機(jī)電系畢業(yè)論文.docVIP

職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文摘 要本文主要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，液壓技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn)及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。利用可編程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制訂了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的液壓控制系統(tǒng)和PLC控制時序圖、梯形圖及其指令語句等關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械手，液壓傳動，可編程序控制器（PLC）目錄摘 要I第一章 概 述11.1工業(yè)機(jī)械手的概述11.2國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r41.3工業(yè)機(jī)械手的組成和分類71.3.1工業(yè)機(jī)械手的組成71.3.2工業(yè)機(jī)械手的分類9第二章 機(jī)械手的設(shè)計122.1設(shè)計任務(wù)122.2設(shè)計要求122.3機(jī)械手的工作過程14第三章 機(jī)械手的液壓控制系統(tǒng)153.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理及組成153.1.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理153.1.2液壓傳動系統(tǒng)的組成163.2液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)183.3液壓機(jī)械手液壓元件列表193.4液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖203.5液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表213.6液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理223.6.1手臂回轉(zhuǎn)223.6.2手臂上下223.6.3手臂伸縮233.6.4手指松夾243.6.5系統(tǒng)特點(diǎn)24第四章 機(jī)械手的PLC控制254.1 PLC的型號選擇及工作過程254.1.1 PLC的型號選擇254.1.2 PLC的型號選擇254.2西門子機(jī)型PLC機(jī)械手流程圖274.3西門子機(jī)型PLC機(jī)械手控制I/O分配表284.4西門子機(jī)型PLC機(jī)械手控制I/O配線圖314.5西門子機(jī)型PLC機(jī)械手控制的梯形圖32結(jié) 論36致 謝38參考文獻(xiàn)39III職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第一章 概 述1.1工業(yè)機(jī)械手的概述機(jī)械手是非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(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)的自動化水平。工業(yè)機(jī)械手由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。因此又稱為工業(yè)機(jī)器人。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)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，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，它可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)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。工業(yè)機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高新技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(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，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力量大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。例如：(1) 機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、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)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。(3) 可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境中工作，以代替人的勞動。(4）可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運(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國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢:(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化：由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問世。(3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PLC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。(4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。(6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。(7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品：機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.3工業(yè)機(jī)械手的組成和分類1.3.1工業(yè)機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及檢測裝置等組成。1.3.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)它是一種具有和人手相似動作功能，可在空間抓取、搬運(yùn)物體或執(zhí)行其他操作動作的機(jī)械裝置，通常由手部（又稱抓取器和夾持器）、手腕、手臂和立柱（或稱機(jī)座）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在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。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時，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)型式較多時常用的有: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。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(即位姿)。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)動手臂運(yùn)動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動源(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。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)動和升降(或俯仰)運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立主因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。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，可在機(jī)座上安行走機(jī)構(gòu)，可分裝滾輪、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。滾輪式分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運(yùn)動則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動裝置。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)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。1.3.1.2驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置、傳動裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置。它是整個機(jī)械手的動力源，常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動的高性能電機(jī)傳動等。1.3.1.3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，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。1.3.1.4檢測裝置檢測系統(tǒng)通過各種檢測器、傳感器，檢測執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動情況，并將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，作出相應(yīng)調(diào)整，以確保機(jī)器人正常工作。1.3.2工業(yè)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)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。1.3.2.1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)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)械手，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”。2、 通用機(jī)械手是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。在性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(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)軌控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。1.3.2.2按驅(qū)動方式分機(jī)械手分為液壓傳動傳動機(jī)械手、氣壓傳動機(jī)械手、機(jī)械傳動機(jī)械手和電力傳動機(jī)械手四種。1、液壓傳動機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。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、 氣壓傳動機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)資源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，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)械傳動機(jī)械手即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。4、電力傳動機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(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。1.3.2.3按控制方式分機(jī)械手分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種。1、點(diǎn)位控制它的運(yùn)動為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動，只能控制運(yùn)動過程中幾個點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動軌跡。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，整個移動過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動，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算機(jī)進(jìn)行控制。第二章 機(jī)械手的設(shè)計2.1設(shè)計任務(wù)機(jī)械手的控制設(shè)計，利用PLC及液壓系統(tǒng)控制機(jī)械手，如圖2.1所示：圖2.1 機(jī)械手工作原理圖2.2設(shè)計要求1、在傳輸帶A端部，安裝了光電開關(guān)PS，用以檢測物品的到來。當(dāng)光電開關(guān)檢測到物品時為ON狀態(tài)。2、機(jī)械手在原位時，按下起動按鈕，系統(tǒng)起動，傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測到物品后，傳送帶A停。3、傳輸帶A停止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)）上。4、機(jī)械手返回原位后，自動再起動傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個循環(huán)。5、按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返回原位，停止工作。6、機(jī)械手的上升下降和左移右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個線圈完成一個動作。7、抓緊放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動液壓裝置完成，線圈通電時執(zhí)行抓緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。8、機(jī)械手的上升、下降、左移、右移動作均由極限開關(guān)控制。9、抓緊動作由壓力繼電器控制，當(dāng)抓緊時，壓力繼電器動合觸點(diǎn)閉合。放松動作為時間控制（設(shè)為2s）。2.3機(jī)械手的工作過程機(jī)械手的工作過程如圖2.2所示，每次動作循環(huán)均從原位開始。2.2 工作順序圖第三章 機(jī)械手的液壓控制系統(tǒng)3.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理及組成3.1.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理工作原理：以油液為工作介質(zhì)，依靠密封容積的變化傳遞運(yùn)動，依靠油液內(nèi)部的壓力傳遞動力。如圖3.1所示，為液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大缸體3和大活塞4組成升舉缸。杠桿手柄6、小缸體8、活塞7、單向閥5和9組成手動液壓泵?；钊透左w之間保持良好的配合關(guān)系，又能實(shí)現(xiàn)可靠地密封。當(dāng)抬起手柄6，使小活塞7向上移動，活塞下腔密封容積增大形成局部真空時，單向伐9打開，油箱中的油在大氣壓力的作用下通過吸油管進(jìn)入活塞下腔，完成一次吸油動作。當(dāng)用力壓下手柄時，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油壓升高，單向閥9關(guān)閉，單向閥5打開，油液進(jìn)入舉升缸下腔，驅(qū)動活塞4使重物G上升一段距離，完成一次回油動作。反復(fù)的抬、壓手柄，就能使油液不斷地被壓入舉升缸，使重物不斷升高,達(dá)到起重的目的。如將放油伐2旋轉(zhuǎn)90，活塞4可以在自重和外力的作用下實(shí)現(xiàn)回程。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程。圖3.1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?.1.2液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。（1）能源裝置 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能的裝置，一般最常見的是液壓泵。（2）執(zhí)行裝置 把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，一般指作直線運(yùn)動的液壓缸、作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá)等。（3）控制調(diào)節(jié)裝置 對液壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。這些元件的不同組合組成了能完成不同功能的液壓系統(tǒng)。（4）輔助裝置 指除以上三種以外的其他裝置，如油箱、過濾器、儲能器、壓力表等，它們對保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地工作有重大作用。（5）傳動介質(zhì) 傳遞能量的流體，即液壓油。3.2液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（1）液壓傳動可在運(yùn)行過程中進(jìn)行無極調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大；（2）在相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊；（3）液壓傳動工作比較平穩(wěn)、反應(yīng)快、換向沖擊小，能快速啟動、制動和頻繁換向；（4）液壓傳動的控制調(diào)節(jié)簡單，操作方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動化，與電器控制結(jié)合，更易實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的自動控制；（5）液壓傳動易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，油壓元件能夠自行潤滑，故使用壽命較長；（6）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，故安裝、調(diào)試和使用都比較方便。3.3液壓機(jī)械手液壓元件列表表3.1液壓元件列表編號元件編號元件1過濾器13電磁換向閥2液壓泵14單向節(jié)流閥3溢流閥15單向節(jié)流閥4單向閥16精過濾器5壓力繼電器KP17減壓閥6蓄能器18單向閥7電磁換向閥19電磁換向閥8電磁換向閥20伸縮缸9單向節(jié)流閥21升降缸10單向閥22回轉(zhuǎn)缸11單向節(jié)流閥23夾緊缸12單向順序閥3.4液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖圖3.2機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)圖3.5液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表表3.2 電磁鐵動作順序表動作電磁鐵KP1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA前伸下降夾緊上升右移放松縮回左移注：“+”表示電磁鐵通電、壓力繼電器動作；“-”表示電磁鐵斷電、壓力繼電器復(fù)位3.6液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理3.6.1手臂回轉(zhuǎn)單向節(jié)流閥14、15的作用：調(diào)節(jié)手臂轉(zhuǎn)動速度的快慢。3.6.1.1手臂左移當(dāng)電磁鐵5YA斷電、6YA通電，換向閥13右位接入系統(tǒng)，手臂在齒條液壓缸22驅(qū)動下順時針轉(zhuǎn)動（即手臂左移），其油路為：進(jìn)油路：過濾器1液壓泵2蓄能器6+單向閥4換向閥13右位閥15的單向閥液壓缸22右腔；出油路：液壓缸22左腔閥14的節(jié)流閥換向閥13右位油箱。3.6.1.2手臂右移當(dāng)電磁鐵5YA通電、6YA斷電，換向閥13左位接入系統(tǒng)，手臂在齒條液壓缸22驅(qū)動下逆時針轉(zhuǎn)動（即手臂右移），其油路為：進(jìn)油路：過濾器1液壓泵2蓄能器6+單向閥4換向閥13左位閥14的單向閥液壓缸22左腔；出油路：液壓缸22右腔閥15的節(jié)流閥換向閥13左位油箱。3.6.2手臂上下手臂升降速度由單向節(jié)流閥9、11調(diào)節(jié)；單向順序閥12（即平衡閥）使液壓缸下腔保持一定背壓，以便與重力負(fù)載相平衡，而避免手臂在下行中因自重而超速下滑；單向閥10在手臂快速向下運(yùn)動時，可起到補(bǔ)充油液的作用（即真空吸油原理）。3.6.2.1手臂上升當(dāng)電磁鐵3YA斷電、4YA通電，換向閥8右位接入系統(tǒng)，手臂在液壓缸21的驅(qū)動下向上運(yùn)動（即手臂上升），其油路為：進(jìn)油路：過濾器1液壓泵2蓄能器6+單向閥4換向閥8右位閥11的單向閥閥12的單向閥液壓缸21下腔；出油路：液壓缸21上腔閥9的節(jié)流閥換向閥8右位油箱。3.6.2.2手臂下降當(dāng)電磁鐵3YA通電、4YA斷電，換向閥8左位接入系統(tǒng)，手臂在液壓缸21的驅(qū)動下向下運(yùn)動（即手臂下降），其油路為：進(jìn)油路：過濾器1液壓泵2蓄能器6+單向閥4換向閥8左位閥9的單向閥液壓缸21上腔；出油路：液壓缸21下腔閥12的順序閥閥11的節(jié)流閥換向閥8左位油箱。3.6.3手臂伸縮3.6.3.1手臂伸出當(dāng)電磁鐵1YA斷電、2YA通電，換向閥7右位接入系統(tǒng)，手臂在液壓缸20的驅(qū)動下快速伸出，其油路為：進(jìn)油路：過濾器1液壓泵2蓄能器6+單向閥4換向閥7右位液壓缸20右腔；出油路：液壓缸20左腔換向閥7右位油箱。3.6.3.2手臂縮回當(dāng)電磁鐵1YA通電、2YA斷電，換向閥7左位接入系統(tǒng)，手臂在液壓缸20的驅(qū)動下快速縮回，其油路為：進(jìn)油路: 過濾器1液壓泵2蓄能器6+單向閥4換向閥7左位液壓缸20左腔；出油路：液壓缸20右腔換向閥7左位油箱。3.6.4手指松夾3.6.4.1手指松開當(dāng)電磁鐵7YA未通電，換向閥19處于左位，手指在彈簧力的作用下處于放松狀態(tài)，其油路為：回油路：液壓缸23右腔換向閥19左位油箱。3.6.4.2手指夾緊當(dāng)電磁鐵7YA通電，換向閥19右位接入系統(tǒng)，在液壓缸23的驅(qū)動下，手指夾緊，其油路為：進(jìn)油路：過濾器1液壓泵2蓄能器6+單向閥4精過濾器16減壓閥17單向閥18換向閥19右位液壓缸23右腔；3.6.5系統(tǒng)特點(diǎn)1、蓄能器6可與液壓泵2共同向各液壓缸供油。從而起到增速作用。此外蓄能器6還能吸收液壓沖擊能量，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。2、減壓閥17保證了手指油路有較系統(tǒng)低的穩(wěn)定壓力，使手指的動作更靈活可靠。3、單向閥18可保證手指的運(yùn)動不會因手臂快速運(yùn)動而失控。4、電磁換向閥、壓力繼電器容易與電器控制系統(tǒng)結(jié)合，使液壓缸的動作程序調(diào)整控制方便。第四章 機(jī)械手的PLC控制4.1 PLC的型號選擇及工作過程4.1.1 PLC的型號選擇目前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的FX系列PLC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PLC等?？紤]到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中選擇了OMRON公司的C40P型可編程序控制器。4.1.2 PLC的型號選擇可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為4個階段。第一階段是初始化處理階段?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機(jī)相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表。該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器；存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。第二階段是處理輸入信號階段。在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。該階段CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。4.2西門子機(jī)型PLC機(jī)械手流程圖圖4.1 機(jī)械手流程圖4.3西門子機(jī)型PLC機(jī)械手控制I/O分配表為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，控制系統(tǒng)應(yīng)有手動功能和顯示功能。當(dāng)手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動”位置時，按下相應(yīng)的手動操作按鈕，可實(shí)現(xiàn)上升、下降、左移、右移、前伸、縮回、夾緊、放松的手動控制，同時“手動”指示燈亮。當(dāng)機(jī)械手處于原位時，將手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動”位置時，“自動”指示燈亮，進(jìn)入自動工作狀態(tài)，手動按鈕無效。將機(jī)械手的原位定為左位、高位、放松狀態(tài)。動作過程中，上升、下降、左移、右移、前伸、縮回、夾緊及狀態(tài)指示為輸出信號。放松和夾緊公用一個線圈，線圈得電時夾緊，失電時放松，故放松不作為單獨(dú)的輸出信號。機(jī)械手的位置檢測用行程開關(guān)，有無工件檢測用光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。手動操作按鈕也是輸入信號。工件的夾緊與放松采用延時來實(shí)現(xiàn)，表4.1為I/O分配表。器件名稱點(diǎn)號啟動I0.0下限I0.1上限I0.2右限I0.3左限I0.4無工件檢測I0.5停止I0.6手動I0.7單步I1.0但周期I1.1連續(xù)I1.2下降I1.3上升I1.4右移I1.5左移I2.0夾緊I2.1放松I2.2復(fù)位I2.3夾緊、放松Q0.1上升Q0.2右移Q0.3左移Q0.4原位顯示Q0.5下降Q0.0表4.1 機(jī)械手控制I/O分配表4.4西門子機(jī)型PLC機(jī)械手控制I/O配線圖從以上分析可知，該系統(tǒng)有17個輸入信號，9個輸出信號，輸入全部采用動合觸點(diǎn)。系統(tǒng)I/O配線圖如圖4.2