坐標(biāo)式機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 山東技師學(xué)院 目錄第一章 機(jī)械手的原理1 1.1 機(jī)械手的概述1 1.2 機(jī)械手的組成和分類2 1.2.1機(jī)械手的組成 2 1.2.2機(jī)械手的分類 5 1.3 機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 6 1.4 機(jī)械手的主要特點(diǎn)71.5 機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向71.6 機(jī)械手坐標(biāo)形式與自由度選擇8 1.6.1機(jī)械手坐標(biāo)形式選擇8 1.62機(jī)械手自由度選擇81.7 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)9第二章 設(shè)計(jì)要求911 控制要求912 I/O編址并畫出工作框圖1013 編程并調(diào)試1014 I/O端子接線圖10第三章 工藝過程11第四章 操作面板布置12第五章 輸入/輸出端子地址分

2、配13第六章 程序規(guī)劃及編制14第七章 單操作工作的程序15第八章 自動(dòng)操作程序15第九章 PLC外圍端子接線圖19第十章 總結(jié)20參考文獻(xiàn)21 第一章 機(jī)械手的原理1.1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、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)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)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用

3、日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)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”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)

4、品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(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。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。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。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。1.2機(jī)械手的組成和分類1.2.1機(jī)械

5、手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。圖1-1機(jī)械手的組成方框圖Fig.l-1 Pane Chart of Composition of Manipulator(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。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。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

6、時(shí)，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。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。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;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。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)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。吸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。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)

7、壓式和真空泵式。對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。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.2、手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)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(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、

8、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)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(dòng)。手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下:手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件受力狀態(tài)簡單。導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。4、立柱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(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立往通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可

9、移式立柱。5、行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。6、機(jī)座機(jī)座是機(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(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。(二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。(三)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(dòng)的系統(tǒng)。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

10、定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？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(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)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(shí)可對機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(四)位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。1.2.2機(jī)械手的分類工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類

11、。(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:1、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。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加口工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。2、通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型

12、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: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。(二)按驅(qū)動(dòng)方式分1、 液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)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。2、 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。

13、其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。4、電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

14、運(yùn)動(dòng)的機(jī)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。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。(三)按控制方式分1、點(diǎn)位控制它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。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。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)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(gè)移動(dòng)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(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。1. 3機(jī)械手在生產(chǎn)中的作用 機(jī)械手在工業(yè)

15、生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下幾個(gè)方面：（1） 建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線。（2） 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面：a 各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。 b 注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)。 c 沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。1. 4機(jī)械手的主要特點(diǎn) （1）對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長時(shí)間工作對人類有害的場所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就

16、可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 （2）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 （3）由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。 （4）機(jī)械手通用性、靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 5）采用機(jī)械手能明顯的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。1. 5機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向 國內(nèi)外使用的實(shí)際上是定位控制機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸角”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸角”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所

17、需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確的在機(jī)器中定位、定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件，它由視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一種是檢測把握物體手臂的變形，以選擇適當(dāng)?shù)哪芰Γ硪环N是直接檢測指部與物件的滑落位移，來修正握力。 因此這種機(jī)械手具有以下幾方面的性能：（1） 能準(zhǔn)確的抓住方位變化的物體。（2） 能判斷對象的重量。（3） 能自動(dòng)避開障礙物。（4） 抓空或抓力不足時(shí)能檢測出來。 這種具有感知能力并能對感知的信息做出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)

18、械手稱為智能機(jī)械手，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，代替人從事繁重、危險(xiǎn)的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯，至于在汽車業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況不能說是很好的，原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些工業(yè)部門的要求，適合機(jī)械手工作的范圍很狹小，另外經(jīng)濟(jì)性問題也很重要，利用機(jī)械手節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題獲得解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將飛躍發(fā)展。1.6 機(jī)械手坐標(biāo)形式與自由度的選擇1.6.1 機(jī)械手坐標(biāo)形式選擇 機(jī)械手一般包括圓柱坐標(biāo)式、球

19、坐標(biāo)式、直角坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)式。直角坐標(biāo)式機(jī)械手，占用空間大，工作范圍小，慣性大，一般不多用，只有在自由度較少時(shí)才考慮用。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手，占用空間小，工作范圍大，慣性大，結(jié)構(gòu)簡單。多關(guān)節(jié)式機(jī)械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，能抓取底面物體，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以也不多用。球坐標(biāo)式機(jī)械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，所需動(dòng)力小，能抓取底面物體。 由以上敘述可以看出圓柱坐標(biāo)式和球坐標(biāo)式比較適合，但由于圓柱坐標(biāo)式比球坐標(biāo)式在結(jié)構(gòu)方面簡單一些，所以最后決定選擇圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。 圖1 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖1.6.2機(jī)械手自由度選擇1.7 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) 抓重：300N 自由度：4個(gè)

20、 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程（X）：400mm伸縮速度： <250mm/s升降行程（Z）：400mm升降速度： <70mm/s回轉(zhuǎn)范圍： 0°210°回轉(zhuǎn)速度： <90(°)/s手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍： 0°180°回轉(zhuǎn)速度： <90(°)/s位置檢測： 用電位器反饋式重復(fù)定位精度：3mm驅(qū)動(dòng)方式： 液壓驅(qū)動(dòng)（中、低壓系統(tǒng)）控制方式： 可編程控制第二章 設(shè)計(jì)要求圖1 坐標(biāo)式機(jī)械手動(dòng)作原理圖11 控制要求如圖1所示，將物體從位置A搬至位置B機(jī)械手整個(gè)搬運(yùn)過程要求都能自動(dòng)控制。在啟動(dòng)過程中能切換到

21、手動(dòng)控制及自動(dòng)控制或半自動(dòng)控制(又稱單周期控制)，以便對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。圖2是機(jī)械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)之前，機(jī)械手處于原始位置，條件是機(jī)械手在高位左位。 原位夾緊下降上升右移停止左移上升松開下降低位工件延時(shí)高位低位延時(shí)高位左位右位啟動(dòng)如圖2 機(jī)械手控制程序的流程圖（1）動(dòng)作順序：機(jī)械手從原點(diǎn)位置起始下移到A處下限位從A處夾緊物體后上升至上限位右移至右限位機(jī)械手下降至B處下限位將物體放置在B處后上升至上限位左移至左限位（原點(diǎn)）為一個(gè)循環(huán)。 （2）上限、A、B下限、左限、右限分別由限位開關(guān)控制；機(jī)械手設(shè)立起動(dòng)和停止開關(guān)。 （3）機(jī)械手夾緊或松開的工作狀態(tài)以及到達(dá)每一個(gè)工位時(shí)，均應(yīng)有

22、狀態(tài)顯示。 （4）機(jī)械手的夾緊和放松動(dòng)作均應(yīng)有1s延時(shí)，然后上升；機(jī)械手每到達(dá)一個(gè)位置均有0.5s的停頓延時(shí)，然后進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。 （5）若機(jī)械手停止時(shí)不在原點(diǎn)位置，可通過手動(dòng)開關(guān)分別控制機(jī)械手的上升和左移，使之回到原點(diǎn)。 （6）要求循環(huán)120次后自動(dòng)停止工作并警鈴報(bào)警。12 I/O編址并畫出工作框圖13 編程并調(diào)試14 I/O端子接線圖第三章 工藝過程機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈二位電磁閥控制。例如當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)

23、械手上升停止。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松夾緊由一個(gè)單線圈二位電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊，該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保安全，必須在右工作臺(tái)上無工作時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到右工作臺(tái)上的工件尚未搬走時(shí)，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降。機(jī)械手的動(dòng)作過程分解圖3所示。從原點(diǎn)開始，按下起動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上

24、升停止；同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位時(shí)，碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手右移停止。若此時(shí)工作臺(tái)上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電；機(jī)械手放松，放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過8步動(dòng)作完成了一個(gè)周期。 圖3 機(jī)械手動(dòng)作過程分解圖機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為步進(jìn)、單周期和連續(xù)操作方式。

25、手動(dòng)操作：用按鈕對機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行操作控制。例如，當(dāng)選擇上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降；按下停止按鈕，機(jī)械手上升。當(dāng)選擇左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，上下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右移；按下停止按鈕，機(jī)械手左移。當(dāng)選擇夾緊放松運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。 步進(jìn)操作：每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一次動(dòng)作后自動(dòng)停止。 單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。 連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)的、連續(xù)不斷的周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。第四章 操作

26、面板布置 根據(jù)控制要求，需安排一些操作開關(guān)，并設(shè)計(jì)控制箱面板布置圖如圖4圖4 操作面板布置圖圖4中，接通單操作方式。按加載選擇開關(guān)的位置，用啟動(dòng)停止按鈕選擇加載操作，當(dāng)加載選擇開關(guān)打到左右位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右行；若按下停止按鈕，機(jī)械手左行。上述操作可用于使機(jī)械手回到原點(diǎn)。接通步進(jìn)方式。機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，向前操作一步；每按啟動(dòng)按鈕一次，操作一次。接通單周期操作方式。機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)操作一個(gè)周期。接通連續(xù)操作方式。機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，連續(xù)執(zhí)行自動(dòng)周期操作，當(dāng)按下停止按鈕，機(jī)械手完成此周期后自動(dòng)回到原點(diǎn)并不再動(dòng)作。第五章 輸入/輸出端子地址分配該機(jī)械

27、手控制系統(tǒng)所采用的PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200CPU224，圖5是S7-200CPU224輸入/輸出端子地址分配圖。該機(jī)械手控制系統(tǒng)共使用了14個(gè)輸入點(diǎn)，6個(gè)輸出點(diǎn)。圖5 機(jī)械手的輸入/輸出接線圖第六章 程序規(guī)劃及編制 為了在程序中安排機(jī)械手控制系統(tǒng)單操作、步進(jìn)操作、自動(dòng)操作等功能程序，規(guī)劃程序整體結(jié)構(gòu)如圖6所示圖6 機(jī)械手控制系統(tǒng)整體程序圖若選擇單操作工作方式，I0.7斷開，接著執(zhí)行單操作程序。單操作程序可以獨(dú)立于自動(dòng)操作程序，可另行設(shè)計(jì)。在單周期工作方式下，可執(zhí)行自動(dòng)操作程序。在步進(jìn)工作方式下，執(zhí)行步進(jìn)操作程序，按一下按鈕執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，并按規(guī)定順序進(jìn)行。在需要自動(dòng)操作方式時(shí)，中

28、間繼電器M1.0接通。步進(jìn)工作方式，單操作工作方式和自動(dòng)操作方式，都用同樣的輸出繼電器第七章 單操作工作的程序如圖7是實(shí)現(xiàn)單操作工作的梯形圖程序圖7 機(jī)械手單操作梯形圖為避免發(fā)生誤動(dòng)作，插入了一些連鎖電路。例如，將加載開關(guān)扳到“左右”檔時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右行；按下停止按鈕，機(jī)械手向左行。這兩個(gè)動(dòng)作只有當(dāng)機(jī)械手處在上限時(shí)才能執(zhí)行。將加載開關(guān)扳到“夾/松”檔，按下啟動(dòng)按鈕，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；按下停止按鈕，松開。將加載開關(guān)扳到“上/下”檔，按下啟動(dòng)按鈕，下降；按停止按鈕，上升。第八章 自動(dòng)操作程序如圖8是機(jī)械手自動(dòng)操作功能圖，圖9是與之對應(yīng)的梯形圖圖8 自動(dòng)操作順序功能圖圖9 自動(dòng)操作梯形圖PLC

29、由STOP轉(zhuǎn)為RUN時(shí)，初始脈沖SM0.1對狀態(tài)進(jìn)行初始復(fù)位。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，將狀態(tài)繼電器S0.0置1，這是第一步。按下啟動(dòng)按鈕后，置位狀態(tài)繼電器S0.1，同時(shí)將原工作狀態(tài)繼電器S0.0清零，輸出繼電器Q0.0得電，Q0.5復(fù)位，原點(diǎn)指示燈熄滅，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S0.2置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.1清零，輸出繼電器S0.0復(fù)位，Q0.2置1，于是機(jī)械手停止下降，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；定時(shí)器T37開始計(jì)時(shí)，延時(shí)1.7s后，接通T37動(dòng)合觸點(diǎn)將狀態(tài)繼電器S0.3置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.2清零，而輸出繼電器Q0.1得電，執(zhí)行上升動(dòng)作。由于Q0.2已經(jīng)被置1，夾緊動(dòng)作繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)上升到上限位時(shí)，I0.2接通，將狀態(tài)繼電器S0.4置1，同時(shí)將繼電器S0.3清零，Q0.1失電，不再上升，而Q0.3得電，執(zhí)行右行動(dòng)作。當(dāng)右行至右限位時(shí)，I0.3接通，Q0.3失電，機(jī)械手右行停止，若此時(shí)I0.5接通，則將狀態(tài)繼電器S0.5置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.4清零，而Q0.0再次