搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_圖文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文報(bào)告搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)機(jī)電一體化班級0903學(xué)生姓名趙永紅學(xué)號100091602指導(dǎo)教師唐亦敏2011年11月搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大,搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及,主要在汽車,電子,機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn),可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率,以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足,滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動及夾緊工件的動作,兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動機(jī)分別通過兩線圈控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、

2、快退、慢退的運(yùn)動運(yùn)動;其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)(SQ1-SQ9產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器,通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號,從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動作,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位;其動作過程包括:下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退;其操作方式包括:回原位、手動、單步、單周期、連續(xù);來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。關(guān)鍵詞:嚙合搬運(yùn)機(jī)械手,可編程控制器(PLC,液壓,電磁閥ABSTRACTAbstract:With the popularity of industrial automation and developm

3、ent,the demand for year-on-year increase of controller,handling the application of robot gradually popularity,mainly in the automotive,electronic,mechanical processing, food,medicine and other areas of the production line or cargo transport,we can be more good to save energy and improve the transpor

4、t efficiency of equipment or products,to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development.The manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased de

5、cline in sports and workpiece clamping action,the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward,slow forward,fast rewind,slow movement back movement;conversion by setting its acti on in various different parts of the trip switch(SQ

6、1-SQ9generated on-off signal transmission to the PLC controller,through the PLC internal different output signal,which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action,the robot can achieve precise positioning;their course of action include:decline in clamping

7、 increased,slow forward,fast forward,slow progress,the extension of,the drop in, relax,rise,slow back,rewind,slow back;its operation,including:Back in situ, manual,single-step,single cycle,continuous;to meet the production requirements of the various operations and maintenance.Key words:handling mec

8、hanical hands,Programmable Logic Controller(PLC, hydraulic,solenoid valve目錄前言 (1第一章機(jī)械手的概況 (21.2機(jī)械手的應(yīng)用意義 (31.3機(jī)械手的發(fā)展概況 (31.4機(jī)械手的發(fā)展趨勢 (41.5PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用 (6第二章搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 (92.1搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動作 (92.2機(jī)械手的控制過程 (92.3機(jī)械手的控制要求 (10第三章搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) (113.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu) (113.2電氣控制的設(shè)計(jì) (113.3操作面板及動作說明 (123.4I/O分配 (12第四章搬運(yùn)機(jī)械手的軟

9、件系統(tǒng)設(shè)計(jì) (144.1梯形圖的總體設(shè)計(jì) (144.2各部分梯形圖的設(shè)計(jì) (14第5章結(jié)論 (21附錄 (22謝辭 (27參考文獻(xiàn) (28前言機(jī)械手: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)人身安全,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)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)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

10、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。機(jī)械手的種類,按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、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;按運(yùn)動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)械手通常用作機(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

11、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)一步發(fā)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。第一章機(jī)械手的概況在現(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。在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法,程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外,還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè),有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化

12、。據(jù)資料介紹,美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有75%是小批量生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體,動作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性自動線。國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面:1.熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動,很久以來就要求實(shí)現(xiàn)自動化。為了提高工作效率,和確保工人的人身安全,尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。2

13、.冷加工方面的應(yīng)用冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用,成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用,成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。3.拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一,促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門,已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等,減輕了勞動強(qiáng)度,提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手,可用以對客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆,以改善勞動條件,提高噴漆的質(zhì)量和效率。近些年,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)

14、、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。1.2機(jī)械手的應(yīng)用意義在機(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,降低生產(chǎn)成本,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、避免人身事故在高溫、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)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè),大大地改善了工人的勞

15、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,可以避免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,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)。1.3機(jī)械手的發(fā)展概況專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)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)用和發(fā)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、氣動等基礎(chǔ)知識,而且

16、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)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視,幾十年來,這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍,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)的發(fā)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,

17、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發(fā)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、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(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)等的快速發(fā)展,機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展?？傊?目前機(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;改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度;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,把接收到的信息反饋,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

18、機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell中重要一環(huán)。1.4機(jī)械手的發(fā)展趨勢目前國內(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)發(fā)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)發(fā)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)地發(fā)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

19、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,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)基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中,工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多,發(fā)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饋能力,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

20、件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此,國外機(jī)械手的發(fā)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,能反饋外界條件的變化,做出相應(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饋控制裝置。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

21、力敏感元件來控制,達(dá)到自動調(diào)整握力的大小。總之,隨著傳感技術(shù)的發(fā)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%的汽車由機(jī)械手裝配?，F(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)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)。1.5PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用1.可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況可編程序控制器(programmable controller,現(xiàn)在一般簡稱為PLC (programmable logic controller,它是以微處理器為基礎(chǔ),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)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)

22、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)格便宜等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、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。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幾乎可以說凡是需要控制系統(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

23、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最基本,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。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

24、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)。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)所不能比擬的。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

25、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。5.PLC在機(jī)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)

26、計(jì)正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動。第二章搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案2.1搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動作本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動搬運(yùn),根據(jù)對機(jī)械手的工藝過程及控制要求分析,機(jī)械手的動作過程如圖21所示: 圖21機(jī)械手的動作周期2.2機(jī)械手的控制過程如圖31所示由A、B兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作,A缸通過一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松,B缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降;由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動。該小車由兩臺電動機(jī)驅(qū)動,一臺是高速,一臺是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)以慢快慢的形式進(jìn)行,返回時(shí)按慢快慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C(jī)械手下方時(shí),工件碰壓行程開關(guān)SQ1

27、,B缸活塞桿伸出,帶動機(jī)械手下降,下降至終點(diǎn)碰壓行程開關(guān)SQ3與機(jī)械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進(jìn),機(jī)械手將工件夾緊;當(dāng)工件夾緊到位時(shí),行程開關(guān)SQ5動作,B缸的活塞桿收進(jìn),把工件提升;當(dāng)工件提升到最高位置時(shí)碰壓行程開關(guān)SQ4,啟動小車慢速右行;當(dāng)小車碰壓行程開關(guān)SQ7時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走;接近終點(diǎn)時(shí)小車碰壓行程開關(guān)SQ8,轉(zhuǎn)為慢速行走;行至右端行程開關(guān)SQ9,小車停止前進(jìn);停留5秒后,B缸活塞桿再次外伸,機(jī)械手下降至終點(diǎn),A缸活塞桿外伸帶動夾鉗松開,將工件放下;然后機(jī)械手上升,小車以慢快慢的形式沿原路返回,恢復(fù)到圖示所示的原點(diǎn)位置。2.3機(jī)械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開

28、關(guān)。分為手動和自動操作,其中自動操作中包括了:單步、單周期、連續(xù);手動操作包括手動和回原位的操作。手動操作:供維修用,即用按鈕對機(jī)械手的每一步動作單獨(dú)控制。例如,當(dāng)選擇手動操作時(shí),按下上升/下降按鈕,機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動作,其它動作以此類推?；卦?當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí),再次通電將操作方式選擇置于回原位位置,按下復(fù)位按鈕,機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行:供試用,即沒按一次啟動按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動作后停止。單周期運(yùn)行:供首次檢驗(yàn)用,當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動按鈕,機(jī)械手自動執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行:正常使用,當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)

29、并按下啟動按鈕時(shí),機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動作。該機(jī)械手在自動工作狀態(tài)時(shí),應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”,并按下返回原位按鈕,對狀態(tài)器進(jìn)行置位,然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除,則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。第三章搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖31所示 圖32:機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置9個(gè)行程開關(guān)SQ1SQ9用于檢測工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài),并對系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關(guān);SQ2為小車原位檢測開關(guān);SQ3、SQ4分別

30、為機(jī)械手下降上升是否到位檢測開關(guān);SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測開關(guān);SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān);SQ9為小車運(yùn)動停止開關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計(jì)包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺電動機(jī),即慢速電機(jī)和快速電機(jī),分別拖動小車慢行和快行,其控制如下:慢速電動機(jī)M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn);快速電動機(jī)M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的,在通電情況下,機(jī)械手松開,得電時(shí)松開,可以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開,工件脫落的情況發(fā)生。3.3操作面板及動作說明根據(jù)控制和生產(chǎn)工

31、藝的要求,控制操作包括手動和自動,手動又包括手動步進(jìn)、回原位操作,自動控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動工作方式下,手動動作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位,故設(shè)置六個(gè)動作看官按鈕。各個(gè)動作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動作指示燈。另外設(shè)有啟動停止按鈕。其操作面板如圖32所示: 圖32機(jī)械手操作面板示意圖3.4I/O 分配I/O 設(shè)備即所需的I/O 點(diǎn)數(shù)如下表所示:信號I/O 設(shè)備I/O 點(diǎn)數(shù)信號I/O 設(shè)備I/O 點(diǎn)數(shù)輸入操作方式選擇旋鈕開關(guān)手動時(shí)運(yùn)動選擇按鈕啟動停止按鈕行程開關(guān)5829輸出交流接觸器控制線圈電磁閥動作指示原點(diǎn)指示4381根據(jù)I/O點(diǎn)

32、的分配要求及考慮10%到15%的I/O裕量,本設(shè)計(jì)PLC采用F160MR36/24型,樣圖見圖3-3所示: 圖33F1-40MR樣圖控制電路設(shè)計(jì)主要是PLC輸入、輸出接線的設(shè)計(jì),其I/O分配如圖34所示。電氣接線圖見附圖 圖34PLC I/O接線控制圖第四章搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械手動控制屬順序控制,故其手動程序采用普通的PLC控制指令控制,自動程序采用步進(jìn)梯形指令控制4.1梯形圖的總體設(shè)計(jì)按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求,在選擇“手動方式”時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動程序;在選擇“回原位”時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原位程序;在選擇自動程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動程序。其中自動程序要在啟動按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。故梯形圖的總體構(gòu)成如圖41所

33、示。 圖41搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成4.2各部分梯形圖的設(shè)計(jì)1.通用部分梯形圖設(shè)計(jì)通用部分梯形圖分為三部分:1.狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器S600在手動方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于“返回原位”(X514接通時(shí),按下復(fù)位按鈕(X507時(shí)被置位,在“手動操作”(X510接通時(shí),S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動做復(fù)位操作,即在方式選擇開關(guān)位于“手動操作”或“返回原位”時(shí),中間狀態(tài)器同步復(fù)位。故初始化梯形圖如圖42所示,(如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作,則不需要M71。 圖42狀態(tài)器初始化梯形圖2.狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動。若機(jī)械手工作在自動工作方式下,當(dāng)初始狀態(tài)器S

34、600被置位后按下啟動按鈕,輔助繼電器M575工作,狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞,即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)程序”時(shí),轉(zhuǎn)換啟動繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一面采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí),從初始狀態(tài)器開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換,故其梯形圖如圖43所示。 圖43狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動梯形圖3.狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器M574并用步進(jìn)梯形指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí),狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換就被自動禁止。在“單周期”工作期間,按下停止按鈕時(shí),M574應(yīng)被激勵(lì)并自保持,操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下停止按鈕時(shí),從現(xiàn)行工步重新開始工作,M574應(yīng)復(fù)位,即重新允許新轉(zhuǎn)換。在“步

35、進(jìn)”工作方式時(shí),M574應(yīng)始終工作,此時(shí),禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但沒按下一次啟動按鈕時(shí),M574斷開一次,允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次。在“手動”工作方式時(shí)禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動方式解除之后,按下啟動按鈕,則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除,M574復(fù)位,。PLC在啟動時(shí),用初始化脈沖M71和M574自保持,以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換,直到按下啟動按鈕。故狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如圖44所示。 圖44狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖通過對37和38的分析可得出:在執(zhí)行“手動操作”和“返回原位”程序時(shí),M575一直不能被接通,而M574長期被接通,(按下啟動按鈕時(shí)除外;執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)沒按一次啟動按鈕,M574斷開一次,M575接通一次,狀態(tài)器轉(zhuǎn)

36、換一次;在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí),按下啟動按鈕,M574斷開,M575接通,狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換可一步一步向下轉(zhuǎn)換,直至按下停止按鈕時(shí),M574自鎖,狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換被禁止,操作停止在現(xiàn)行工序(再次按下啟動按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作;在執(zhí)行“連續(xù)程序”時(shí),M575一直接通到按下停止按鈕,此時(shí)M574一直不能接通。2.手動操作梯形圖手動操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制,可以用常規(guī)繼電器順序方式來設(shè)計(jì)梯形圖?！笆謩硬僮鲿r(shí)”按下放松按鈕時(shí),機(jī)械手卡抓松開,當(dāng)松開放松按鈕時(shí),機(jī)械手卡爪在液壓缸作用下自動加緊并保持;按下上升按鈕,上升輸出Y435保持接通;按下下降按鈕,Y436保持接通;在上限位按下慢進(jìn)按鈕,慢

37、進(jìn)輸出Y430接通,至行程開關(guān)SQ7閉合,小車停止;快進(jìn)、快退、慢退情況同慢進(jìn)。手動操作梯形圖設(shè)置有互鎖,只有在小車處于左限位(即X403閉合或右限位(即X412閉合時(shí)機(jī)械手的上升下降動作才能進(jìn)行,只有當(dāng)機(jī)械手處于下限位(即X404接通機(jī)械手的加緊放松動作才可以手動控制;為了安全,同一個(gè)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時(shí)接通,設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了自鎖開關(guān),防止線圈同時(shí)接通造成的短路。故手動操作時(shí)梯形圖如圖45所示。 圖45手動操作梯形圖3.返回原位梯形圖在“返回原位”狀態(tài)下,“夾緊”與“下降”動作應(yīng)被停止,上限位未動作時(shí),應(yīng)進(jìn)行“上升”;上限位動作時(shí),“右行”動作應(yīng)停止,并左行至左限位位置。故返回原位梯形圖如

38、圖46所示: 圖46返回原位梯形圖4.“自動”狀態(tài)梯形圖圖47表示了機(jī)械手自動工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況,表示了各工步的實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換的條件。在第一次下降工步中,下降電磁閥Y436接通。自下限位置時(shí),X404接通,轉(zhuǎn)換為“夾持”過程;夾持電磁閥Y434復(fù)位,至加緊限位X406接通,轉(zhuǎn)換為上升動作;當(dāng)上限為開關(guān)SQ4閉合,X405接通,小車開始慢進(jìn)動作?？爝M(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動作依次類推,如上所述一步一步按順序驅(qū)動各個(gè)負(fù)載動作,稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。 圖47搬運(yùn)機(jī)械手自動工作流程圖用狀態(tài)器代替自動工作流程圖的各工步,可得到48所示的功能表圖: 圖48搬運(yùn)機(jī)械手自動工

39、作功能表圖根據(jù)圖48所示的自動工作功能表圖,可設(shè)計(jì)出自動操作時(shí)的梯形圖如圖49所示。根據(jù)這一系列梯形圖,按照總體結(jié)構(gòu)圖的形式組合在一起,得到機(jī)械手PLC 控制的梯形圖,其語句表見附錄。 圖49搬運(yùn)機(jī)械手自動工作梯形圖第5章結(jié)論本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于機(jī)加工生產(chǎn),貨物調(diào)運(yùn)等場合。搬運(yùn)機(jī)械手采用PLC控制,體積小,重量輕,控制方式靈活,可靠性高,操作簡單,維修容易。使用該機(jī)械手代替人工搬運(yùn)工件,既安全,又準(zhǔn)確,提高了勞動生產(chǎn)率,保證了工件的質(zhì)量,降低了工人的勞動強(qiáng)度,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性,可以在機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用。本文

40、就設(shè)計(jì)過程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問題提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力,對PLC讀、寫,事件響應(yīng)等通信時(shí)間可進(jìn)行精確的控制,取得了良好的效果.隨著機(jī)械手應(yīng)用的普及,機(jī)械手向著專用化,機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展,機(jī)械手的動作更加靈活多樣,其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展,在PLC控制的過程中,還有許多的問題需要解決,PLC在機(jī)械手開發(fā)中的開發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。附錄語句表步序指令1LD X5142AND X5073S S6004LD X5105R S6006LD X5107OUT F6718K6019OUT F67210K61011OUT F67012K10313LD X5

41、0114AND M57515OR X40016ANI X50117LD X50118OR X51219OR X51320ANB21OUT M57522LD X40523AND X40324ANI Y43425OUT M10026OUT Y54027LD X40028PLS M10129LD X40130AND X50231OR X51132OR X51233OR X51434OR M7135OR M57436ANI M10137OUT M57438LDI X510 39CJP700 40LD L500 41ANI X405 42LD X430 43OR X412 44ANB45ANI Y435

42、 46OUT Y436 47OUT Y530 48LD X500 49ANI X405 50LD X430 51OR X412 52ANB53ANI Y436 54OUT Y535 55OUT Y531 56LD X502 57ANI X407 58AND X404 59OUT Y434 60OUT Y533 61LDI X402 62ANI X406 63AND X404 64OUT Y532 65LD X504 66ANI X410 67ANI X412 68AND X405 69ANI Y431 70OUT Y430 71OUT Y534 72LD X506 73ANI X411 74ANI X403 75AND X405 76ANI Y430 77OUT Y431 78OUT Y535 79LD X530 80ANI X41181AND X405 82ANI Y433 83OUT Y432 84OUT Y530 85LD X505 86ANI X410 87AND X405 88ANI Y432 89OUT Y433 90O