在單周期方式，觀察并記錄機械手每一工步的運行狀態(tài)，每一個位置是否到位，驅(qū)動是否會產(chǎn)生如發(fā)熱、震蕩等現(xiàn)象。 待單周期工作方式大致穩(wěn)定后，可進行單步調(diào)節(jié)，單步調(diào)節(jié)屬于對機械手工作的細致調(diào)節(jié)，記錄每一工步的運行時間，關(guān)鍵是工步與工步的銜接是否順利。當(dāng)單周期工作方式和單步運行工作方式調(diào)試符合要求后，可進行連續(xù)工作方式調(diào)試了，這個工作方式調(diào)試主要看是否能夠滿足機械手控制的整體要求，能否滿足流水線搬運的要求。旨在培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識去分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力及培養(yǎng)正確的設(shè)計思想，并通過運用設(shè)計標準、規(guī)范、手冊、圖冊、和查閱有關(guān)技術(shù)資料去進行理論計算、結(jié)構(gòu)思考、繪制圖樣、寫相關(guān)說明性材料，培養(yǎng)我們機械設(shè)計的基本技能和工程設(shè)計工作者的基本素質(zhì)，為我們走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。隨著生產(chǎn)率水平的提高，人們對產(chǎn)品精度和質(zhì)量要求越來越來嚴格，企業(yè)生產(chǎn)線的自動化程度要求越來越高，工業(yè)機械手已成為多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備。由于自己精力和時間有限，又現(xiàn)場經(jīng)驗不足，而且設(shè)計較難、任務(wù)繁重，所以在設(shè)計中會含有一些我無法克服的缺陷及錯誤，請老師批評指正。參考文獻： [1] PLC原理及應(yīng)用 [M].機械工業(yè)出版社，2009