機(jī)電設(shè)備維修與管理畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、機(jī)電設(shè)備管理畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目: 機(jī)械手的plc控制設(shè)計(jì) 助學(xué)院校: 河南理工大學(xué) 自考助學(xué)專業(yè): 機(jī)電設(shè)備與管理 姓 名: 張聰 自考助學(xué)學(xué)號(hào): 040213200704 成 績(jī): 指導(dǎo)教師簽名: 河南理工大學(xué)成人高等教育2o 年 月 日摘 要機(jī)械手是能夠模仿人手動(dòng)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(dòng)化裝置，它能部分的代替人的手工勞動(dòng)。較高級(jí)型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動(dòng)作，完成較復(fù)雜的作業(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(dòng)條件，顯著的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁

2、重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高 勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁，單調(diào)的操作，如果沒(méi)有機(jī)械手那么工人的勞動(dòng)強(qiáng)度是很高的，有時(shí)候還要用行車員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機(jī)械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。關(guān)鍵詞： 機(jī)械化 自動(dòng)化 有效 勞動(dòng)強(qiáng)度abstractmanipulator is to be able to imitate manpower movement, and according to set program, locus and re

3、quirement substitute manpower to grab (inhale), take things or tool or the automation installation that operated， it can be partial to. industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level. industrial produc

4、tion often appears in the heavy work frequently, handling and long-term operation, if not drab robots that labor intensity is high, sometimes even with employees, driving speed greatly retard, this kind of circumstance using manipulator is very effective. in addition, it can be in high temperature,

5、low temperature, water, the universe, reflective and other toxic, environmental pollution condition on the operation. more show its superiority, has broad prospects. keywords：improvement mechanization automation effectivelabor intensity 目錄摘 要iabstractii緒 論1第一章 機(jī)械手基本知識(shí)11.1 機(jī)械手的基本概念11.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)11.3 可編程

6、控制器（plc）的歷史與發(fā)展趨勢(shì)21.3.1 可編程控制器(plc)的歷史21.3.2 可編程控制器的發(fā)展與趨勢(shì)31.4 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn)41.4.1 plc的基本功能41.4.2 plc的特點(diǎn)61.5 plc的分類6第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)82.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)的目的82.2 機(jī)械手設(shè)計(jì)的原理82.3 機(jī)械手的用途9第三章 機(jī)械手分選大小球設(shè)計(jì)103.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書原始資料103.1.1 目的103.1.2 任務(wù)103.2 硬件圖123.3 i/o分配表133.4 plc狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖153.5 梯形圖163.6梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表203.7 機(jī)械手的操作指南26第四章 總結(jié)27致 謝2

7、8參考文獻(xiàn)30ii緒 論工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。我設(shè)計(jì)的機(jī)械手則是簡(jiǎn)單的前后上下運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有多個(gè)自由度

8、旋轉(zhuǎn)。機(jī)械手的設(shè)計(jì)構(gòu)想是以人的手為基礎(chǔ)，以機(jī)械拉來(lái)實(shí)現(xiàn)人的動(dòng)作，它的動(dòng)作由以下三部分來(lái)實(shí)現(xiàn)： 1、肩的前后動(dòng)作 2、肘的上下動(dòng)作 3、腕(手)的動(dòng)作控制系統(tǒng)采用西門子plc控制。運(yùn)動(dòng)形式:動(dòng)力上下、左右兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，均由兩個(gè)液壓伺服系統(tǒng)控制兩個(gè)系統(tǒng)均為具有位置及動(dòng)壓反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)闡述了應(yīng)用微型可編程控制器西門子系列plc的自動(dòng)分揀大小球控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了學(xué)習(xí)中講述的可編程控制器（plc）的多方面的設(shè)計(jì)知識(shí)和方法，再加上步進(jìn)電機(jī)兩者巧妙的配合精確的實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手從原點(diǎn)的下降、判斷、吸球、上升、右行、下降、釋放、上升、左行、回原點(diǎn)等一系列的動(dòng)作完成這一工序。這一控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

9、，充分體現(xiàn)了plc系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，以及根據(jù)設(shè)計(jì)和不同的需求改變數(shù)據(jù)和狀況，還可以使其應(yīng)用的范圍更加廣泛。29第一章 機(jī)械手基本知識(shí)1.1 機(jī)械手的基本概念機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)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)迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：(1)機(jī)床加工

10、工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)組裝零部件。(3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。(4)可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。(5)宇宙及海洋的開發(fā)。(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。1.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)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(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)

11、或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，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(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按

12、運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可以分：機(jī)械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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(méi)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)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。 1.3 可編程控制器（plc）的歷史與發(fā)展趨勢(shì)1.3.1

13、 可編程控制器(plc)的歷史可編程控制器（progremmable controller,pc）是進(jìn)幾年迅速發(fā)展并得廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。早年的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程順序邏輯控制器（programmable logy controller）.這時(shí)的plc基本上是（硬）繼電器控制裝置的替代物，主要用于實(shí)現(xiàn)原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)、記數(shù)等功能。國(guó)際電工委員會(huì)（iec）與1987年2月在頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其一步定義為：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯

14、運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。20世紀(jì)70年代，微處理器的出現(xiàn)使plc發(fā)生了巨變。美國(guó)、日本、德國(guó)等一些廠商先后開采用微處理器作為plc的cpu，這樣使plc的功能大大的增強(qiáng)。20世紀(jì)80年代，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展微處理器價(jià)格大幅下跌，使得各種類型的plc所采用的cpu的檔次譜偏提高，一般采用16位和32位的cpu。目前，世界上約有200家plc生產(chǎn)廠家。其中，美國(guó)的（rockwell）、(ge)，德國(guó)的西門子（siemems）,法國(guó)的施耐德（schmeider）, 日本的三菱，歐姆龍（omron）還有我國(guó)江

15、蘇嘉華，他們從只有幾十個(gè)點(diǎn)（i/o總點(diǎn)數(shù)）的微型plc到上萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的巨型plc?？梢灶A(yù)見(jiàn)plc將會(huì)是電氣控制裝置的主要控制元件。1.3.2 可編程控制器的發(fā)展與趨勢(shì)由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的多樣性，今后幾年的plc技術(shù)將圍繞如下幾個(gè)方面發(fā)展。（1）進(jìn)一步加快cpu的處理速度。全面使用高速cpu芯片和24位、32位、64位rist芯片；采用新型體系結(jié)構(gòu)，工作方式使掃描和中斷并存；各種模塊自能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可以使速度達(dá)到ns級(jí)。（2）變革操作控制方式。大量使用中斷驅(qū)動(dòng)方式，以增加對(duì)輸入/輸出（i/o）的快速反應(yīng)能力。（3）發(fā)展自能化模塊。自能化模塊主要有：通信模塊、位置控制

16、模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與控制模塊、數(shù)/模（d/a）轉(zhuǎn)換模塊、pid控制模塊及一些自能化i/o模塊。（4）進(jìn)一步提高可靠性。plc將在硬件上采用多cpu的容錯(cuò)系統(tǒng)，軟件上開發(fā)更加高級(jí)的診斷程序，以及發(fā)展軟件的容錯(cuò)技術(shù)，增強(qiáng)plc的自診斷和外部故障檢測(cè)功能等。在plc線路中采用隔離技術(shù)防止外部高壓的竄入；采用濾波技術(shù)，可以有效抑制高頻干擾信號(hào)；還設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來(lái)，從而起到自動(dòng)恢復(fù)作用。1.4 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn)1.4.1 plc的基本功能（1）邏輯控制功能邏輯控制功能實(shí)際上就是位處理功能，是可編程控制器的最基本的功能之一。plc設(shè)置有“與”、“或”、“非”等

17、邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場(chǎng)（開關(guān)、按扭或其他傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。因此plc中一個(gè)邏輯位的狀態(tài)可以無(wú)限次地使用，邏輯關(guān)系的修改變更也十分方便。（2）定時(shí)控制功能plc中用戶提供使用的定時(shí)器，定時(shí)器的設(shè)定值（定時(shí)時(shí)間）可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。（3）記數(shù)控制功能plc為用戶提供了很多計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器到某一定值時(shí)（設(shè)定值），產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，利用該信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的記數(shù)控制。plc將根據(jù)用戶用計(jì)數(shù)器指令指定的計(jì)數(shù)器對(duì)某個(gè)控制信號(hào)的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以完成對(duì)

18、某個(gè)工作過(guò)程的計(jì)數(shù)控制。（4）步進(jìn)控制功能plc為用戶提供了若干個(gè)狀態(tài)器，可以實(shí)現(xiàn)由時(shí)間、技術(shù)和其他指定邏輯信號(hào)為轉(zhuǎn)移條件的步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件滿足時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。（5）數(shù)據(jù)處理功能大部分plc都有數(shù)據(jù)處理功能，可實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、譯碼等操作。（6）過(guò)程控制功能有些plc具有a/d、d/a轉(zhuǎn)換功能方便地對(duì)模擬量的控制調(diào)節(jié)。（7）通信聯(lián)網(wǎng)功能有些plc采用通信技術(shù)，可以多臺(tái)plc之間的同位鏈接、plc與計(jì)算機(jī)之間的通信等。（8）監(jiān)控功能plc設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。操作人員利用編程器或監(jiān)視器可對(duì)plc的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。利用編程器可以調(diào)整定時(shí)

19、器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并根據(jù)需要改變plc內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護(hù)提供極大的方便。（9）停電記憶功能plc內(nèi)部的部分存儲(chǔ)器所使用的 ram 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池），以保證斷電后這部分存儲(chǔ)器中的信息不會(huì)丟失。（10)故障診斷功能plc可對(duì)系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行。1.4.2 plc的特點(diǎn)plc作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步，其領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備

20、控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越，今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，主要特點(diǎn)有：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)工廠環(huán)境。1.5 plc的分類plc的種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。因此，plc的分類并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實(shí)現(xiàn)的功能大致地分類。1. 按結(jié)構(gòu)形式分類plc按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分整體式和模塊式。（1）整體式plc 整體式plc的 cpu、存儲(chǔ)器、i/o 安裝在同一機(jī)體內(nèi)（如三菱的fx系列）。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低。適用于嵌入控

21、制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機(jī)控制。（2）模塊式plc 組合式plc為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽，每個(gè)總線槽上可安裝一個(gè)plc模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。配置靈活、組裝方便、擴(kuò)展容易。2.按i/o點(diǎn)數(shù)和功能分類i/o的點(diǎn)數(shù)是衡量plc 控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒蚿lc、中型plc和大型plc.（1）微型plc i/o點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)（2）小型plc i/o點(diǎn)數(shù)在64-256點(diǎn)之間。（3）中型plc i/o點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)512點(diǎn)之間。（4）大型plc i/o點(diǎn)數(shù)在5128192之間。（5）超大型plc 大于8192點(diǎn)3.按控制實(shí)現(xiàn)的功能分類按照plc所能實(shí)現(xiàn)的

22、功能不同，可以把plc大致地分為低檔plc、中檔plc和高檔plc三類第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)的目的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)是為了培養(yǎng)從事機(jī)械設(shè)計(jì)、制造行業(yè)的人才而開設(shè)的專業(yè)。而工業(yè)機(jī)械手課程設(shè)計(jì)不僅培養(yǎng)設(shè)計(jì)者對(duì)機(jī)械的認(rèn)識(shí)、運(yùn)用能力, 而且-液壓、氣壓、電氣傳動(dòng)及單片機(jī)、plc、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識(shí)。主要是通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力、擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和幫助學(xué)生培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力，是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。2.2 機(jī)械手設(shè)計(jì)的原理機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理是以人的手為基礎(chǔ)，以機(jī)械拉來(lái)實(shí)現(xiàn)人的動(dòng)作，它的動(dòng)作由以下四部分來(lái)實(shí)現(xiàn)：自由度的旋轉(zhuǎn)、肩的前后動(dòng)作、肘的上下動(dòng)作、腕(手)的動(dòng)

23、作。工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)是基于模組塊系統(tǒng)上的，模組塊系統(tǒng)適合于提高移動(dòng)的速度或特殊類型的工作。在設(shè)計(jì)上考慮維修的簡(jiǎn)單性。維修的人員需要具備一定的資格，應(yīng)能處理一般的機(jī)械設(shè)備的問(wèn)題或通常液壓件的安裝。該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是可以給操作臂一個(gè)信號(hào)的動(dòng)力反饋系統(tǒng)。該工作臂類似一個(gè)伸縮儀。在方位、肩部和肘部上的三個(gè)軸直接控制位置，利用主臂控制速度。在機(jī)械手的操作柄有一個(gè)按鈕來(lái)控制工作頭（降低、翻轉(zhuǎn)、傾斜和抓住的裝置）?？刂葡到y(tǒng)的特性是可以使操縱器以一定的速度和精確性進(jìn)行工作。在工作過(guò)程中，當(dāng)工件過(guò)來(lái)后，將光擋住，此時(shí)相當(dāng)輸入一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)，手開始抓。然后，機(jī)械手開始進(jìn)行上升，轉(zhuǎn)動(dòng)和下降運(yùn)動(dòng)。2.3 機(jī)械手的用途可

24、編程序邏輯控制器（programmable logic controller，plc）是一種適用性強(qiáng)的工業(yè)用控制器，廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)生產(chǎn)線，移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的控制等環(huán)境較惡劣的工業(yè)場(chǎng)合。其工作性能穩(wěn)定，可擴(kuò)展性強(qiáng)，應(yīng)用簡(jiǎn)便。根據(jù)不同的模塊配置，可以進(jìn)行邏輯及算數(shù)運(yùn)算，對(duì)數(shù)字開關(guān)量、模擬量等進(jìn)行控制和采集，同時(shí)具有豐富的總線接口形式，可以利用公開的協(xié)議與不同設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)。在我們所研制的工業(yè)機(jī)械手中，各關(guān)節(jié)由比例閥或開關(guān)閥構(gòu)成開環(huán)液壓控制回路，實(shí)現(xiàn)比例調(diào)速或開關(guān)動(dòng)作，因此我們選用了西門子系列plc作為其控制器。在一些環(huán)境復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是對(duì)于移動(dòng)機(jī)械設(shè)備，控制系統(tǒng)的布線受到諸多限制，操作人

25、員與控制系統(tǒng)的位置安排不方便。因此，具有高度靈活性的無(wú)線遙控 操作系統(tǒng)的應(yīng)用得到了推廣。目前工業(yè)上應(yīng)用的無(wú)線遙控操作系統(tǒng)一般采用無(wú)線電數(shù)字傳輸方式。一些芯片廠商如infineon、micrel、 rf monolithics、melexis、cml、atmel等也都推出了各種適應(yīng)于不同場(chǎng)合和要求的rf芯片。第三章 機(jī)械手分選大小球設(shè)計(jì)3.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書原始資料3.1.1 目的（1）指導(dǎo)學(xué)生從做接線工作開始，最終基本能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)、組建、調(diào)試、維護(hù)一個(gè)典型plc應(yīng)用系統(tǒng)，為學(xué)生即將從事的專業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。（2）機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)是為了培養(yǎng)從事機(jī)械設(shè)計(jì)、制造行業(yè)的人才而開設(shè)的專業(yè)。而工業(yè)

26、機(jī)械手課程設(shè)計(jì)不僅培養(yǎng)設(shè)計(jì)者對(duì)機(jī)械的認(rèn)識(shí)、運(yùn)用能力,而且也增進(jìn)了對(duì)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的了解和認(rèn)知。工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)涉及：機(jī)械設(shè)計(jì)原理、液壓、氣壓、電氣傳動(dòng)及單片機(jī)、plc、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識(shí)。提高學(xué)生對(duì)文獻(xiàn)資料的檢索和信息處理的能力。3.1.2 任務(wù)要求獨(dú)立完成用plc對(duì)機(jī)械手大小球分選設(shè)備的控制。機(jī)械手大小球分選設(shè)備的控制要求如下：（1）題意簡(jiǎn)圖x1左限位y2右行y3左行x2大球右限x3小球右限x4上限位x5下限位y0升y1降吸頭y4大球小球(吸抵小球時(shí))x5動(dòng)作(吸抵大球時(shí))x5不動(dòng)作吸 圖3.1控制系統(tǒng)圖預(yù)備原點(diǎn)狀態(tài)降2st0啟續(xù)吸起1st1升x4上限右行x2大右限吸起1st

27、1升x4上限右行x3小右限降x5下限釋1st2升x4上限左行x1左限x5大球x5小球t0t1t1t2（2）主要工序要求如下：圖3.2主要工序原點(diǎn)狀態(tài)=手臂位于左限位置處+右限位處+手爪釋放。要有手動(dòng)、回原點(diǎn)、多周等3種可選工作方式，多周為自動(dòng)方式。手臂回原點(diǎn)完成后，才能真正切換到自動(dòng)方式。3.2 硬件圖電氣主接線圖如圖3.3.1所示。圖3.3.1電氣主接線圖plc端子接線圖如圖3.3.2所示。圖3.3.2 接線端子圖3.3 i/o分配表1.輸入地址分配表 列出機(jī)械手的輸入分配表，如表3.1所示。 表3.1 輸入地址分配表 輸入端子地址功能說(shuō)明i0.0啟動(dòng)sb1i0.1左限sq1i0.2下限sq

28、2i0.3上限sq3i0.4右限sq4(大、小球)i0.6停止按鈕sb22.輸入地址分配表 列出機(jī)械手的輸出分配表，如表3.2所示。輸出端子地址功能說(shuō)明q0.0下降km1q0.1夾緊yvq0.2上升km2q0.3右移km3q0.4左移km4q0.5原位燈顯示hl1q0.7夾大球燈顯示hl2表3.2 輸出地址分配表 3.4 plc狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖3.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖3.5 梯形圖圖3.5 用基本指令編程實(shí)現(xiàn)大小球分類的梯形圖3.6梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表network 1 / 啟動(dòng)ld m1.7a i0.1ld i0.0oldld m0.0oldan m0.1an i0.6= m0.0network 2 /

29、 機(jī)械手處于原點(diǎn)指示ld i0.1a i0.3an q0.1= q1.0network 3 / 下降到下限位，定時(shí)2秒ld m0.0a i0.2ld m0.1old an m0.2an i0.6= m0.1ton t37 20 network 4 / 2秒過(guò)后，機(jī)械手夾緊小球，并上移ld m0.1a t37ld m0.2oldan m0.3an i0.6= m0.2s q0.1network 5 / 上移到上限位后右移ld m0.2a i0.3ld m0.3oldan m0.4an i0.6= m0.3= q0.3network 6 / 右移到右限位后下降ld m0.3a i0.4ld m0.

30、4oldan m0.5an i0.6= m0.4network 7 / 下降到下限位機(jī)械手放松小球，定時(shí)2秒ld m0.4a i0.2ld m0.5oldan m0.6an i0.6= m0.5ton t38 20r q0.1 1network 8 / 2秒后，機(jī)械手上移ld m0.5a t38ld m0.6oldan m0.7an i0.6= m0.6network 9 / 上移到上限位后左移ld m0.6a i0.3ld m0.7old an m1.0an i0.6= m0.7 = q0.4network 10 / 左移到左限位后，開始大球循環(huán)下降ld m0.7a i0.1ld m1.0o

31、ldan m1.1an i0.6= m1.0ton t39 20network 11 / 定時(shí)2秒后，判定為大球循環(huán)，藍(lán)燈（q0.7)亮ld m1.0a t39ld m1.1oldan m1.2an i0.6 = m1.1s q0.7 1network 12 / 判定為大球后機(jī)械手夾緊并上移ld m1.1a q0.7a t40ld m0.2olda m1.3= m1.2s q0.1 2network 13 / 上移到上限位后右移ld m1.2a i0.3ld m1.3oldan m1.4an i0.6= m1.3= q0.3network 14 / 右移到右限位后下降ld m1.3a i0.4

32、ld m1.4oldan m1.5an i0.6= m1.4network 15 / 下降到下限位后，機(jī)械手放松大球并藍(lán)燈熄滅ld m1.4a i0.2la m1.5old an m1.6an i0.6= m1.5 ton t40 20r q0.1 2r q0.7 1network 16 / 定時(shí)2秒后上移ld m1.5a t40ld m1.6old an m1.7an i0.6= m1.6network 17 / 到達(dá)上限位后左移ld m1.6a i0.3ld m1.7 old an m0.0an i0.6= m1.7= q0.4network 18 ld m0.0o m0.4o m1.0o

33、 m1.4= q0.0network 19ld m0.2o m0.6o m1.2o m1.6= q0.23.7 機(jī)械手的操作指南初始狀態(tài)：機(jī)械手處于左限位(i0.1)上限位(i0.3),紅燈亮(q1.0)（1）按下啟動(dòng)按鈕(i0.0),機(jī)械手在左限位下降（q0.0)。（2）下限位(i0.2)閉合后,定時(shí)器（t37)2秒之后夾到小球,此時(shí)機(jī)械手夾緊(q0.1)上升(q0.2)亮。 （3）上升時(shí),下限位(i0.2)斷開,上限位(i0.3)閉合,夾緊(q0.1)右移(q0.3)亮。（4）上限位(i0.3)斷開,右限位(i0.4)閉合,夾緊(q0.1)下降(q0.0)亮。（5）右限位(i0.4)斷開,

34、下限位(i0.2)閉合,定時(shí)器(t38)2秒之后,將小球放下,放松上升(q0.2)亮。 （6）上升時(shí),下限位(i0.2)斷開,上限位(i0.3)閉合,機(jī)械手向左移動(dòng)(q0.4)亮。 （7）左限位(i0.1)閉合,藍(lán)燈(q0.7)亮,此時(shí)為夾大球指示,同時(shí)斷開左限位(i0.1)上限位(i0.3),下限位(i0.2)閉合,定時(shí)器(t39)2秒之后夾到大球,藍(lán)燈(q0.7)亮,原位燈(q1.0)滅,機(jī)械手下降(q0.0),夾緊(q0.1)上升(q0.2)亮。（8）上升時(shí),下限位(i0.2)斷開,上限位(i0.3)閉合,夾緊(q0.1)右移(q0.3)亮。（9）上限位(i0.3)斷開,右限位(i0.4

35、)閉合,夾緊(q0.1)下降(q0.0)亮。 （10）右限位(i0.4)斷開,下限位(i0.2)閉合,定時(shí)器(t40)2秒之后,將小球放下,放松上升(q0.2)亮。（11）上升時(shí),下限位(i0.2)斷開,上限位(i0.3)閉合,機(jī)械手向左移動(dòng)(q0.4)亮。第四章 總結(jié)機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。對(duì)于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對(duì)所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來(lái)編寫程序。機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及