自動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 電氣工程專業(yè)

自動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科技水平的不斷發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間的需求越來(lái)越大，所以在大規(guī)模的制造業(yè)中，通過(guò)人力來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)，已經(jīng)不足以支撐企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)了，所以為了提高工作效率，同時(shí)也為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，必須盡快實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化，這樣一來(lái)，生產(chǎn)過(guò)程能不能自動(dòng)化，已經(jīng)成為了當(dāng)前需要關(guān)注的首要問(wèn)題。隨著人力勞動(dòng)的減少，工業(yè)機(jī)器人代替其站在了自動(dòng)化生產(chǎn)線上，并且已經(jīng)受到了多個(gè)企業(yè)的認(rèn)可與采用。我們可以看出，在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的制造時(shí)，技術(shù)水平以及機(jī)器人成功后的應(yīng)用頻率，和國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的高低，呈正相關(guān)趨勢(shì)。在一些高溫、高壓等人類無(wú)法工作的特殊環(huán)境下，工業(yè)機(jī)器人就發(fā)揮了自己的作用，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，替人類克服那些在特殊環(huán)境下，無(wú)法完成的困難，同時(shí)解放人類的雙手，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率?，F(xiàn)階段，工業(yè)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)的工作是，像噴繪、焊接、搬運(yùn)這樣要么重復(fù)性強(qiáng)，要么工作難度高的工作，并且在進(jìn)行工作以前，還需要操作人員進(jìn)行示教。此次本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人類型，是一個(gè)三自由度工業(yè)機(jī)器人，它的功能主要是可以運(yùn)輸物料，它的總設(shè)計(jì)，主要有以下四部分構(gòu)成：一、總體設(shè)計(jì)；二、工業(yè)機(jī)械手怎樣組成，及有哪些應(yīng)用；三、對(duì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；四、對(duì)機(jī)械手的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中我們?cè)隍?qū)動(dòng)系統(tǒng)中機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)，為了保證定位的精準(zhǔn)，同時(shí)保證操作簡(jiǎn)單，整體流程不復(fù)雜，便于控制，選用了液壓缸來(lái)進(jìn)行操作。筆者對(duì)控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)也進(jìn)行了分析計(jì)算，為了對(duì)機(jī)械手裝置的控制系統(tǒng)，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，我們這次采用了PLC為核心。使控制系統(tǒng)通過(guò)PLC進(jìn)行控制，這與現(xiàn)如今工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大方向不謀而合。并且，硬件電路與機(jī)械手控制程序的設(shè)計(jì)，必須以工藝流程以及總體設(shè)計(jì)要求，已經(jīng)分析完成的基點(diǎn)上進(jìn)行。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)輔助；專用設(shè)備

AbstractWiththecontinuousprogressofthesocietyandthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologylevel,peopledemandmoreandmoretime,soinlarge-scalemanufacturing,theproductionofproductsbymanpowerhasbeeninsufficienttosupporttheoperationoftheenterprise,inordertoimproveworkefficiency,andensurethequalityoftheproduct,theenterprisemustrealizemechanicalautomationassoonaspossible,andithasbecometheprimaryproblemthatneedstobefocusedatthemoment.Withthedecreaseofhumanlabor,industrialrobotshavereplacedthemontheautomaticproductionlines,andhavebeenrecognizedandadoptedbymanyenterprises.Wecanseethatthenationalindustrialautomationlevelhasadirectimpactonmanufacturingtechnologylevelandapplieddegreeoftheindustrialrobot,Insomespecialenvironments,suchashightemperatureandhighpressure,whichpeoplecannotwork,industrialrobotshaveplayedarole,inthecaseofensuringthequalityofproducts,itcanhelphumanbeingsovercomethedifficultiesthatcannotbeaccomplishedunderspecialcircumstances,andatthesametimefreetheirhandstofurtherimprovelaborproductivity.Atthepresentstage,industrialrobotsaremainlyresponsiblefortaskssuchaspainting,weldingandhandling,whichareeitherhighlyrepetitiveordifficulttowork,andworkinthewayofdemonstrationandteachingreproduction.Inthispaper,athree-degree-of-freedomindustrialrobotisdesigned.Itsmainfunctionistotransportmaterials.Itsoveralldesignismadeupofthefollowingfourparts:thefirstistheoveralldesign;thesecondisthecompositionandapplicationofindustrialmanipulator;thethirdistodesignthemanipulatorhydraulicsystem;andthelastoneistodesignthecontrolsystem.Wedriveofthemanipulatorinthedrivesystem,inordertoguaranteetheprecisionofpositioning,atthesametimetoensuretheoperationissimple,theoverallprocessisnotcomplicated,andeasytocontrol,soselectingforthehydrauliccylindertooperate.Theauthoralsoanalyzedandcalculatedthecontrolsystemandthehydraulicsystem,inordertofurtherdesignthecontrolsystemofthemanipulator,PLCisthecore.ThecontrolsystemiscontrolledbyPLC,whichcoincideswiththegeneraldirectionofdesigningindustrialcontrolsystem.Moreover,thedesignofhardwarecircuitandmanipulatorcontrolprogramiscarriedoutonthebasisofprocessflowanddesignrequirementsofthemanipulator.Keywords:industrialmachinery;hydraulicsystem;computer-assisted;dedicateddevice目錄摘要 分別為兩個(gè)泵的流量。3.2.2工作壓力的計(jì)算工作壓力主要作用于伸縮夾緊缸，所以想要知道溢流閥的調(diào)定壓力，就必須先對(duì)工作壓力進(jìn)行計(jì)算，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基數(shù)的增加。由（3-4）我們可計(jì)算出工作壓力：QUOTE（3-4）QUOTEQUOTEQUOTE液壓缸的額定壓力——QUOTE預(yù)設(shè)溢流閥的調(diào)定壓力——QUOTE。

4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1概述控制系統(tǒng)可以說(shuō)是機(jī)械手的半個(gè)生命，占據(jù)著重要地位，它可以調(diào)控機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)工作和協(xié)調(diào)動(dòng)作。其中，動(dòng)作軌跡，時(shí)間間隔，動(dòng)作的循環(huán)順序等，共同構(gòu)成了控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容。機(jī)械手的控制方法各式各樣，我們大致可以列出有以下四種：（1）繼電器－接觸器控制系統(tǒng)按鈕開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、繼電器和接觸器這四部分，共同組成了繼電器－接觸器控制系統(tǒng)。繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，容易操作，且方便后期的維修處理，并且成本低。但是它的缺點(diǎn)也十分明顯，例如：系統(tǒng)功能有限、無(wú)法進(jìn)行連續(xù)的輪廓控制，工作程序變更困難。除此之外，它服務(wù)不了工作程序多、自動(dòng)化要求高的設(shè)備，所以一般情況下，只有自動(dòng)化程度不高的通用機(jī)床，才對(duì)其進(jìn)行使用。（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的機(jī)械手，不僅可以解決因運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，不好操作的問(wèn)題，更可以進(jìn)行精準(zhǔn)定位，但是使用計(jì)算機(jī)控制，成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他控制系統(tǒng)，并且我們當(dāng)前的技術(shù)不足以完善計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致很多功能無(wú)法進(jìn)行運(yùn)行，并且計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不能在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作，相對(duì)利用起來(lái)，沒(méi)有那么方便。（3）單片機(jī)控制系統(tǒng)說(shuō)到單片機(jī)，其實(shí)它的控制功能，和繼電器－接觸器控制功能基礎(chǔ)上，增加了對(duì)高難度動(dòng)作的控制，且性價(jià)比較高。單片機(jī)作為一種大眾化控制系統(tǒng)，確實(shí)優(yōu)于其他系統(tǒng)，但是它的通用性不強(qiáng)，操作起來(lái)也比較麻煩，不太適合于在工廠進(jìn)行使用。（4）可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)雖然可編程控制器的普及率，和應(yīng)用范圍，趕不上單片機(jī)，但是它們?cè)诠I(yè)領(lǐng)域的控制作用，大致相同。可編程控制器可以代替繼電器－接觸器控制系統(tǒng)。所以在進(jìn)行工作的時(shí)候，它不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算。并且它的操作原理和代替繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的操作原理相差無(wú)幾，容易上手。機(jī)械手所需要控制的參數(shù)參考圖五：（圖五）此次設(shè)計(jì)，筆者采用液壓、電氣聯(lián)合控制模式。其中，各部位動(dòng)作的力和速度由液壓控制；電氣負(fù)責(zé)控制各部位動(dòng)作的順序。4.2梯形圖以及程序的編制4.2.1動(dòng)作的順序與控制通過(guò)液壓系統(tǒng)圖，我們可以了解到，壓力繼電器只控制升起動(dòng)作，其他動(dòng)作都由行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，對(duì)于動(dòng)作順序，在第二章，筆者有進(jìn)行詳細(xì)的介紹。筆者以電控原理圖為基點(diǎn)，由X400～X407輸入壓力繼電器及行程開(kāi)關(guān)，Y430～Y435輸出各電磁鐵，以此來(lái)完成對(duì)梯形圖的編制。4.2.2梯形圖的編制我們要著重分析一下系統(tǒng)的特殊點(diǎn)（進(jìn)行編制之前）。首先就是啟動(dòng)問(wèn)題，在每一次啟動(dòng)的時(shí)候，都必須結(jié)束上一次動(dòng)作過(guò)程，否則機(jī)械手很容易因?yàn)樯弦淮蝿?dòng)作的結(jié)束點(diǎn)不是終點(diǎn)，而不能回到初始位置，引發(fā)機(jī)器故障，為了杜絕此類事件，筆者在進(jìn)行Y430～Y435的輸出控制時(shí)，采用了M300～M305的六個(gè)保持繼電器。這樣一來(lái)再次啟動(dòng)使，如果上一次動(dòng)作未完成，機(jī)械手會(huì)首先完成上一次動(dòng)作，在進(jìn)行下一輪動(dòng)作的運(yùn)行。其次，我們應(yīng)該注意時(shí)間繼電器的問(wèn)題，通常我們都從機(jī)器開(kāi)始運(yùn)行，進(jìn)行計(jì)時(shí)，但是如果有上一次動(dòng)作未完成的情況，就會(huì)出現(xiàn)計(jì)時(shí)不準(zhǔn)的情況，所以為了消滅這樣的誤差情況，我們給計(jì)時(shí)器添加了各個(gè)動(dòng)作的長(zhǎng)閉開(kāi)關(guān)后再自鎖功能。受機(jī)械手動(dòng)作特殊性的限制，在機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行很容易引發(fā)事故，所以在機(jī)械手作業(yè)的時(shí)候，是不允許兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行的，所以為了保證每個(gè)機(jī)器的獨(dú)立性，給機(jī)器增加互鎖裝置圖8為程序的梯形圖：點(diǎn)動(dòng)、停止計(jì)時(shí)點(diǎn)動(dòng)、停止計(jì)時(shí)伸長(zhǎng)、夾緊升起旋轉(zhuǎn)松開(kāi)、收回降落回轉(zhuǎn)圖8梯形圖我們根據(jù)對(duì)照電控原理圖來(lái)進(jìn)行對(duì)圖8分析。動(dòng)作開(kāi)始結(jié)束——從沒(méi)有動(dòng)作開(kāi)始——伸長(zhǎng)夾緊動(dòng)作一個(gè)循環(huán)的初始SQ即X403帶電升起動(dòng)作SQ即X403帶電ST2即X404帶電旋轉(zhuǎn)動(dòng)作ST2即X404帶電ST3即X405帶電松開(kāi)收回動(dòng)作ST3即X405帶電ST4即X406帶電降落動(dòng)作ST4即X406帶電ST5即X407帶電回轉(zhuǎn)動(dòng)作ST5即X407帶電ST1即X402帶電注：計(jì)時(shí)器的信號(hào)輸出間隔為20s，需要有自鎖功能，從一個(gè)動(dòng)作也沒(méi)有開(kāi)始一個(gè)循環(huán)。

4.2.3PLC程序的編制程序編制在梯形圖編制之后指令語(yǔ)程序（表1），根據(jù)梯形圖（圖8）進(jìn)行編寫(xiě)表11PLC程序續(xù)表可以通過(guò)輸入程序在PLC中，進(jìn)行液壓系統(tǒng)對(duì)機(jī)械手的控制。并且可以隨時(shí)更換程序，以應(yīng)對(duì)在進(jìn)行工作時(shí)出現(xiàn)的操作錯(cuò)誤。

結(jié)論綜上所述，我們可以得出：（1）采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動(dòng)，主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一、進(jìn)行科研進(jìn)行靈活反應(yīng)，并且作業(yè)時(shí)動(dòng)作迅速；二、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂，穩(wěn)定性強(qiáng)；三、有過(guò)載保護(hù)裝置，便于自動(dòng)控制；四、可在任何環(huán)境下工作。（2）此次設(shè)計(jì)機(jī)械手選用了，普通的兩指式夾鉗手指，當(dāng)然為了使機(jī)械可以被更廣的應(yīng)用，也可以進(jìn)行手指形式的更換。（3）采用PLC進(jìn)行機(jī)械手的自動(dòng)控制，跟其它控制