畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-簡易機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1、摘 要 本文簡要地介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和座標(biāo)型式，氣動技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn)及國內(nèi)外的開展?fàn)顩r。 本文對機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，分別設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)以及吸附式手部結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動時(shí)所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩;設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了手臂伸縮、升降用液壓緩沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器。 設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖。利用可編 程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了適宜的PLC型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程

2、序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖和梯形圖，并編制了可編程序控制器的控制程序。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械手，氣動，可編程序控制器(PLC)AbstractAt first,the paper introduces the conception of the industrial robot and the elertary information of the development briefly.Whats more,the paper accounts for background and the primary mission of thetopic.The paper int

3、roduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.This paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the ma

4、nipulator,and analyzes the error of the orientation of the fingers.The paper designs the structure of the arm,and designs the hydraulic pressure buffer when the manipulators arm flexes,ascend,descend and wheels .The paper designs the system of air pressured rive and draws the work principle chair.Th

5、e manipulator uses PLC to control.The paper institutes two controls chemes of PLC acordine to the work flow of the manipulator.The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart.Whats more,the paper work out the control program of the PLC.Keywords： industrial robot, manipulator,

6、 pump, PLC目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc421899145 HYPERLINK l _Toc421899146 前 言 PAGEREF _Toc421899146 h 1 HYPERLINK l _Toc421899147 1.緒論 PAGEREF _Toc421899147 h 2 HYPERLINK l _Toc421899148 機(jī)械手的概述 PAGEREF _Toc421899148 h 2 HYPERLINK l _Toc421899149 機(jī)械手的設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc421899149 h 4 HYPERLINK l

7、 _Toc421899150 機(jī)械手的設(shè)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc421899150 h 5 HYPERLINK l _Toc421899158 1.4 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc421899158 h 5 HYPERLINK l _Toc421899163 機(jī)械手的應(yīng)用意義 PAGEREF _Toc421899163 h 7 HYPERLINK l _Toc421899164 機(jī)械手的技術(shù)開展方向 PAGEREF _Toc421899164 h 8 HYPERLINK l _Toc421899165 2.搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc421

8、899165 h 9 HYPERLINK l _Toc421899166 操作要求 PAGEREF _Toc421899166 h 9 HYPERLINK l _Toc421899167 操作功能 PAGEREF _Toc421899167 h 9 HYPERLINK l _Toc421899168 3.PLC及機(jī)械手的選擇和論證 PAGEREF _Toc421899168 h 11 HYPERLINK l _Toc421899169 可編程控制器PLC PAGEREF _Toc421899169 h 11 HYPERLINK l _Toc421899173 PLC的選型 PAGEREF _T

9、oc421899173 h 14 HYPERLINK l _Toc421899179 機(jī)械手 PAGEREF _Toc421899179 h 16 HYPERLINK l _Toc421899182 4.硬件電路設(shè)計(jì)及描述 PAGEREF _Toc421899182 h 18 HYPERLINK l _Toc421899183 4.1 操作方式 PAGEREF _Toc421899183 h 18 HYPERLINK l _Toc421899184 輸入和輸出點(diǎn)分配表及I/O分配接線 PAGEREF _Toc421899184 h 18 HYPERLINK l _Toc421899185 5.

10、軟件電路設(shè)計(jì)及描述 PAGEREF _Toc421899185 h 20 HYPERLINK l _Toc421899186 機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序 PAGEREF _Toc421899186 h 20 HYPERLINK l _Toc421899187 5.2 回原位程序 PAGEREF _Toc421899187 h 20 HYPERLINK l _Toc421899188 手動單步操作程序 PAGEREF _Toc421899188 h 21 HYPERLINK l _Toc421899189 自動操作程序 PAGEREF _Toc421899189 h 22 HYPERLINK l _T

11、oc421899190 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖 PAGEREF _Toc421899190 h 23 HYPERLINK l _Toc421899191 結(jié) 論 PAGEREF _Toc421899191 h 25 HYPERLINK l _Toc421899192 致 謝 PAGEREF _Toc421899192 h 26 HYPERLINK l _Toc421899193 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc421899193 h 27 HYPERLINK l _Toc421899194 附 錄 PAGEREF _Toc421899194 h 28前 言 大學(xué)四年的本科學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)

12、也是其中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，他是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運(yùn)用，也是對我們大學(xué)四年的收獲檢驗(yàn)。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速開展，采用PLC的技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破?，簡稱PLC，是在繼電順序控制根底上開展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛開展，PLC的功能也越來越強(qiáng)大，更多地具有計(jì)算機(jī)的功能，目前PLC已經(jīng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面取得了很好的開展。 機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高，改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)。無論進(jìn)行時(shí)間控制還是控制或混合控制，都可以通過設(shè)置PLC的程序?qū)崿F(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動作順序改變程序，是機(jī)械手通用性更好 。 機(jī)械手，也被

13、稱為自動手，能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身平安，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造冶金部門。 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大局部組成。手部是用來抓持工件或工具的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動擺動、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度

14、是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)越多、自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。1.緒論可編程序控制器(PLC)已在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中得到了廣泛應(yīng)用。它是以微處理器為核心,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)開展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用簡單等一系列有點(diǎn)；氣動技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段，并已廣泛應(yīng)用于各個(gè)部門，在機(jī)械產(chǎn)品自動化、工業(yè)自動化及企業(yè)技術(shù)改造方面占有重要的地位。氣壓傳動的介質(zhì)來自于空氣，環(huán)境污染小，工程已于實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手在工

15、業(yè)自動化生產(chǎn)得到了很好的利用，它可以減少人的充分操作，并且它還可以完成人無法完成的操作，從而大大地提高了工業(yè)的生產(chǎn)效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。其中的工業(yè)機(jī)械手是近代控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的開展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識:它能局部地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，能遵循一定的程序、時(shí)間、位置能完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配從而大大改善工人的工作條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。 機(jī)械手的概述機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大局部組成。手部是用來抓持工件或工具的部件，根據(jù)被

16、抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié) 構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動擺動、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的 升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動作。同時(shí)接收傳感器反應(yīng)的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)

17、現(xiàn)所要功能。機(jī)械手通常常機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)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(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步開展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中開展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用

18、，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速開展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的開展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步開展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成局部。工業(yè)機(jī)

19、械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的開展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的開展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和開展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。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、氣動等根底知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)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(xiàng) 綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對開展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的

20、研究和開展一直比較活潑，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域 也在不斷地?cái)U(kuò)大。 早在40年代，隨著原子能工業(yè)的開展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。5060年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。6070年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)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。80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的開展，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、效勞業(yè)、軍事領(lǐng)域上有

21、較大的應(yīng)用。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速開展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化開展?？傊壳皺C(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；改良的方向主要是將低本錢和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反應(yīng)，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步開展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufa

22、cturing Cell)中重要一環(huán)。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)目的工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械電子工程等專業(yè)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)根底課及有關(guān)專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程內(nèi)容得綜合設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)提高學(xué)生的機(jī)械分析與綜合能力、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力、機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，掌握實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計(jì)方法。通過這一環(huán)節(jié)要求到達(dá)：1通過設(shè)計(jì)，把握有關(guān)課程機(jī)構(gòu)分析與綜合、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動技術(shù)、自動控制理論、測試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用、自動化機(jī)械設(shè)計(jì)等中所獲得的理論知識在實(shí)際中綜合地加以運(yùn)用，是這些知識得到穩(wěn)固和開展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。因此，工業(yè)機(jī)

23、械手的設(shè)計(jì)是有關(guān)專業(yè)根底課和專業(yè)課以后的綜合性的專業(yè)課程設(shè)計(jì)。2工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生一次比較完整的機(jī)電一體化的整機(jī)設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思路，掌握機(jī)電一體化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根本方法和步驟，為自動化機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好的根底。3通過設(shè)計(jì)，使學(xué)生能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊、圖冊及標(biāo)準(zhǔn)，熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和局部標(biāo)準(zhǔn)，以完成一個(gè)工業(yè)技術(shù)人員在機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)方面所必須具備的根本技能訓(xùn)練。4由于機(jī)械手設(shè)計(jì)工作量比較大，為使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)得到完整訓(xùn)練，同學(xué)以小組為單位，分工合作共同完成此次機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)，這樣既節(jié)省了時(shí)間，有解

24、決了量大，時(shí)間緊的矛盾，同時(shí)最大限度的培養(yǎng)了學(xué)生分工協(xié)作完成大型設(shè)計(jì)的能力。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)機(jī)械手的方案論證根據(jù)國內(nèi)外同類產(chǎn)品現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)課題方案。(2)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)在方案論證的根底上進(jìn)行機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)，并繪制總體布局圖。(3) 驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手的特點(diǎn)，選用舍黨的驅(qū)動方式，根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求進(jìn)行電機(jī)選型。進(jìn)行電機(jī)選型相關(guān)計(jì)算。進(jìn)行驅(qū)動系統(tǒng)零部件的選型和設(shè)計(jì)。繪制驅(qū)動系統(tǒng)布局圖。(4)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)確定機(jī)械手的控制方式并進(jìn)行控制系統(tǒng)的控制與編程。繪制控制系統(tǒng)布局圖。(5) 傳感與測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行控制與驅(qū)動系統(tǒng)的傳感與測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(6) 機(jī)械本體設(shè)計(jì)進(jìn)行機(jī)械本體零部件設(shè)計(jì)，

25、繪制總體和零件圖。 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用1. 可編程序控制器的應(yīng)用和開展概況可編程序控制器programmable controller，現(xiàn)在一般簡稱為PLCprogrammable logic controller，它是以微處理器為根底，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技開展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)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。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制

26、裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤柜就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。1.4.2 PLC的應(yīng)用概況PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對于而今的PLC幾乎可以說但凡需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。(1用于邏輯控制這是PLC最根本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動電梯控制等。(

27、2用于模擬量控制PLC通過模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模擬量控制。(3用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制NC及計(jì)算機(jī)控制CNC緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。(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(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)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。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。1.4.3 PLC的特點(diǎn)(1可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)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(shí)間高，日本三菱

28、公司的F1系列PLC平均無故障時(shí)間間隔長達(dá)30萬h，這是一般微機(jī)所不能比較的。(2控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng)由于PLC是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。(3編程簡單、使用、維護(hù)方便(4組合方便、功能強(qiáng)、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)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣。(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(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2KW。1.4.4 PLC在機(jī)

29、械手中的應(yīng)用機(jī)械手通常應(yīng)用于動作復(fù)雜的場合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動作簡單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng);編程簡單、使用、維護(hù)方便;組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣; 體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動作復(fù)雜的場合，本設(shè)計(jì)正是以PLC控制為根底從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：(1)可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低

30、生產(chǎn)本錢，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。(2)可以改善勞動條件、防止人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作 是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可局部或全部代替人平安地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手 代替人手進(jìn)行工作，可以防止由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。(3)可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動生產(chǎn)線上，

31、目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)開展的需要。因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)開展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地開展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)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(jì)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。既便于設(shè)計(jì)制造，

32、又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)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。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)根本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，開展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī) 定的操作，但是還不具備任何傳感反應(yīng)能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國外機(jī)械手的開展趨勢是大 力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反應(yīng)外界條件的變化，做出

33、相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測，重點(diǎn)是研究 視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀即距離傳感器以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計(jì)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。觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反應(yīng)控制裝置。工作時(shí)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。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，到達(dá)自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的開展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年，全世界約有50

34、%的汽車由機(jī)械手裝配?，F(xiàn)今機(jī)械手的開展更主要的是將機(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)。2. 搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案氣動機(jī)械手的動作示意圖如圖1所示，氣動機(jī)械手的功能是將工件從A處移送到B處?？刂埔鬄椋?.氣動機(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動反向的線圈才能反向運(yùn)動；2.上升、下降的電磁閥線圈分別為YV2、YV1；右行、左行的電磁閥線圈為YV3、YV4；3.機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥YV5來實(shí)現(xiàn)，線圈通電時(shí)夾緊工件，線圈斷電時(shí)松開工件；4.機(jī)械手的夾鉗的松開、夾緊通過延時(shí)1.7S實(shí)

35、現(xiàn)；5.機(jī)械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來實(shí)現(xiàn)；機(jī)械手的操作面板如圖2所示。機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。1.手開工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動作；2.回原位工作方式時(shí)，按下“回原位按鈕，那么機(jī)械手自動返回原位；3.單步工作方式時(shí)，每按下一次啟動安鈕，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；4.單周期工作方式時(shí)，每按下一次啟動安鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期；5.連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，只要按下啟動安鈕，機(jī)械手就會連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止安鈕；6.傳送工件時(shí)，機(jī)械手必須升到最高點(diǎn)才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工

36、件；7.出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車按鈕時(shí)，機(jī)械手停止所有的操作。3. PLC及機(jī)械手的選擇和論證PLC PLC簡介自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器Programmable Logic CONtroller，PLC取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速開展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷開展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的根底上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至

37、九十年代得到了迅速開展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)興旺國家的增長速度放緩。但是，在中國等開展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理開展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入P

38、LC的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時(shí)按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動加1，程序從起始步步序號為零起依次執(zhí)行到最終步通常為END指令，然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位也有32位的為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控

39、制器。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其本錢要低一些大約能省40%左右。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)本錢比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)最多可達(dá)8000多個(gè)I/O。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為適宜。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速開展和根底自動化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 通用P

40、LC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。3.1.2 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是根本一的。如圖3所示， PLC硬件的根本結(jié)構(gòu)圖所示：圖3 PLC硬件的根本結(jié)構(gòu)圖3.1.3 PLC工作原理可編程序控制器有兩種根本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行RUN狀態(tài)與停止STOP狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的

41、輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信效勞階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序

42、控制器處于停止STOP狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱赗UN狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。在可編程序控制器的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像存放器和輸出映像存放器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像存放器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開ON/OFF狀態(tài)讀入輸入存放器。外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對應(yīng)的輸入映像存放器為“1狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對應(yīng)的輸入映像存放器為“0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開

43、觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像存放器的狀態(tài) 也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。可編程序控制器的用戶程序由假設(shè)干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像存放器或別的元件映像存放器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像存放器中，因此，各編程元件的映像存放器輸入映像存放器除外的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸

44、出映像存放器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電時(shí)，對應(yīng)的輸出映像存放器為“1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。假設(shè)梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應(yīng)的輸出映像存放器為“0狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對應(yīng)的映像存放器為“1狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像存放器為“0狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖4.2所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典

45、型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖4所示。第(N-1)個(gè)掃描周期輸出刷新第(N+1)個(gè)掃描周期輸入采樣第N個(gè)掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行圖4 PLC的掃描運(yùn)行方式3.2 PLC的選型3.2.1 PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)

46、固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。3輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選

47、用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用本錢?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。3電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否那么應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。3由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的開展，存儲器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用工程的正常投運(yùn)，一般要求PL

48、C的存儲器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。3冗余功能的選擇a控制單元的冗余1重要的過程單元：CPU包括存儲器及電源均應(yīng)1B1冗余。2在需要時(shí)也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。b I/O接口單元的冗余 1控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。 2重要檢測點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。 3根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。3經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較

49、滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，估因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。綜合上述原那么機(jī)械手控制系統(tǒng)主機(jī)為三菱的FX2N-40MR。 機(jī)械手.1機(jī)械手簡介mechanical hand 也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身平安，因

50、而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手簡述:機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但根本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。2傳動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動系統(tǒng)分機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、

51、速度進(jìn)行動作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作動作復(fù)雜的機(jī)械手那么要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。.2機(jī)械手選擇由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作，性能可靠。并且根據(jù)要求，我設(shè)計(jì)的是氣動機(jī)械式。4. 硬件電路設(shè)計(jì)及描述4.1 操作方式 設(shè)備的操作方式一般可分為手動和自動兩大類，手動操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)整，自動操作方式用于設(shè)備的自動運(yùn)行。 手動操作方式手動操作：用單個(gè)按鈕接通或斷開各自對應(yīng)的負(fù)載。 回原點(diǎn)：按下回原點(diǎn)按鈕，使設(shè)備自動回歸到原點(diǎn)位置。

52、自動操作方式單步運(yùn)行：每按一次啟動按鈕，設(shè)備前進(jìn)一個(gè)工步。 單周期運(yùn)行：在原點(diǎn)位置時(shí)，按下啟動按鈕設(shè)備自動運(yùn)行一個(gè)周期后停止原位；途中按下停止按鈕，設(shè)備停止運(yùn)行；再按下啟動按鈕時(shí)，設(shè)備從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行，直到原位停止。 連續(xù)運(yùn)行：在原點(diǎn)位置按下啟動按鈕，設(shè)備按既定工序連續(xù)反復(fù)運(yùn)行。中途按下停止按鈕，設(shè)備運(yùn)行到原位停止。4.2 輸入和輸出點(diǎn)分配表及I/O分配接線表1 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動SB1X0左限位SQ1X8單周期SB13X16停止SB2X1右限位SQ3X9回原點(diǎn)啟動SB14X17上升SB3X2上限位SQ2X10電磁閥下降YV1Y0下降

53、SB4X3下限位SQ4X11電磁閥上升YV2Y1左移SB5X4手動SB9X12電磁閥左行YV3Y2右移SB6X5自動SB10X13電磁閥右行YV4Y3放松SB7X6回原點(diǎn)SB11X14電磁閥夾緊YV5Y4夾緊SB8X7單步SB12X15圖5 I/O分配及接線圖5. 軟件電路設(shè)計(jì)及描述 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖6所示。圖6 機(jī)械手操作系統(tǒng)程序其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，那么X6接通，其常閉觸頭翻開，程序不跳轉(zhuǎn)CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，那么跳到指針P所指P0處，執(zhí)行手動程序。之后，由于X7

54、常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，既X6常閉閉合、X7常閉翻開那么程序執(zhí)行時(shí)跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。5.2 回原位程序回原位程序如圖7所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S19作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。圖7 回原位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖8所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。圖8 手動單步操作程序5.4 自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖9所示。當(dāng)機(jī)械臂處于原位時(shí)，按啟動X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S

55、21驅(qū)動Y1置位，延時(shí)1秒，以使電磁力到達(dá)最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用屢次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用根本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。 圖9 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5.5 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖 圖10 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖10所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。這三局部程序又稱為模塊是圖6的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；卦怀绦蚝妥詣硬僮鞒绦颉Ｊ怯貌竭M(jìn)順控方式編程