多關(guān)節(jié)工業(yè)機械手設(shè)計
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工業(yè)
機械手
設(shè)計
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多關(guān)節(jié)工業(yè)機械手設(shè)計,關(guān)節(jié),工業(yè),機械手,設(shè)計
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1 鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 多關(guān)節(jié)工業(yè)機械手設(shè)計 李興明 班 級 電氣 911 專 業(yè) 電氣自動化 所 在 系 機電系 指導(dǎo)老師 靖文 完成時間 2011 年 12 月 19 日至 2012 年 5 月 20 日 2 摘 要 隨著社會和科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動，逐漸演變成自動化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無法完成某些生產(chǎn)過程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具 機械手。與此同時也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動，在這些生產(chǎn)活動中，有些是屬于高危險的，對人體傷害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類工作，機械手則正好適應(yīng)這類工作。 在當今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在 一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復(fù)性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。 機械手是模仿著人手部的部分動作，按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置 。本設(shè)計選擇西門子 列 計出完整的多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)。硬件部分介紹了利用 行控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟；軟件部分闡述了程序設(shè)計思路，并給出部分梯形圖。 本系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)線上，利用機械手執(zhí)行傳遞軸承等動作。 關(guān)鍵詞 ： 多關(guān)節(jié)； 控制系統(tǒng)設(shè)計； 2 s of a of of to so in to to of of a in to to is is to of In s to as an of in a a at of of is to a of to of 7LC to a LC of of in as of 3 目錄 摘 要 . 1 目錄 . 3 1. 概述 . 4 多關(guān)節(jié)機械手簡介 . 4 多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)的功能要求 . 5 2. 系統(tǒng)總設(shè)計 . 8 多環(huán)節(jié)機械手的機械結(jié)構(gòu) . 8 多關(guān)節(jié)機械手的工作原理 . 9 3. 硬件系統(tǒng)配置 . 12 型 . 13 I/O 資源配置 . 13 其他資源配置 . 14 4. 軟件系統(tǒng)設(shè)計 . 16 總體流程設(shè)計 . 16 各個模塊梯形圖設(shè)計 . 18 5. 安裝調(diào)試方面的問題 . 30 6. 致謝 . 32 參考文獻 . 33 4 1. 概述 多關(guān)節(jié)機械手簡介 隨著我國工業(yè)自動化水平的不斷提高，在機械加工與制造領(lǐng)域，以及各種裝配與 包裝自動化生產(chǎn)線上，機械手的應(yīng)用已相當普遍。機械手通常擔負著上料、下料，搬動或裝卸零件的重復(fù)動作等，以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。由于 序控制具有系統(tǒng)簡單、可靠、控制靈活方便等特點，而且 誕生之日起，最基本，最普遍的應(yīng)用領(lǐng)域就是在工業(yè)環(huán)境下的順序控制，因此，基于 序控制的機械手在工業(yè)自動化領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。 機械 手 也被稱為自動手 ， 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現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而 廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活 性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有 2 3 個自由度。 多關(guān)節(jié)機械手指的是利用關(guān)節(jié)連接兩個相鄰的剛體，關(guān)節(jié)提供連桿之間的相對運動，在這個機構(gòu)中，關(guān)節(jié)多是其中的一個特點，正是由于關(guān)節(jié)多，所以它的抓握功能遠遠強于傳統(tǒng)的夾鉗式等機械手。它可以完成對不同形狀，不規(guī)則工件的抓握。多關(guān)節(jié)機械手有多種結(jié)構(gòu)，其中最理想的也是應(yīng)用最多的就是類似于人手的機構(gòu)，這樣的機構(gòu)能模擬人手抓握的情況。與傳統(tǒng)機械手相比，多關(guān)節(jié)機械手具有動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過 5 集體和工件機械之間 的障礙物進行工作等優(yōu)點。 多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)的功能要求 在機械行業(yè)中，大部分產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線不是采用人工裝配的形式就是采用傳統(tǒng)的繼電器式的控制系統(tǒng)，公認的勞動強度大，產(chǎn)品質(zhì)量不易保證，同時繼電器經(jīng)過長期使用后，容易發(fā)生故障，維修工作量大，而且生產(chǎn)控制靈活性差、控制過程復(fù)雜、控制過程不易改變。在裝配線上采用 制多關(guān)節(jié)機械手可以完成精確定位的要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的工作量，由于 程簡單、組合靈活、可靠性高、控制靈活性高，可根據(jù)控制流程的不同，方便地改變控制順序來滿足工藝要求。 軸承 裝配是軸承生產(chǎn)過程中的最后且極為重要的環(huán)節(jié)，而軸承壓蓋機則是裝配線上較為復(fù)雜的部分。本課題講述的是利用多關(guān)節(jié)機械手在一個軸承裝配線上，通過 制機械手的動作，完成取軸承、加蓋及轉(zhuǎn)移工件，最后控制壓蓋機完成壓蓋的整個過程。如圖 1 所示為某一生產(chǎn)線上機械手的工作示意圖。 圖 1 機械手的工作示意圖 該機械手在生產(chǎn)線上的主要任務(wù)是，將軸承從傳送帶 1 轉(zhuǎn)移到傳送帶 2 上，然后將蓋放置于軸承之上，最后經(jīng)過壓蓋機加工，完成呢個軸承裝配的一部分加工。整個工作過程機械手包括以下動作： 6 手臂上升 手臂下降 手爪抓緊 手爪放松 手臂左旋 手臂右旋。 多關(guān)節(jié)機械手完成以上動作主要是通過機械控制來實現(xiàn)的，即利用 制電動機的轉(zhuǎn)動和電磁閥的通斷，電動機的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動機械手臂的左右旋轉(zhuǎn)，電磁閥驅(qū)動氣缸的升降控制手臂的上升和下降，多關(guān)節(jié)機械手的工作過程如圖 2 圖 2 多關(guān)節(jié)機械手簡單工作過程示意圖 （ 1）手臂上升：使機械手相對工作臺向上移動，提高它的高度，以滿足抓取工件的高度要求。 （ 2）手臂下降：使機械手相對于工作臺向下移動，降低它的高度，以滿足放置工件的高度要求。 （ 3）手爪抓緊：使多關(guān)節(jié)機械手抓緊工件，以便完成工件抓起的要求 。 （ 4）手臂放松：使多關(guān)節(jié)機械手放松工件，以便完成工件松開的要求。 （ 5）手臂左旋：使機械手在不改變高度的情況下，相對于工作臺向左旋轉(zhuǎn)，以便完成工件移動的要求。 （ 6）手臂右旋：使機械手在不改變高度的情況下，相對于工作臺向右旋轉(zhuǎn)，以便完成再次抓取工件的要求。 由于 抗干擾能力強，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制人物，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以，以及從經(jīng)濟角度考慮，設(shè)計出如圖 3 所示的多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)的功能圖。 對于機械手部分，在上文已作過比較詳細的介紹，在電氣柜中，主要將一些儀器、儀表 置之其中，既減少外界工業(yè)環(huán)境的影響，又方便檢測、維修。電氣控制柜結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，電氣柜中的部分線路與機械結(jié)構(gòu)連接，通過繼電器、電磁閥等器件對電動機、氣缸等進行控制，還有一部分與控制臺的按鈕連接。 在電氣柜內(nèi)部，需要安裝一些顯示儀表及一些驅(qū)動轉(zhuǎn)換電路板，這些儀器表用來顯示和調(diào)試機械手基本參數(shù)，例如，電流，電壓。電路板則用于轉(zhuǎn)換、放大 7 各類傳感器的信號，并用 控制信號驅(qū)動外部的機械結(jié)構(gòu)，例如，氣缸等設(shè)備。 圖 3 多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)的功能原圖 圖 4 電氣柜的結(jié)構(gòu) 8 2. 系統(tǒng)總設(shè)計 多關(guān)節(jié)機械手主要 包括兩個方面：一個是機械方面的設(shè)計；另一個就是電氣控制方面的設(shè)計。這兩個方面既相互獨立，又有很多聯(lián)系，在設(shè)計機械結(jié)構(gòu)的時候不僅需要電器部分是否能夠?qū)崿F(xiàn)，而且也需要考慮是否存在加工時的問題；在設(shè)計電氣部分時，也需要考慮是否有這樣的機械機構(gòu)能夠滿足要求。 多環(huán)節(jié)機械手的機械結(jié)構(gòu) 多指多關(guān)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)是最理想的機器人手爪 ,其每個手指的各個關(guān)節(jié)都各有一臺獨立的電機驅(qū)動 ,并配有傳感和控制系統(tǒng) ,使手爪能完全模擬人手動作。 下面介紹的是一種目前常用設(shè)計且設(shè)計比較成熟的機械手，簡略描述機械手幾個關(guān) 鍵部分的設(shè)計過程。 多關(guān)節(jié)機械手機座的設(shè)計 該機械手主要由機座和手臂兩部分組成。幾座的主要任務(wù)是支撐和完成手臂回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)其在摸個空間的運動。電動機固定在基座上，機座和大臂由轉(zhuǎn)動靈活的交叉轉(zhuǎn)子軸承連接，大臂的上端關(guān)節(jié)用于支撐小臂。 機座的外形采用方形機構(gòu)，電動機固定在機座上，通過諧波減速器把動力傳送到固定在大臂上的齒輪，帶動大臂在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)。 多關(guān)節(jié)機械手臂關(guān)節(jié)的設(shè)計 此機械手臂的動力靠同步帶傳遞，他的運動通過臂關(guān)節(jié)的擺轉(zhuǎn)來進行，為保證同步帶傳輸?shù)倪B接性和關(guān)節(jié)的正常擺轉(zhuǎn)。 當手 臂運動到所需要的位置時，通過控制器使電磁鐵帶電，離合齒受到吸引力向右轉(zhuǎn)動而脫離，并于牙嵌盤嚙合；同時制動器張之洞，使整個手臂在制動器的作用下達到平衡，關(guān)節(jié)停止擺轉(zhuǎn)，手臂停止在所需要的位置上。 多關(guān)節(jié)機械手的平衡系統(tǒng)設(shè)計 除了機械手的結(jié)構(gòu)以外，機械手的平衡設(shè)計也很重要。由于在機械手的操作 9 過程呢個中會有回轉(zhuǎn)等動作，此時就需要利用力矩平衡的原理來進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。機器人系統(tǒng)最簡單的平衡方式就是配置平衡，這是一種作為工業(yè)機器人的平衡方式為氣動平衡。在這個機械手中，采用同步帶將動力傳遞給各關(guān)節(jié)，為了保證手臂 的精確定位和平穩(wěn)性，在各關(guān)節(jié)處都設(shè)有一個電磁制動平衡系統(tǒng)。 電磁制動平衡系統(tǒng)裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部，其離合齒的離與合隨著控制信號的變化而變動。當電磁鐵得到電時離合齒脫離，同時使制動器制動而平衡手臂，手臂就停止運動。當電磁鐵失電時離合齒在彈簧力的作用下嚙合，同時制動器打開，手臂恢復(fù)運動。當手臂運動到所需要的位置時，通過控制器使電磁鐵帶電吸引離合器右移，將離合器脫離，使得制動器開始制動，停止關(guān)節(jié)的擺轉(zhuǎn)，令手臂停在設(shè)定的位置上。 多關(guān)節(jié)機械手的工作原理 在此機械手中，電動機被置于機座上，電動機啟動后，通 過諧波減速器將動力傳遞給固定在大臂上的齒輪，帶動大臂在內(nèi)部有圓錐齒輪和帶輪，動力通過齒輪傳到圓錐齒輪和同步帶上，再由同步帶將動力傳給各關(guān)節(jié)，從而帶動機械手爪的運動，完成對工件的操作。 現(xiàn)在研究和應(yīng)用較多的是五指十五關(guān)節(jié)手爪結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 5 10 圖 5 五指十五關(guān)節(jié)手爪結(jié)構(gòu)原理 這個類型的多關(guān)節(jié)機械手，采用的是機器人手爪，每個手指的各關(guān)節(jié)都有一臺相互獨立的直流電動機驅(qū)動，并且每個手指都配有傳感器和控制系統(tǒng)，這樣每個手指的動作都是互不影響的，使手爪能夠模擬人手的動作可以抓取各種形狀的工件。如果抓取的工件形 狀不規(guī)則，工件的中心與手爪的中心不相同，這時就可以利用五個手指相互獨立的特點。它們的彎曲程度可以不同，因此對工件的形狀具有適應(yīng)性。先接觸到工件的手指關(guān)節(jié)由于先收到較大的壓力而無法繼續(xù)壓緊之后，其他未接觸的手指仍然可以繼續(xù)彎曲，直到所有的手指都接觸到物體，因此可以完全抓緊工件，同時由于有傳感器的檢測，所以不會因為抓取工件的抓力太大造成對工件的損害。 多指多關(guān)節(jié)機械手爪抓規(guī)則形狀物體和不規(guī)則形狀物體的工作示意圖如圖 6 11 所示 圖 6 抓握原理示意圖 直流電動機啟動后，通過諧波減速器減速后，帶懂動絲杠 旋轉(zhuǎn)使螺母在導(dǎo)向桿中上下移動，同時落幕的移動帶動連接五個手指的第一指節(jié)運動。五個手指安裝在彈性支座上，同時在彈性支座上還有五根拔桿連接第二指節(jié)上的凹槽，這樣的機械結(jié)構(gòu)可以使第一指節(jié)在運動的時候，使第二指節(jié)圍繞第一、二指節(jié)間的關(guān)節(jié)運動，實現(xiàn)了一個電動機控制多指的要求。同樣在第一指節(jié)的下端裝有固定拔桿與第三指節(jié)的凹槽連接，實現(xiàn)了第三指節(jié)同時隨第一、二指節(jié)的轉(zhuǎn)動而繞第二、三指節(jié)間的關(guān)節(jié)軸運動，從而形成了指節(jié)聯(lián)動的控制結(jié)構(gòu)。 12 3. 硬件系統(tǒng)配置 前兩節(jié)敘述了多關(guān)節(jié)機械手的機械結(jié)構(gòu)，本節(jié)主要根據(jù)上節(jié)所述的功 能要求配置所需要的控制系統(tǒng)，按照終止系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計出如圖 7 所示的控制系統(tǒng)的硬件框圖。在此系統(tǒng)中僅靠 機是無法完成呢個控制要求的，因此擴展了一個 I/O 和兩個模擬量輸入輸出模塊，以及兩個光電開關(guān)和一個可控電動機。 圖 3控制系統(tǒng)的硬件框圖 控制按鈕 傳感器 傳送帶 B 電磁閥 右旋限位開關(guān) 左旋限位開關(guān) 下降限位開關(guān) 右旋限位開關(guān) 光電開關(guān) 抓緊電磁閥 上升電磁閥 下降電磁閥 左旋限位開關(guān) 松開電磁閥 上升限位開關(guān) 13 型 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求并從經(jīng)濟性和可靠性等方面來考慮，選擇西門子 為此多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)的控制主機。在西門子 列 之分。本設(shè)計所用多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)共有 18/個數(shù)字量輸入， 9 個數(shù)字量輸出，共 27 點 I/及程序容量，選擇了 為其主機。 I/O 資源配置 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，對 行 I/O 及其他資源的分配，具體分配如下。 數(shù)字量輸入部分 在這個控制系統(tǒng)中，要求數(shù)字輸入的有急停按鈕、手動 /自動按鈕，以及上、下、左、右限位開關(guān)、光電開關(guān)等共 18 個輸入點，具體分配如表 1 所示。 表 1 數(shù)字輸入地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 輸入地址 輸入設(shè)備 速脈沖輸入 動啟動 停按鈕 升限位開關(guān) 動 /自動 降限位開關(guān) 臂上升 旋限位開關(guān) 臂下降 旋限位開關(guān) 臂左旋 送帶 1 光電開關(guān) 臂右旋 送帶 2 光電開關(guān) 爪抓緊 送帶 2 啟動 爪松開 蓋機啟動 14 模擬量輸入部分 在這個系統(tǒng)中需要采集手指上傳感器的信號，所以擴展了兩個模擬量輸入模塊，一共有 5 個模擬量的輸入，具體分配如表 2 所示。 表 2 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 輸入地址 輸入設(shè)備 感器 1 感器 4 感器 2 感器 5 感器 3 數(shù)字量輸出部分 這個控制系統(tǒng)的外部設(shè)備主要由上升 /下降電磁閥、左旋 /右旋繼電器、抓緊 /松開電磁閥，以及控制傳送帶 2 啟停的繼電器，共 9 個數(shù)字量輸出 ，具體分配如表 3 所示。 表 3 數(shù)字輸出地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 輸出地址 輸出設(shè)備 速脈沖輸出 緊電磁閥 升電磁閥 開電磁閥 降電磁閥 送帶 2 繼電器 旋繼電器 蓋機繼電器 旋繼電器 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的功能除了 其擴展模塊以外，還需要各種限位開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器及編碼盤等儀器設(shè)備。 各種限位開關(guān) 15 在 此系統(tǒng)中，共用了 4 個限位開關(guān)：上升限位開關(guān)、下降限位開關(guān)、左旋限位開關(guān)和右旋限位開關(guān)。限位開關(guān)主要是用來控制機械手在運動過程中的停止時刻和位置。 光電開關(guān) 在傳送帶 1 和傳送帶 2 上各有一個光電開關(guān)，此開關(guān)的作用主要用來指示工件是否到位。傳送帶 1 上的光電開關(guān)并用于檢測工件是否到機械手可操作的工位，若到位則傳送帶 1 停止，等待工件被取走；傳送帶 2 上的光電開關(guān)則置于壓蓋機處，當工件到達壓蓋及時，傳送帶 2 停止，對工件進行壓蓋操作，操作結(jié)束后等待下一個工件。 傳感器 此系統(tǒng)應(yīng)用的是多關(guān)節(jié)機械手 ，由于要適應(yīng)各種形狀的工件，所以要在手指受力的部分安裝壓力傳感器，將壓力值轉(zhuǎn)換為電壓值傳入 后進行判斷，防止抓緊時壓力過大對工件造成損壞。 各種電磁閥 此系統(tǒng)中機械手手臂的上升和下降是用氣缸來實現(xiàn)的，使用一個氣缸、一個電磁閥就能實現(xiàn)手臂的上升和下降，相對利用電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)升降，氣缸控制簡單方便。多關(guān)節(jié)機械手手爪的抓緊和松開共用了四個電磁閥。 （ 1）上升電磁閥：控制氣缸驅(qū)動機械手手臂上升到設(shè)定位置。 （ 2）下降電磁閥：控制氣缸驅(qū)動機械手手臂下降到設(shè)定位置。 （ 3）抓緊電磁閥：控制電 動機使機械手手爪做抓緊動作。 （ 4）松開電磁閥：控制電動機使機械手手爪做松開動作。 各種繼電器 此系統(tǒng)中，傳送帶 2 并不需要時刻連續(xù)的運轉(zhuǎn)傳送，并且也不可能一直連續(xù)地傳送物品，而是根據(jù)機械手的控制系統(tǒng)來控制傳送帶 2 的工作與否，該在什么時候啟動傳送，該在什么時候停止傳送。因此，就必須要在傳送帶 2 的電動機部分裝一個可以控制電動機運轉(zhuǎn)和停止的繼電器，再連接到 控制接觸器，最后達到控制目的。 壓蓋機同樣也不需要時時刻刻工作，因此在壓蓋機附近放置的光電開關(guān)，可 16 以將工作到位的信號傳至 而控制傳 送帶 2 的停止，并且控制壓蓋機在工件到位的情況下工作。 編碼盤 在此系統(tǒng)中，需要對機械手進行精確定位，所以在手臂左右轉(zhuǎn)動的時候，要將電動機反饋的信號同 出的信號相比較，以檢測是否手臂準確到位。 各種按鈕 急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點，按下后旋轉(zhuǎn)復(fù)位；手動 /自動按鈕采用旋鈕，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕采用觸點觸發(fā)方式，按下即接通，松開即復(fù)位。 16 4. 軟件系統(tǒng)設(shè)計 總體流程設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，此機械手工作時的動作有以下幾個步驟。 （ 1）旋鈕置于自動方式，按下啟動按鈕，工作臺開始工作。 （ 2）機械手在氣缸的驅(qū)動下上升至設(shè)定位置，同時傳送帶 1 開始運行。 （ 3）機械手在到達設(shè)定的高度后，手臂開始左旋至設(shè)定位置，同時傳送帶 1上的光電開關(guān)檢測工件是否到位。 （ 4）若傳送帶 1 上的工件到位，則機械手在氣缸上的驅(qū)動下下降至設(shè)定位置；如果工件未到位，則機械手在上限位置等待工件到位。 （ 5）工件到位 后，機械手下降至設(shè)定位置后，機械手爪開始抓緊工件。 （ 6）手爪抓緊工件后，機械手上升至設(shè)定位置。 （ 7）上升到位后，機械手開始右旋設(shè)定位置。 （ 8）手臂右旋到位后，開始下降至設(shè)定位置。 （ 9）下降到位后，手爪松開，放下工件，同時開始計時，時間為 5 秒。 （ 10）放下工件后機械手再次上升至設(shè)定位置。 （ 11）上升到位后，手爪抓緊端蓋。 （ 12）下降至設(shè)定位置，手爪松開將端蓋置于工件之上。 （ 13）定時時間到，傳送帶 2 啟動，將工件送到端蓋處。 （ 14）工件到位，傳送帶 2 停止，壓蓋機工作。 若沒有收到停止信號，則機 械手上升，繼續(xù)重復(fù)步驟（ 2）到（ 14）；若受到停止信號，則停止所有 備，使多關(guān)節(jié)機械手的所有動作停止。 17 根據(jù)機械手動作和要實現(xiàn)的功能，設(shè)計出如圖所示的多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)流程圖。 18 各個模塊梯形圖設(shè)計 當軟件總體流程圖設(shè)計完成之后，就需要對各個控制系統(tǒng)進行分解細化，這樣在程序編寫時就會簡介明了，最后聯(lián)合起來調(diào)試時也便于發(fā)現(xiàn)問題。當控制過程特別復(fù)雜的時候采用模塊化設(shè)計，就顯得尤為重要。采用模塊化的設(shè)計，調(diào)試時先調(diào)試摸個模塊的功能，可以及早發(fā)現(xiàn)問題，到最后聯(lián)調(diào)時若出現(xiàn)問題 就可以很快找出原因及時解決。程序中用到的元件及設(shè)置如表 4 所示 表 4 元件設(shè)置 編號 意義 內(nèi)容 備注 停標志 效 動標志 效 動標志 效 械手上升標志 效 臂左旋標志 效 械手下降標志 效 爪抓緊工件狀態(tài) 效 械手上升標志 效 臂右旋標志 效 械手 下降標志 效 抓松開工件標志 效 械手上升標志 效 爪抓緊端蓋標志 效 械手下將標志 效 爪松開端蓋標志 效 送帶 2 啟動狀態(tài) 效 19 蓋機啟動狀態(tài) 效 個循環(huán)結(jié)束后等待時間 效 # 傳感器值存儲單元 效 # 傳感器值存儲單元 效 # 傳感器值存儲單元 10 1s # 傳感器值存 儲單元 # 傳感器值存儲單元 取工件的標志壓力值存儲單元 取端蓋的標準壓力值單位 由于機械手的控制過程是按順序執(zhí)行的，所以在程序編寫的時候采用順序控制指令。多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖如圖 8 所示 20 21 圖 8（ a）多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 22 23 圖 8（ b）多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 圖 8（ c）多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 24 圖 8（ d）多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 25 圖 8（ e）多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 26 27 圖 8（ f）多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 圖 8（ g）多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 28 如圖 7 所示的是控制系統(tǒng)的主程序，圖 7（ a）所示中主要是對高速計時器和高速脈沖輸出指令進行初始化。對于高速計時器，選用高速計時器 作方式為模式 0，輸入口為 置 功能為：復(fù)位和啟動輸入信號都是高電位有效、 4 倍計數(shù)頻率、技術(shù)方向為增計數(shù)、預(yù)設(shè)脈沖數(shù)為 10000 個、允許更新雙子和執(zhí)行 令。 對于高速脈沖輸出控制，設(shè)置為脈沖輸出方式，輸出口為 沖的輸出設(shè)置為多段管線輸出，本例中采用三段輸出，寫控制字到特定存儲器中，完成設(shè)置的功能為：時間 基準為 、不允許更新周期和脈沖數(shù)。由于是多段輸出，所以還需要建立包絡(luò)表，對 3 段的脈沖周期，數(shù)量進行設(shè)置，多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)多段脈沖輸出梯形圖如圖 8 所示。手臂的左右旋轉(zhuǎn)采用步進電動機進行控制是為了提高定位的精度，所以需要用到高速計數(shù)器和高速脈沖輸出，對發(fā)出的脈沖數(shù)和接收到的脈沖數(shù)進行比較，如果相等，則定位準確，如果兩者有偏差，則補發(fā)脈沖，最后到達設(shè)定的位置上。 29 30 圖 9 多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 31 圖 10 (a) 多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)梯形圖 值 1 處理子程序梯形圖 圖 10（ b) 多關(guān)節(jié)機 械手控制系統(tǒng)梯形圖 值 2 處理子程序梯形圖 如圖 8 表示的是對步進電動機的脈沖輸出控制，本例采用 3 段脈沖輸出，由于步進電動機本身的特性啟動頻率不宜太高，所以在啟動階段輸出的脈沖周期為500周期逐步減少，緩慢提高其輸出脈沖頻率；在第二階段，輸出脈沖周期為 50這個階段手臂的移動式最快的，當快到達設(shè)定位置的時候，同樣不可以突然使頻率降低到 0，需要逐漸降低脈沖的頻率值，所以第三階段的脈沖周期為 200動機逐步減速，到達設(shè)定位置后能可靠停止。 如圖 9 所示多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng) 傳感器值 1 處理子程序梯形多關(guān)節(jié)機械手控制系統(tǒng)傳感器值 2 處理子程序梯形圖，都是針對傳感器采集到的值傳到 于機械手爪在每次加工過程中，都需要移動兩個工件，對于不 32 同的工件，手爪的力度是不同的，為了防止抓緊力
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