【機(jī)械手】-基于PLC的自動機(jī)械手設(shè)計

---宋停云與您共享------宋停云與您共享---1基于PLC的氣動機(jī)械手設(shè)計摘要機(jī)械手是能夠仿照人手動作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運(yùn)工件或工具或進(jìn)行操作的自動扮裝置，它能部分的代替人的手工勞動。較高級型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動作，完成較簡潔的作業(yè)。在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，從而大大地改善了工人的勞動條件，顯著的提高勞動生產(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。在我國，工業(yè)機(jī)械手近年來有較快的進(jìn)展，投入了大量的人力物力加以爭辯和應(yīng)用，關(guān)鍵詞 機(jī)械手，氣壓驅(qū)動，自動移動，氣泵2生EDESIGNOFMECHANICARMMOVINGAUTOMATICLYINCLOSERANGE---生EDRIVEOFATMOSPHERICPRESSUREABSTRACTManipulatoristobeabletoimitatemanpowermovement,andaccordingtosetprogram,locusandrequirementsubstitutemanpowertograb(inhale),take生ingsortoolor生eautomationinstallation生atoperated，itcanbepartialtoreplace生ehandworklaborofperson.生emanipulatorofhigherleveltypecanstillimitate生earmmovementofmorecomplexwork.Inmechanicalmanufacturingindustry,manipulatorhasbeenapplied---宋停云與您共享------宋停云與您共享---extensively，soimproved生elaborconditionofworkergreatly, raisinglaborproductivitynotably,quicklyrealize生estepofindustrialproductionmechanizationandautomation.Inourcountry,industrialmanipulatorhasmorerapiddevelopmentinrecentyears,haveputinplentyofmanpowermaterialresourcestostudyandgetverygoodeffect.生eproblemof生isprogrammajorresearchis"生edesignofmanipulatorarmmovingautomaticallyincloserange--生edriveofatmosphericpressure".Designincludestwobigaspects,oneispushcartmovepart,生eo生eris生eoperationofarm.生eybo生Wi生samedriveenergy--airpump.Walkpartcandrivetwowheelstoturnwi生生emotorofatmosphericpressure.生epumpofatmosphericpressurefixedincertainplace,useaflexibletubelinked生epumpandmotor,mostallationinwalkpart.生emovementofarminstraightlinerealizeswi生cylinder,revolvingmovementrealizeswi生生emotorofatmosphericpressure.Walkingarmdonotmove,when生earmmoving,walkpartstopsport.KEYWORDS manipulator,生edriveofatmosphericpressure,automatic3movable,airpump---宋停云與您共享------宋停云與您共享---目 錄中英文摘要???????????????????????1前言（或緒論）?????????????????????5第一章機(jī)械手?????????????????????61.11.2機(jī)械手的分類????????????????????71.31.4其次章機(jī)械手的設(shè)計??????????????????112.1112.2機(jī)器人的規(guī)格參數(shù)?????????????????112.3氣動機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計??????????????12第三章氣動機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計???????????193.1193.2203.3253.430PLC把握?????????????314.1PLC簡介??????????????????????314.2PLC34結(jié)論?????????????????????????41致謝?????????????????????????42???????????????????????43前 言隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍進(jìn)展，自動化程度的快速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中進(jìn)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特殊是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)快速進(jìn)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的進(jìn)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。機(jī)械手是仿照著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓---宋停云與您共享------宋停云與您共享---取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。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"。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣機(jī)敏，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲乏、不怕危急、抓舉重物的力氣比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到很多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)平安生產(chǎn)；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。本文介紹的PLC是可編程序把握器（ProgrammableLogicController）的簡稱，是在繼電挨次把握基礎(chǔ)上進(jìn)展起來的以微處理器為核心的通用的工的功能也越來越強(qiáng)大，更多地具有計算機(jī)的功能，所以又簡稱PC（PROGRAMMABLECONTROLLE，但是為了不和PERSONALCOMPUTER混淆，仍習(xí)慣稱為PL。目PLCPLC領(lǐng)域無限的進(jìn)展前景。本文將通過對PLCPLC第一章 機(jī)械手機(jī)械手及其組成什么是機(jī)械手機(jī)械手是一種能仿照人手臂的某些動作功能，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)境下操作以疼惜人身平安，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手是工廠企業(yè)高度自動化的標(biāo)志，它能完成很多高技術(shù)難度和繁重的體力勞動，尤其對于高溫、高壓、高濕度、污染等不適宜以人工工作的環(huán)境中，機(jī)械手起到了不行取代的作用。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)、把握系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。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)。1、手部即與物件接觸的部件。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，依據(jù)被抓持物件的外形、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。2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)整或轉(zhuǎn)變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以轉(zhuǎn)變工件的空間位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降（或俯仰）運(yùn)動均與立柱有親熱的聯(lián)系。5、行走機(jī)構(gòu) 機(jī)械手為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴(kuò)大使用范圍，可以增設(shè)滾輪---宋停云與您共享------宋停云與您共享---行走機(jī)構(gòu)。滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機(jī)座 它是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。7、其它部分 行程檢測裝置和傳感裝置等。行程檢測裝置是檢測和把握機(jī)械手各運(yùn)動行程（位置）的裝置。傳感裝置其中裝有某種傳感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指與物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的位置是否精確?????、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)。二、運(yùn)動機(jī)構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動（搖擺、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，轉(zhuǎn)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62～3機(jī)械手的分類一、按機(jī)械手的使用范圍分類：1、專用機(jī)械手一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的把握系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線，用以自動的傳送物件或操作某一工具。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡潔，成本較低，適用于動作比較簡潔的大批量生產(chǎn)的場合。2、通用機(jī)械手（也稱工業(yè)機(jī)器人）即指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動的把握系統(tǒng)，又不從屬于某種機(jī)器，而能自動地完成傳送物件或操作某些工具的機(jī)械裝置。二、按機(jī)械手的驅(qū)動方式分類：1、 液壓驅(qū)動機(jī)械手 以壓力油進(jìn)行驅(qū)動。2、 氣壓驅(qū)動機(jī)械手 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動。3、 電力驅(qū)動機(jī)械手 直接用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。4、 機(jī)械驅(qū)動機(jī)械手 是將主機(jī)的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳給機(jī)械手的一種驅(qū)動方式。三、按機(jī)械手臂力大小分類：1、微型機(jī)械手 臂力小于1公斤。2、小型機(jī)械手 臂力為1～10公斤。3、中型機(jī)械手 臂力為10～30公斤。4、大型機(jī)械手 臂力大于30公斤。四、按運(yùn)動軌跡把握方式可分為點(diǎn)位把握和連續(xù)軌跡把握機(jī)械手等。應(yīng)用機(jī)械手的意義8 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，機(jī)械手也越來越多地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其它部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的主要目的：一、可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度應(yīng)用機(jī)械手，有利于實(shí)現(xiàn)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)率和降低生產(chǎn)成本。---宋停云與您共享------宋停云與您共享---二、可以改善勞動條件、避開人身事故。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，用人手直接操作時有危急或根本不行能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人平安的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡潔、重復(fù)，特殊是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避開由于操作疲乏或疏忽而造成的人身事故。三、可以削減人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接削減人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是削減人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設(shè)機(jī)械手，以削減人力和更精確?????地把握生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏進(jìn)行生產(chǎn)。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手，使進(jìn)展工業(yè)的必定趨勢。機(jī)械手的進(jìn)展概況對機(jī)械手的一般要求一、降低機(jī)械手的成本為了擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍，必需降低機(jī)械手的成本。據(jù)統(tǒng)計，機(jī)械手電氣把握裝置所占成本的比重較大。二、品種多樣化為了適應(yīng)不同工作的需要，應(yīng)使的機(jī)械手的品種多樣化，用機(jī)械手代替更多的人的手工勞動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。特殊是那些工作比較單一、重復(fù)性很大而工作條件又較差和勞動量較大的工種，更應(yīng)留意設(shè)計和使用各種類型的機(jī)械手。三、零件、部件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化為了加速擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)盡量縮短其設(shè)計和制造周期。這樣，）系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。然后，即可依據(jù)具體工作的需要，將這些零件、部件（或再相應(yīng)地增加一些其它零件、部件）進(jìn)行組合，組成需要的機(jī)械手。當(dāng)然，這樣的機(jī)械手還應(yīng)保證組合便利，一旦工作變更時，就能快速而順當(dāng)?shù)闹匦陆M合。四、產(chǎn)品性能應(yīng)精確?????牢靠機(jī)械手的重要技術(shù)指標(biāo)之一，就是其性能應(yīng)穩(wěn)定牢靠。為此，要求設(shè)計合理，元件穩(wěn)定，制造精確。機(jī)械手的進(jìn)展概況與進(jìn)展趨勢機(jī)械手是機(jī)械、電子、計算機(jī)、液壓液力與氣壓傳動等多學(xué)科高新技術(shù)融合的成果，是當(dāng)代技術(shù)進(jìn)步的典型范例。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其它機(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，一般沒有的把握裝置。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急物品的主從式操作手。專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的進(jìn)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用進(jìn)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的學(xué)問內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣壓傳動等基礎(chǔ)學(xué)問，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)、無線電把握、仿生學(xué)---宋停云與您共享------宋停云與您共享---和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對進(jìn)展這一新技術(shù)都很重視。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，而且對于不太簡潔的機(jī)械手，用氣動元件組成的把握系統(tǒng)已被接受。由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合，以及周邊技術(shù)的成熟，在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，氣動機(jī)械手、氣動機(jī)器人的有用性已經(jīng)充分體現(xiàn)出來。由于氣動伺服定位技術(shù)一毀滅，就受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，同時為氣動機(jī)器人、氣動機(jī)械手大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)自動化領(lǐng)域開拓了格外寬廣的前景。研制具有確定"感受"和"智力"的智能機(jī)器人。這種機(jī)器人，具有各種傳（選擇）物件的方位，字調(diào)握力的大小，自找傳送路線以避開障礙物。因此，它其次章 機(jī)械手的設(shè)計機(jī)械手設(shè)計的總體方案本次設(shè)計的機(jī)械手需要通過氣缸來供應(yīng)動力，設(shè)計如圖2-1---宋停云與您共享------宋停云與您共享---所示圖2-1氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)1.機(jī)架 2.氣動肌肉 3.第一肩關(guān)節(jié) 4.其次肩關(guān)節(jié) 5.機(jī)架臂6.第三肩關(guān)節(jié) 7.大臂 8.肘關(guān)節(jié) 9.小臂 10.腕關(guān)節(jié) 11.氣爪氣動機(jī)械手主要由起固定支撐作用的機(jī)架、機(jī)械臂和氣爪三部分組成。氣動機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)4個自由度（由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動確定，因此機(jī)構(gòu)的自由度等于44）的運(yùn)動，其各自的自由度的驅(qū)動全部由氣動肌肉來實(shí)現(xiàn)。最前端的氣爪抓取物品，通過氣動肌肉的驅(qū)動實(shí)現(xiàn)各自關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，使物品在空間上運(yùn)動，依據(jù)合理的把握，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的動作要求。驅(qū)動第一肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動有2根氣動肌肉組成444根氣動肌肉。機(jī)器人的規(guī)格參數(shù)主參數(shù) 機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)機(jī)械手最大抓重以10公斤左右的為最多。故該機(jī)械手主參數(shù)定為10公斤。2、基本參數(shù) 運(yùn)動速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計速度過低則限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。12001200/1000900/秒。機(jī)械手動作時度特性。則手臂前后伸縮平均速度為1000毫米/秒，手臂上下升降平均速度為500/900/秒。除了運(yùn)動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。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。過大的伸縮行程和工作半徑，必定帶來偏重力矩增大而使剛性降低。在這種狀況下宜接受自動傳送裝置為好。據(jù)統(tǒng)計和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為6001500200程范圍定為2400，又由于該機(jī)械手設(shè)計成手臂安裝方位可調(diào)，從而擴(kuò)大了它150P4～6/厘米2。機(jī)械手臂定位和緩沖接受機(jī)械擋塊和緩沖器定位；定位精度為±0.5~±1毫米。氣動機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1 關(guān)節(jié)的基本方式在氣動機(jī)械手設(shè)計中，有4個自由度，相當(dāng)于4個的關(guān)節(jié)。每個關(guān)節(jié)的驅(qū)動原理都是相同的，即由一對相當(dāng)于人類拮抗的氣動肌肉相互之間的對抗作用來驅(qū)動關(guān)節(jié)。其原理如圖2-2所示。這種方式驅(qū)動的關(guān)節(jié)，其剛度和兩個肌肉的壓力之和有關(guān)，而其位置則和2個肌肉的壓力差有關(guān)，因此可以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)位置和剛度的把握。圖2-2 關(guān)節(jié)的基本驅(qū)動方式2.3.2 肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計131)第一肩關(guān)節(jié)的設(shè)計---宋停云與您共享------宋停云與您共享---第一肩關(guān)節(jié)主要是由2根氣動肌肉作為驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)繞Z軸（X、Y、Z軸2-1）12-3(a)所示。三維建模的第一肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖2-3(b)所示。圖2-3(a) 第一肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡圖 圖2-3(b) 第一肩關(guān)節(jié)三維結(jié)構(gòu)圖2)其次肩關(guān)節(jié)的設(shè)計其次肩關(guān)節(jié)和其下的4根機(jī)架臂相連接，為的是實(shí)現(xiàn)繞X軸旋轉(zhuǎn)這1個自由度，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-4a所示。三維建模的其次肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖2-4b所示。14圖2-4(a) 圖2-4(b)其次肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡圖 其次肩關(guān)節(jié)三維結(jié)構(gòu)圖3)第三肩關(guān)節(jié)的設(shè)計第三肩關(guān)節(jié)是連接其次肩關(guān)節(jié)和大臂的紐帶。主要零件是肩部連接腕和中部支撐桿。其中肩部連接腕固定在肩部連接軸上，在機(jī)架臂的帶動下，使得大臂、小臂及氣爪整體繞X軸的轉(zhuǎn)動，其另一功能是連接大臂的4根氣動肌肉。中部支撐桿是用來固定肘關(guān)節(jié)，是大臂的支撐桿。其三維結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示。圖2-5 第三肩關(guān)節(jié)三維結(jié)構(gòu)圖肘關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計1)虎克鉸簡介氣動機(jī)械手的設(shè)計難點(diǎn)主要在于肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。最機(jī)敏的關(guān)節(jié)形式就是球鉸，有3個自由度，但是其實(shí)現(xiàn)簡潔，把握難度比較大。在很多氣動機(jī)械手的爭辯中，接受的驅(qū)動器都是電機(jī)，為實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)的3個自由度，結(jié)構(gòu)往往比較簡潔[28,29]。作為2個自由度的機(jī)構(gòu)，虎克鉸的結(jié)構(gòu)比較簡潔，且2個自由度之間的運(yùn)動可以進(jìn)行把握。由于驅(qū)動方式的限制，虎克鉸的應(yīng)用在機(jī)器人中不是很常見。本爭辯接受氣動肌肉，可以便利地對這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行把握，實(shí)現(xiàn)兩個自由度的運(yùn)動。在本設(shè)計中，接受如圖2-6所示的虎克鉸形式來實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的2圖2-6 虎克鉸的基本結(jié)構(gòu)2)肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計肘關(guān)節(jié)主要是由一個虎克鉸的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于虎克鉸能夠?qū)崿F(xiàn)2度，并且虎克鉸的2根軸相互垂直，這就要求肘關(guān)節(jié)與大臂的氣動肌肉的連接件必需具有兩個方向單一的鉸鏈點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其三維結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。圖2-7 氣動肌肉連接件肘關(guān)節(jié)是連接大臂與小臂的重要關(guān)節(jié)。分別是通過中部支撐桿和前部支撐桿維系著這兩個結(jié)構(gòu)，其三維結(jié)構(gòu)圖如圖2-8所示。其中一些重要的尺寸參數(shù)分別圖2-8 肘關(guān)節(jié)三維結(jié)構(gòu)圖由XY軸方始終確定肘關(guān)節(jié)X軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-9a---宋停云與您共享------宋停云與您共享---所示，綠色表示的是肌肉連接件，由于在X軸方向上，其與氣動肌肉沒有相互轉(zhuǎn)動，因此表示成同一條直線，綠色只是說明這里另一個零件，Y軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-9b所示。當(dāng)不同相鄰的兩根氣動肌肉組成一對時，可以實(shí)現(xiàn)繞不同軸的旋轉(zhuǎn)。如圖2-8（左圖）所示，當(dāng)前面的兩根氣動肌肉組成一對，即兩根肌肉有相同的運(yùn)動形式，可知后面的是一對，在運(yùn)動過程中可以實(shí)現(xiàn)繞Y軸的轉(zhuǎn)動。同樣的左、右各為一對時，可以實(shí)現(xiàn)繞XX軸方向 (b)Y軸方向圖2-9 肘關(guān)節(jié)XY軸方向的結(jié)構(gòu)簡圖腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計腕關(guān)節(jié)大體上與肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)相像，主要有一個虎克鉸的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。同2XZ如圖2-，是兩個方向單一的鉸鏈點(diǎn)。腕關(guān)節(jié)通過前部支撐桿和肘關(guān)節(jié)固定，前端安裝有一個氣爪。其三維結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。圖2-10 腕關(guān)節(jié)三維結(jié)構(gòu)圖腕關(guān)節(jié)設(shè)計過程中的一些重要尺寸參數(shù)有X軸，Z軸方始終確定。其在X軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-11(a)所示，Z軸如圖2-11(b)所示。X軸方向 (b)Z軸方向圖2-11 腕關(guān)節(jié)XZ軸方向的結(jié)構(gòu)簡圖第三章 氣動機(jī)械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)應(yīng)留意的問題 手臂的結(jié)構(gòu)形式是依據(jù)機(jī)械手的抓取重量自由度數(shù)、運(yùn)動速度、工作范圍、定位精度以及機(jī)械手的整體布局等因素打算的。手臂結(jié)構(gòu)是否設(shè)計的合理，對機(jī)械手的工作性能有著很大的影響，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)是，除了考慮上述諸因素外，還應(yīng)留意以下幾點(diǎn)：Ⅰ、應(yīng)使手臂剛度大、重量輕由于機(jī)械手的手臂一般懸伸長度比較長，若手臂的剛度不夠時，會發(fā)生手臂彎曲變形過大，就會引起手臂的定位不準(zhǔn)，而且也直接影響活塞桿（即手臂）運(yùn)動的機(jī)敏性。另外，手臂在起動或制動過程中受到慣性力或慣性力矩的作用，手臂將發(fā)生抖動，由于手臂的抖動，也會影響手臂的定位精度，除了接受牢靠的定位裝置外，應(yīng)對手臂結(jié)構(gòu)有確定的剛度要求，才能保證手臂的精確?????的工作和確定的定位精度。Ⅱ、應(yīng)使手臂運(yùn)動速度快、慣性小為了減小慣性沖擊，一般實(shí)行的措施有：---宋停云與您共享------宋停云與您共享---⑴ 手臂架選用鋁合金等輕質(zhì)材料來制造，以減輕手臂運(yùn)動件的質(zhì)量。⑵ 盡量縮短手臂懸伸部分的長度，使手臂未伸出時的總重量的重心偏于伸縮方向的反側(cè)，以減小回轉(zhuǎn)半徑。⑶ 減小手臂運(yùn)動件的輪廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊。⑷ 在驅(qū)動系統(tǒng)中增設(shè)緩沖裝置，使運(yùn)動件減速緩沖。Ⅲ、手臂動作應(yīng)機(jī)敏為使手臂運(yùn)行輕快、機(jī)敏，除手臂本身結(jié)構(gòu)緊湊輕松外，應(yīng)削減手臂運(yùn)動件之間的摩擦阻力，用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸伸式的機(jī)械手，手臂上零部件（如傳動件、導(dǎo)向件、定位件等）的布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動過程中盡量保持平衡，以削減對升降支承軸線的偏重力矩，使手臂運(yùn)動機(jī)敏，（即自鎖）現(xiàn)象。Ⅳ、應(yīng)使手臂傳動精確?????、導(dǎo)向性好為了能精確?????的傳遞工件和保證傳動的平穩(wěn)，應(yīng)設(shè)有導(dǎo)向支承裝置，以保證手指的正確方向，并增加手臂的剛性。另外裝在手臂上的零部件要求便于裝拆和調(diào)整。Ⅴ、輸氣管道的布置應(yīng)合理機(jī)械手上的各工作氣缸彼此在空間作相對的直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動，要求結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊、動作機(jī)敏，因此對各個工作氣缸的輸氣管道布置應(yīng)賜予足夠的重視，尤其是接近工作對象的手腕和手指夾緊缸，在外部用很多的軟管向氣缸輸入壓縮空氣，雖然軟管安裝修理較便利，但是他會影響機(jī)械手的運(yùn)動，并易損傷，而且手臂外形不整齊。Ⅵ、其他要求對于在粉塵場合工作的機(jī)械手，應(yīng)設(shè)有防塵裝置等。肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計3.2.1第一肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計第一肩關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-1所示。圖3-1第一肩關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)簡圖假定CBOEC1是第一肩關(guān)節(jié)開頭的運(yùn)動位置，BDD1E可繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，逆時針旋轉(zhuǎn)的極限位置是B1OE1，這時毀滅死點(diǎn)的現(xiàn)象，即當(dāng)CB1O在同始終線上，連接BO，B1O，EO，E1O，C1O。作O點(diǎn)到CD的垂線交CD的延長線于F點(diǎn)。設(shè)OA=a，AD=d，BD=b，BC=L，BO=B1O=EO=E1O=R。（1）確定bb是肌肉連接件的鉸鏈點(diǎn)到肩部肌肉連接件的距離，依據(jù)結(jié)構(gòu)可得b=35mm。（2）確定L依據(jù)氣動肌肉的型號，選定沒有充氣時長度為250mm的氣動肌肉，其最大運(yùn)動行程是原始長度的20%，在運(yùn)動的開頭位置，取其最大收縮長度的一半，即是225mm，在加上氣動肌肉本身結(jié)構(gòu)（如圖2-5）的其他長度，兩個鉸鏈L=225+50=275mm，L（275±25）mm。（3）確定aa2-8b---宋停云與您共享------宋停云與您共享---α，∠EOE1=α，由于?BOC??EOC，所以∠EOC1=∠BOC=α。α=∠BOC=∠FBO?∠FCO=arctanOFFB?arctanOFFC=arctandab+?arctandabL++ (3-1)由公式（3-1）可知：tanα=1ddababLddababL?++++×+++=2()()dLababLd++++=()()LababLdd++++≤2()()LababL+++ (3-2)tanα在(0,)2παa值時，tanα取得最大值，即α取得最大值。由于O點(diǎn)處裝有一根?20mm的連接桿，因此取肩部肌肉連接件的寬度為30mm，即半寬a=15mm。（4）確定d由公式(2)可知，tanα≤2752(1535)(1535275)+++=1.079α≤47.2o當(dāng)α=47.2o代入公式(1-1)可知d無解。計算BOE旋轉(zhuǎn)到B1OE1的極限位置，其中氣動肌肉CB1≥250mm，C1E1≤300mm。CB1=CO?B1O=CO?R=2222OFCFOFBF+?+=2222()()dabLdab+++?++≥250mm (3-3)22由公式(3-3)可得088.4d≤pmm （3-4）---宋停云與您共享------宋停云與您共享---已知∠C1OE1=2α 2222111111CECOEO2COEOcos2300α=+?××≤ (3-5)其中C1O=CO=22OFCF+=22()dabL+++E1O=R=22OFBF+=22()dab++α=arctandab+?arctandabL++代入公式(3-5)可得036.1d≤pmm (3-6)依據(jù)氣動肌肉的結(jié)構(gòu)，在安裝時，2d≥24mm，即d≥12mm (3-7)有(3-4)、(3-6)、(3-7)式得： 1236.1d≤≤mm由公式(3-2)知tanα=2()()dLababLd++++，由于d<<L，2d<<()()ababL+++，所以取最大的d時，可以得到最大的tanα，也就是最大的αd=36mm。（5）確定α由公式(3-2)得tanα=2()()dLababLd++++=236275(1535)(1535275)36×++++=0.564α=29.4o。所以第一肩關(guān)節(jié)繞Z軸的理論最大運(yùn)動范圍。 3.2.2其次肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計其次肩關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-2所示。23圖3-2 其次肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖假定CAOEC1是其次肩關(guān)節(jié)開頭的運(yùn)動位置，鉸鏈點(diǎn)A，E可繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，逆時針的極限位置是A1OE1，即當(dāng)CA1O在同一條直線上，連接AO，A1O，EO，E1O。作O點(diǎn)到CA的垂線交CA的延長線于F點(diǎn)。連接AE，作O點(diǎn)垂直AE交AEBAB=a，OB=b，AC=L,AO=A1O=EO=E1O=R。（1）確定L依據(jù)氣動肌肉的型號，選定沒有充氣時長度為230mm的氣動肌肉，其最大運(yùn)動行程是原始長度的20%，在運(yùn)動的開頭位置，取其最大收縮長度的一---宋停云與您共享------宋停云與您共享---半，即是207mm，再加上氣動肌肉本身結(jié)構(gòu)（如圖2-5）的長度，兩個鉸鏈點(diǎn)的長度L=207+67=274mm，L的范圍是（274±23）mm。（2）確定b設(shè)α,∠EOE1=α?AOC??EOC1，所以∠EOC1=∠AOC=α。α=∠AOC=∠FAO?∠FCO=arctanOFFA?arctanOFFC=arctanab?arctanabL+ (3-8)有公式（3-8）可知：24tanα=1aabbLaabbL?++×+=2()aLbbLa++=()LbbLaa++≤2()LbbL+ (3-9)tanα在(0,)2παbtanα取得最大值，即α取得最大值。由于由于O點(diǎn)處裝有一根?20mm的連接桿，因此取合適的最小的b=20mm。（3）確定a由公式(3-9)可知，tanα≤274220(20274)+=1.787得---宋停云與您共享------宋停云與您共享---α≤60.8o當(dāng)α≤60.8o代入公式(3-8)可知a無解。計算AOE旋轉(zhuǎn)到A1OE1的極限位置，其中氣動肌肉CA1≥251mm，C1E1≤297mm。CA1=CO?A1O=CO?R=2222OFCFOFAF+?+=2222()abLab++?+≥251mm (3-10)由公式(3-10)可得041.3a≤pmm (3-11)已知∠C1OE1=2α 2222111111CECOEO2COEOcos2297α=+?××≤ (3-12)其中C1O=CO=22OFCF+=22()abL++E1O=R=22OFAF+=22ab+α=arctanab?arctanabL+代入公(3-12)可得023.4a≤pmm (3-13)依據(jù)氣動肌肉的結(jié)構(gòu)，在安裝時，2a≥24mm，即a≥12mm (3-14)25有(3-11)、(3-13)、(3-14)式得 1223.4a≤≤mm由公(3-9)知 tanα=2()aLbbLa++,由于a<<L,2a<<()bbL+,所以取最大的a時，可以得到最大的tanα，也就是最大的αa=23mm。（4）確定α由公式(3-9)得tanα=2()aLbbLa++=22327420(20274)23×++=0.983得α=44.5o所以其次肩關(guān)節(jié)繞X軸的理論最大運(yùn)動范圍為(?44.5o，44.5o)。3.2.3第三肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計第三肩關(guān)節(jié)通過大臂上的氣動肌肉連接到肘關(guān)節(jié)上。第三肩關(guān)節(jié)的零件尺寸與肘關(guān)節(jié)的零件尺寸有關(guān)，其零件尺寸是通過肘關(guān)節(jié)的零件尺寸來確定---宋停云與您共享------宋停云與您共享---的。因此第三肩關(guān)節(jié)的零件參數(shù)化設(shè)計詳見肘關(guān)節(jié)的零件設(shè)計。 3.3肘關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計肘關(guān)節(jié)的零件尺寸確定可以分為兩個方向，即X軸和Y軸方向。下面分別就X軸和Y軸方向上的參數(shù)化設(shè)計進(jìn)行闡述。X肘關(guān)節(jié)在X軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-3所示。26圖3-3 肘關(guān)節(jié)在X軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖假定CABC1是肘關(guān)節(jié)開頭的運(yùn)動位置可繞O點(diǎn)旋,順時針旋轉(zhuǎn)的極限位置是A1OB1，這時毀滅死點(diǎn)現(xiàn)象，即當(dāng)CA1O在同始終線上，連接A1O，B1O。設(shè)OA=a，AD=b，DD1=L。紅色虛線框表示肘部擋板。（1）確定bb是肌肉連接件的長度,依據(jù)結(jié)構(gòu)得b=45mm。（2）確定L依據(jù)氣動肌肉的型號，選定沒有充氣時長度為230mm的氣動肌肉，其最大運(yùn)動行程是原始長度的20%，在運(yùn)動的開頭位置，取其最大收縮長度的一半，即是207mm，在加上氣動肌肉本身結(jié)構(gòu)（如圖2-5）的其他長度，兩個鉸鏈點(diǎn)的長度L=207+50=257mm，L的范圍是（257±23）mm。（3）確定aA,B表示肘部擋板上連接肌肉連接件的兩個鉸鏈點(diǎn)，a是兩個鉸鏈點(diǎn)距離的一半。設(shè)α，∠BOB1=α。tanα=ACAO=2Lba+ (3-15)(3-15在(0,)2πα∈是單調(diào)增函數(shù)，b，L為已知，所以當(dāng)a取得最小值時，tanααa→0α=90o。AOBA1OB1A1C≥2b+Lmin=2×45+234=324mm。27B1C1≤2b+Lmax=2×45+280=370mm。A1C=CO?A1O=22OAAC+?A1O=22(2)abL++?a≥324mm(3-16)由公(3-16)可得 023.8a≤pmm(3-17)已知∠BOB1=α，得∠OBB1=2πα?，∠B1BC1=∠OBB1+∠OBC1=2πα?+2π=2απ?2222111111BCBBBC2BBBCcos370---宋停云與您共享------宋停云與您共享---2απ=+?××?≤ (3-18)222BBOBOB2cosα=+?11=22aa2cosα+?=22a2cosα?得BB1=22a2cosα?BC1=AC=2b+L=347mmα=arctan2Lba+代入公式(3-18)得0a22.4≤pmm (3-19)依據(jù)氣動肌肉的結(jié)構(gòu)，在安裝時，2a≥24mm，即a≥12mm (3-20)由(3-17)(3-19)(3-20)式得 12a22.4≤≤mm由公(3-15)可知 tanα=ACAO=2Lba+，且已知L=257mm，b=45mm，當(dāng)取最小值a=12時，tanα取得最大值。（4）確定αtanα=ACAO=2Lba+=25724512+×=28.9得28α=88.0o所以肘關(guān)節(jié)繞X軸的理論最大運(yùn)動范圍為(?88.0o，88.0o)。由此可以得到第三肩關(guān)節(jié)的兩個鉸鏈點(diǎn)之間的距離為2a=24mm。Y圖3-4 肘關(guān)節(jié)在Y軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖肘關(guān)節(jié)在Y軸方向上的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-4所示。假定CAOA1C1是肘關(guān)節(jié)開頭的運(yùn)動位置，D，B可繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn),作以O(shè)點(diǎn)為圓心，OD為半徑的圓。順時針旋轉(zhuǎn)的極限位置是D1OB1，這時毀滅死點(diǎn)的現(xiàn)象，即當(dāng)CD1O在同始終線上，連接DO，D1O，BO，B1O，C1O。設(shè)OA=a，AD=b，DC=L。（1）確定a設(shè)α，∠BOB1=α?DOC??BOC1，所以∠BOC1=∠DOC=α。α=∠DOC=∠AOC?∠AOD=arctanAC---宋停云與您共享------宋停云與您共享---AO?arctanADAO=arctanbLa+?arctanba (3-21)有公式（3-21）可知：29tanα=1bLbaabLbaa+?++×=2()aLbbLa++=()LbbLaa++≤2()LbbL+=257245(45257)+=1.10可得 α≤47.8o計算DOB旋轉(zhuǎn)到D1OB1的極限位置，其中CD1≥234mm，C1B1≤280mm。CD1=CO?D1O=2222OAACOAAD+?+=2222()abLab++?+≥234mm (3-22)由公式(3-22)可得058.2a≤pmm (3-23) 已知∠C1OB1=2α 2222111111CBCOBO2COBOcos2280α=+?××≤ (3-24)C1O=CO=22OAAC+=22()abL++---宋停云與您共享------宋停云與您共享---B1O=R=22OAAD+=22ab+α=arctanbLa+?arctanba代入公式(3-24)可得032.4a≤pmm (3-25)依據(jù)氣動肌肉的結(jié)構(gòu)在安裝時2a24m， 即 a≥12mm (3-26)(3-23)、(3-25)、(3-26)式得1232.4a≤≤mm可知tanα=2()aLbbLa++，由于a<<L，2a<<()bbL+，所以取最大的a時，tanααa=32mm。30（2）α所以tanα=2()aLbbLa++=23225745(45257)32×++=0.563得α=29.4o。所以肘關(guān)節(jié)繞Y軸的理論最大運(yùn)動范圍為(?29.4o，29.4o)。由此可以得到第三肩關(guān)節(jié)長度方向的兩個鉸鏈點(diǎn)之間的距離為2a=64mm。3.4腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 腕關(guān)節(jié)加上小臂的結(jié)構(gòu)等同于肘關(guān)節(jié)加上大臂的結(jié)構(gòu)因此肘關(guān)節(jié)的零件尺寸確定于腕關(guān)節(jié)的零件尺寸確定完全一樣，唯一不同的是肘關(guān)節(jié)是X，Y軸方向，腕關(guān)節(jié)是X，Z軸方向。（1）X軸方向上的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計XXa=12mmtanα=28.9α=88.0。Z(?88.0o，88.0o)。由此可以得到腕肩關(guān)節(jié)擋板上的兩個鉸鏈點(diǎn)之間的距離為2a=24mm。（2）Z軸方向上的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計ZY---宋停云與您共享------宋停云與您共享---a=32mmtanα=0.563，得α=29.4o。腕關(guān)節(jié)繞X軸的理論最大運(yùn)動范圍為(?29.4o，29.4o)。由此可以得到腕關(guān)節(jié)兩塊擋板的兩個鉸鏈點(diǎn)之間的距離為2a=64mm。31第四章 氣動機(jī)械臂的PLC把握4.1 PLC簡介可編程把握器（簡稱PL：是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它接受一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，輸出把握各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC20世紀(jì)60年月末期，汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝1968首先公開招標(biāo)，對把握系。它的繼電把握系統(tǒng)設(shè)計周期短，更改簡潔，接。它能把計算機(jī)的功能和繼電器把握系統(tǒng)結(jié)合起來。但編程c1969年數(shù)字設(shè)備公司（DEC）依據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺PLC，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次試用成功，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化。其后、德國等相繼引入，可編程序把握器快速進(jìn)展起來，但是主要應(yīng)用于挨次把握，只能進(jìn)行規(guī)律運(yùn)算，故稱為可編程規(guī)律把握器，簡稱PLC。其定義：可編程把握器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它接受一類可編程的存儲/輸出把握各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊贪盐掌骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)把握系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。PLC可編程序把握器實(shí)施把握，其實(shí)質(zhì)就是按確定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實(shí)現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實(shí)現(xiàn)可以說是PLC實(shí)施把握的兩個基本點(diǎn)，同時物理實(shí)現(xiàn)也是PLC與一般微機(jī)相區(qū)分之處，其需要考慮實(shí)際把握的需要，應(yīng)能排解干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)把握的水平，能為實(shí)際把握系統(tǒng)便利使用，所以PLC接受了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器CPU、存儲器RAM/RO、輸入輸出接口I/）電PLC4-1圖4-1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖4.1.3 PLC工作原理由于PLC以微處理器為核心，故具有微機(jī)的很多特點(diǎn)，但它的工作方式---宋停云與您共享------宋停云與您共享---卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般接受等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃I/OI/OPLC則是接受循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開頭執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，假如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開頭逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期主要可分為3個階段。一、輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會轉(zhuǎn)變，而這些變化必需等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。二、程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，依據(jù)用戶輸入的把握程序，從第一條開頭逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的規(guī)律運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部掛念寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最終一條把握程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。三、輸出刷新階段當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器，并通過確定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元PLC由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構(gòu)成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為I/OI/OPLC（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)后4-2圖4-2 PLC掃描工作過程明顯掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個掃描周期只進(jìn)行一次I/OPLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對I/O的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進(jìn)行刷新，這對一般的開關(guān)量把握系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾力氣。這是由于輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，在一個工作周期的大部分時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾經(jīng)常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會實(shí)行高速模塊?？傊琍LC接受掃描的工作方式，是區(qū)分于其他設(shè)備的最大特點(diǎn)之一，PLC4.2 PLC---宋停云與您共享------宋停云與您共享---4.2.1把握特點(diǎn)機(jī)械臂電氣把握系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)把握和手動把握等操作方式。工作方式的選擇可以很便利地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計該機(jī)械臂把握程序的步驟和方法。 4.2.2系統(tǒng)把握示意圖機(jī)械臂傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖4-3所示。圖4-3 機(jī)械臂傳送示意及操作面板圖4.2.3輸入和輸出點(diǎn)支配表及原理接線圖表4-1 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)支配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟 動SB1X0夾緊SB5X10電磁閥下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X2單步上升SB7X12電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X3單步下降SB8X13電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ4X4單步左移SB9X14電磁閥左行YV5Y4停 止SB2X5單步右移SB10X15原點(diǎn)指示ELY5手動操作SB3X6回原點(diǎn)SB11X16連續(xù)操作SB4X7工件檢測SQ5X17---宋停云與您共享------宋停云與您共享---圖4-4 原理接線圖4.2.4操作系統(tǒng)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4-5所示。圖4-5 操作程序圖其原理是：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X6CJ驅(qū)動，則跳到指針P所指P0處，執(zhí)行手動程序。之后，由于X7CJP1（既X6X7常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4.2.5回原位程序回原位程序如圖4-6所示。用S10~S12作回零操作元件。應(yīng)留意，當(dāng)用S10~S19作回零操作時，在最終狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。圖4-6 回原位程序圖 4.2.6手動單步操作程序如圖4-7所示。圖中上/下降，左/右移都有聯(lián)鎖和限位疼惜。圖4-7 手動單步操作程序4.2.7自動操作程序圖4-8 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖4-8所示。當(dāng)機(jī)械臂處于原位時，按啟動X0接通，S20Y0X1S21S20S21Y11T0S22Y2X2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1秒。延時時間到，T1接通，狀S26S27X4在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時留意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能毀滅在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為簡潔，可讀性較強(qiáng)。 4.2.8機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖如圖4-9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66671294-5回原位程序和自動操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自---宋停云與您共享------宋停云與您共享---動返回初始態(tài)S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)S2。圖4-9 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖4.2.9指令語句表表4-2 指令語句表結(jié) 論本次設(shè)計的機(jī)械臂能夠?qū)崿F(xiàn)4個自由度的運(yùn)動，能夠?qū)崿F(xiàn)抓取、搬運(yùn)等較簡潔的運(yùn)動。但由于本次設(shè)計的是氣動機(jī)械手，由于平?？吹胶徒佑|的大都是液壓的和電氣驅(qū)動的機(jī)械手，雖然氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動總體來說是大同小異的，但有些參數(shù)和計算還是不同的，所以還是遇到了些困難。在手臂的設(shè)計中由于沒有親眼看到過真正的機(jī)械手臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以有些地方不行能考慮得很周全。但總的來說至少自己努力了，也察看了很多關(guān)于這方面的資料，詢問了老師最終基本上完成了本次設(shè)計，心里還是很興奮的。剛開頭做設(shè)計的時候有些無從下手，一時把握不到要領(lǐng)，經(jīng)過一段時間的摸索最終有了些頭緒，但自己考慮得很簡潔，經(jīng)過幾次與老師的爭辯后才發(fā)覺還有很多沒考慮的地方和不足之處，感覺要搞一個設(shè)計還真不是件簡潔的事。---宋停云與您共享------宋停云與您共享---[1]3,2000,1990.[3]孟繁華.機(jī)器人應(yīng)用技術(shù).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)高校出版社,1989.[4]馬香峰.機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991.[5]趙錫芳.機(jī)器人動力學(xué).上海:上海交通高校出版社,1992.[6]高松海.遙控機(jī)器人.北京:原子能出版社,1981.[7][8]路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊.第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.[9]陳奎生.液壓傳動與氣壓傳動.武漢:武漢理工高校出版社,2001.[10]何存興,張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動.第3版.武漢:華中理工高校出版社,1998.[11]宋學(xué)義.袖珍液壓氣動手冊.重慶:重慶高校出版社,1997.[12]機(jī)械工業(yè)部.中小型電機(jī)產(chǎn)品樣本.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.[13]李發(fā)海.王巖.電機(jī)與拖動基礎(chǔ).北京:清華高校出版社,1994.[14]諸靜.機(jī)器人與把握技術(shù).浙江:浙江高校出版社,1991.[15]熊有倫,