.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂、立柱、機(jī)座等部件，有些還增加了行走裝置。手部：也就是它和物體有了聯(lián)系。由于其與物體的接觸形式的差異，可以將其分為夾持類(lèi)型和吸附類(lèi)型。在此設(shè)計(jì)中，采用了夾持類(lèi)的手部結(jié)構(gòu)。夾持型手部由手爪和傳力裝置組成。手爪是與物體直接接觸的部位，其結(jié)構(gòu)由被抓的工件表面形狀、被抓部位、物體的重量、大小決定。同時(shí)，傳遞機(jī)構(gòu)利用爪子產(chǎn)生的夾持力，完成對(duì)物體的夾持。手臂：手臂是支持被抓物體、手爪和腕部的一個(gè)重要組成部分。手臂的作用是用手指來(lái)握住物體，然后根據(jù)事先的規(guī)則將物體轉(zhuǎn)移到特定的地方。立柱：立柱是用來(lái)支撐手臂的，立柱也是手臂的一部分，手臂的回旋和升降都與立柱有著密切的聯(lián)系。機(jī)座：機(jī)座是機(jī)械手的基本構(gòu)件，其各部分及傳動(dòng)裝置都安裝在機(jī)座上，因此具有支承、連接的功能。2.2.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種動(dòng)力裝置，主要為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)提供相應(yīng)的動(dòng)力，其主要有三部分組成，一是動(dòng)力源；二是控制調(diào)節(jié)設(shè)備；三是輔助設(shè)備。而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則包含了四個(gè)部分，譬如液壓和氣壓傳動(dòng)，又如電力傳動(dòng)，再如機(jī)械傳動(dòng)。本次設(shè)計(jì)選擇的是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)主要由三部分組成，一是氣動(dòng)馬達(dá)，二是氣壓缸，三是風(fēng)閥，使用氣壓要求高，在很多情況下使用4~6個(gè)氣壓，這是最普遍的應(yīng)用數(shù)值，少數(shù)情況下使用8~10個(gè)大氣壓，同時(shí)也有自身的局限性，例如，占用空間大，輸出壓力大，由于借助空氣，空氣本身具有壓縮性，在中間位置不易暫停，在控制方方面，只能采用點(diǎn)位控制，而他的有點(diǎn)同時(shí)也不可忽視，造價(jià)成本比液壓驅(qū)動(dòng)低得多，氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。2.2.3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要是指以相關(guān)規(guī)定為基礎(chǔ)，讓系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)的系統(tǒng)。當(dāng)前，控制系統(tǒng)主要包含了兩部分，譬如程序控制系統(tǒng)，又如電氣定位系統(tǒng)。同時(shí)根據(jù)他們的控制系統(tǒng)的信息向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送指令，如果需要，可以監(jiān)測(cè)機(jī)械臂的操作，在操作失誤或出現(xiàn)故障時(shí)立即發(fā)出警報(bào)。2.2.4位置檢測(cè)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，不僅能夠?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)真實(shí)位置反應(yīng)出來(lái)，而且還能夠通過(guò)對(duì)比，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，這樣，執(zhí)行器就可以在一定的精確度下，到達(dá)預(yù)定的位置。3機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1電機(jī)、減速器的選擇3.1.1手轉(zhuǎn)動(dòng)根據(jù)如下公式，通過(guò)計(jì)算能夠得出手轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩：（3-1）從公式中可以看出：M驅(qū)動(dòng)、M慣性和M摩擦分別指的是驅(qū)動(dòng)在進(jìn)行手轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中所需要的驅(qū)動(dòng)力矩、慣性矩和旋轉(zhuǎn)軸上因?yàn)橹亓慷a(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)扭矩。假如在啟動(dòng)的過(guò)程中，腕部在加速度不變的情況情況下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的慣性矩，詳細(xì)的計(jì)算公式如下：（3-2）式中：j1、j11、和分別代表的是——腕部旋轉(zhuǎn)軸上所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣量、腕部旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所有組件產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性、手腕旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的角速度以及啟動(dòng)過(guò)程中所需要的時(shí)間；計(jì)算eq\(1,2)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式:（3-3）圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和桿件繞端點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式分別為:（3-4）和（3-5）手部旋轉(zhuǎn)包含的零件的質(zhì)量和長(zhǎng)度分別為10kg和100mm，無(wú)論是質(zhì)量還是密度都比較均勻，且均勻的分布在圓盤(pán)上，該圓盤(pán)的半徑為50mm，這種情況下，旋轉(zhuǎn)慣量的計(jì)算公式為；()作為工件，普通碳素鋼棒的質(zhì)量為5km，質(zhì)量分布的長(zhǎng)和直徑分別為200mm和66mm，在沒(méi)有偏心的情況下，不考慮摩擦和偏差，得到慣性矩的計(jì)算公式如下()（3-6）此時(shí)的計(jì)算公式如下：（）（3-7）eq\f(n入,n出)代表減速比，其計(jì)算公式為：（3-8）所以所選擇的減速器型號(hào)為諧波型CS-8-50-U-G-A1-I，在選擇過(guò)程中，可以對(duì)表3-1的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考：表3-1型號(hào)為諧波型CS-8-50-U-G-A1-I減速器參數(shù)表規(guī)格單位數(shù)據(jù)減速比50額定輸出轉(zhuǎn)矩納米1.4最大允許起動(dòng)和停止轉(zhuǎn)矩納米2.6瞬時(shí)允許輸入最大扭矩納米4.3最大輸入速度RMP7000額定輸入速度RMP2000潤(rùn)滑全合成潤(rùn)滑脂防滑等級(jí)IP65安裝方向任何方向噪聲值dB≤63質(zhì)量千克0.56減速器的輸入扭矩和輸入功率的計(jì)算公式分別為：（）（3-9）和()（3-10）式中:Pw、Tn和N分別代表的是減速機(jī)輸入功率w、電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速電機(jī)的輸出功率可以通過(guò)下列公式進(jìn)行計(jì)算：（3-11）在選擇電機(jī)時(shí)，可以選擇可以選擇具體的型號(hào)為MSMD5AZG1的伺服電機(jī)，該電機(jī)生產(chǎn)于松下公司，表3-2展示的就是詳細(xì)的參考數(shù)據(jù)。表3-2伺服電機(jī)所需要的詳細(xì)參數(shù)表型號(hào)單位數(shù)據(jù)電源電壓v100額定轉(zhuǎn)速RMP2000額定轉(zhuǎn)矩納米0.16額定電流a1.1額定功率千瓦0.05允許的最大速度RMP5000質(zhì)量千克0.323.1.2手俯仰操作方式按照下列公式來(lái)對(duì)手俯仰所需的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行計(jì)算:（3-12）的計(jì)算公式如下：（3-13）從公眾可以看出：j2、j21和j22分別代表的是工件夾頭傾斜軸線在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的慣量、夾頭的結(jié)構(gòu)和俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的慣量和夾頭在俯仰軸上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過(guò)程在的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。手結(jié)構(gòu)主要包含了三個(gè)部分：譬如殼體，其質(zhì)量為2.289kg；又如減速器，其質(zhì)量為0.56kg；再如電動(dòng)機(jī)，其質(zhì)量為0.32kg。進(jìn)而得出手結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量和總長(zhǎng)度分別為3.169kg和165mm。手在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中使用的是最大的慣性矩，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中沒(méi)有足夠的扭矩。假如代表的是手腕，代表的是手，代表的是工件繞自身旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性。結(jié)合平行軸定理，可以通過(guò)以下公式來(lái)對(duì)繞腕軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的慣量進(jìn)行計(jì)算：（3-14）拋開(kāi)、、，通過(guò)3-15公式計(jì)算得出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的近似值：（3-15）因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和夾頭俯仰的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方式分別如下：()（3-16）和（）（3-17）所以所選擇的減速機(jī)型號(hào)為PAW055A-L2-100-2P-S1-B1-Y，在選擇過(guò)程中，可以對(duì)表3-2的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考.表3-3型號(hào)為諧波型PAW055A-L2-100-2P-S1-B1-Y減速器所設(shè)定的參數(shù)表型號(hào)單位數(shù)據(jù)減速比100額定輸出轉(zhuǎn)矩納米10瞬時(shí)允許輸入最大扭矩納米30轉(zhuǎn)移效率85%額定輸入速度RMP2000潤(rùn)滑全合成潤(rùn)滑油質(zhì)量千克2.1安裝方向任何方向噪聲值dB≤68減速器輸入扭矩和輸入功率的計(jì)算公式分別為：（）（3-18）和()（3-19）所以在選擇電機(jī)時(shí)，可以選擇具體的型號(hào)為MSMD5AZG1的伺服電機(jī)，該電機(jī)生產(chǎn)于松下公司，表3-4展示的就是詳細(xì)的參考數(shù)據(jù)表3-4伺服電機(jī)所設(shè)定的參數(shù)表型號(hào)單位數(shù)據(jù)電源電壓v100額定轉(zhuǎn)速RMP2000額定轉(zhuǎn)矩納米0.16額定電流a1.1額定功率千瓦0.05允許的最大速度RMP5000質(zhì)量千克0.313.1.3大臂旋轉(zhuǎn)的計(jì)算通過(guò)下列公式能夠?qū)C(jī)械手大臂旋轉(zhuǎn)力矩進(jìn)行計(jì)算:（3-20）從公式中可以看出：j5、j51和j52分別代表的是工件、手結(jié)構(gòu)和手腕結(jié)構(gòu)圍繞關(guān)節(jié)1旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性j53、j54和分別代表的是大臂、軸圍繞關(guān)節(jié)1旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和大臂在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的角速度機(jī)械臂在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以通過(guò)下列公式進(jìn)行計(jì)算:（3-21）從公式中可以看出：JG4和E4F分別代表的是大臂圍繞其中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和臂的重心到旋轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生的偏心距()（3-22）()（3-23）()（3-24）()（3-25）()（3-26）大臂的偏轉(zhuǎn)慣性和大臂的驅(qū)動(dòng)力矩分別可以通過(guò)下列公式進(jìn)行計(jì)算:()（3-27）（）（3-28）所以，在選擇的過(guò)程中，可以選擇型號(hào)為諧波型LCS-25-160-C-I抑制器，表3-5展示的就是所設(shè)定的具體的參數(shù)表3-5諧波減速器所設(shè)定的參數(shù)表規(guī)格單位數(shù)據(jù)減速比1160額定輸出轉(zhuǎn)矩納米64瞬時(shí)允許輸入最大扭矩納米251轉(zhuǎn)移效率190%額定輸入速度RMP2000潤(rùn)滑全合成潤(rùn)滑脂質(zhì)量千克1.47安裝方向任何方向噪聲值dB≤69最大允許輸入速度RMP4000減速器輸入扭矩、輸入功率和電機(jī)輸出功率的計(jì)算公式分別為:（）（3-29）（3-30）和（3-31）所以在選擇電機(jī)時(shí)，可以選擇具體的型號(hào)為MSMD012G1U的伺服電機(jī)，該電機(jī)生產(chǎn)于松下公司，表3-6展示的就是詳細(xì)的參考數(shù)據(jù)表3-6伺服電機(jī)所設(shè)定的參數(shù)表規(guī)格單位數(shù)據(jù)電源電壓v100V額定轉(zhuǎn)速RMP2000額定轉(zhuǎn)矩納米0.32額定電流a25.9額定功率W100允許的最大速度RMP3000質(zhì)量千克8.13.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要部分的設(shè)計(jì)

手部的設(shè)計(jì)：手部是用來(lái)握住工件或工具的。因?yàn)楸晃兆」ぜ男螤?、大小、重量、材質(zhì)和表面條件的不同，所以手部結(jié)構(gòu)裝置也是多種多樣的。本次的設(shè)計(jì)采用了夾緊結(jié)構(gòu)。手爪的構(gòu)造類(lèi)似于手，是工業(yè)機(jī)械中常用的一種手。3.3手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

機(jī)械手系統(tǒng)主要包括三部分，一是控制系統(tǒng)、二是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、三是執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)又包括手，手臂和手腕三部分。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有三部分構(gòu)成，一是輔助裝置、二是控制調(diào)節(jié)裝置和電源組成。控制系統(tǒng)由兩部分，一是程序控制系統(tǒng)二是電氣系統(tǒng)組成。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：1、2和3分別代表的是發(fā)動(dòng)機(jī)的底座、升降手臂和旋轉(zhuǎn)手臂的輔助機(jī)構(gòu)，而4和5分別代表的伸縮手臂和手腕旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。圖3-1展示的是機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3-2所示：圖3-2機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖示意圖結(jié)構(gòu)采用柱面坐標(biāo)，它的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括第一部分是兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)第二部分兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。這種坐標(biāo)形式的機(jī)械手具有的優(yōu)點(diǎn)是。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，占地面的大并且可以達(dá)到較高的定位精準(zhǔn)，活動(dòng)范圍大。手臂是機(jī)器人的主要組成部分，它是支撐和驅(qū)動(dòng)手腕、手指和工件的運(yùn)動(dòng)。手臂一般有三種運(yùn)動(dòng)：伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降。3.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作流程該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)由機(jī)座，立柱，手臂，電磁閥，夾具等構(gòu)成。機(jī)械手的基本操作有伸縮、升降、左右旋轉(zhuǎn)、夾物和卸物等操作。其工作流程如圖3-3所示。機(jī)械手的動(dòng)作在整個(gè)過(guò)程中都是連續(xù)可循環(huán)的。圖3-3機(jī)械手工作流程圖4機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般分為四大類(lèi)型，一是機(jī)械驅(qū)動(dòng)，二是電氣驅(qū)動(dòng)，三是液壓驅(qū)動(dòng)，四是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。在市場(chǎng)上占比將近90%的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)是采取了液壓驅(qū)動(dòng)的方式，其市場(chǎng)占比率最高，從而可以看出，電氣驅(qū)動(dòng)的的使用率不足百分之十，機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)相當(dāng)，占比都很小。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)主要由三部分組成，一是氣動(dòng)馬達(dá)，二是氣壓缸，三是風(fēng)閥，使用氣壓要求高，在很多情況下使用4~6個(gè)氣壓，這是最普遍的應(yīng)用數(shù)值，少數(shù)情況下使用8~10個(gè)大氣壓，同時(shí)也有自身的局限性，例如，占用空間大，輸出壓力大，由于借助空氣，空氣本身具有壓縮性，在中間位置不易暫停，在控制方方面，只能采用點(diǎn)位控制，而他的有點(diǎn)同時(shí)也不可忽視，造價(jià)成本比液壓驅(qū)動(dòng)低得多，氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。為了減少氣壓系統(tǒng)在停機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的氣壓沖擊，系統(tǒng)必須配備緩沖機(jī)構(gòu)對(duì)氣壓進(jìn)行緩沖和速度控制機(jī)構(gòu)，減少對(duì)系統(tǒng)的傷害。使用的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器不多，三相感應(yīng)電流機(jī)是使用率最高的的動(dòng)力。大減速比減速器一般用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺母結(jié)構(gòu)一般用于直線運(yùn)動(dòng)，有很大一部分采用線性電機(jī)。一般機(jī)械手采用變速箱，步進(jìn)電機(jī)或者直流或者交流伺服電機(jī)。使用過(guò)程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便是電力驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，電源簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功率形式統(tǒng)一?？梢杂休^大的輸出，而控制響應(yīng)速度慢則是其最顯著的缺點(diǎn)。根據(jù)上料機(jī)械手的需要，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，如圖4-1，氣缸主要進(jìn)行兩種形式的運(yùn)動(dòng)，譬如直線運(yùn)動(dòng)，又如擺動(dòng)問(wèn)題。氣缸對(duì)的空氣主要來(lái)源于空氣壓縮機(jī)，并在快換接頭的幫助下，讓空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，并經(jīng)過(guò)不同的器件，直接進(jìn)入到電磁閥中，通過(guò)這樣的方式來(lái)對(duì)氣缸和手部動(dòng)作進(jìn)行控制。1-空氣壓縮機(jī)2-儲(chǔ)氣罐3-空氣處理單元4-壓力繼電器5、6、7-三位四通電磁換向閥8、9、10、11、12、13-單向調(diào)速閥14、15、16-調(diào)速閥17、18、19-消聲器A-水平伸退氣缸B-夾緊松開(kāi)氣缸C-擺動(dòng)氣缸圖4-1機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 該氣動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)三向四通式電磁換向閥、兩個(gè)氣缸、三個(gè)調(diào)速閥、六個(gè)單向調(diào)速閥、消音器等組成。圖中的速度調(diào)節(jié)器不僅能夠?qū)飧椎睦L(zhǎng)和縮短進(jìn)行控制，而且還能夠?qū)ζ浼泳o過(guò)程中的速度進(jìn)行控制，避免物件和機(jī)械手臂因?yàn)檫^(guò)快的速度而受到影響。而三位四通電磁能對(duì)氣功運(yùn)動(dòng)的方向做出改變。5機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)機(jī)械手的過(guò)程中，最關(guān)鍵的就是控制系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)前使用的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，進(jìn)而提出采用PLC實(shí)現(xiàn)控制的方法。5.1控制系統(tǒng)的性能要求

有下列對(duì)通用控制系統(tǒng)的控制要求：(1)所謂的穩(wěn)定性主要指的是，短時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)被干擾，其運(yùn)動(dòng)特性由偏離平衡點(diǎn)回到原平衡點(diǎn)的能力。

(2)過(guò)渡過(guò)程性主要指的是借助系統(tǒng)具有的平衡性和快速性對(duì)整個(gè)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行衡量。5.2控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理設(shè)計(jì)

5.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

電氣控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式一樣，兩者都是通過(guò)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的控制，來(lái)達(dá)到工藝方面的需求，讓產(chǎn)品具有更高的質(zhì)量和品質(zhì)。所以，在對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照一下原則來(lái)進(jìn)行：（1）PLC控制系統(tǒng)能夠在一定程度上對(duì)被控目標(biāo)所需要的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行滿(mǎn)足。（2）不改變控制系統(tǒng)所需技術(shù)條件的前提下，讓PLC控制系統(tǒng)使用起來(lái)更加的簡(jiǎn)單，維護(hù)起來(lái)更加方便。（3）讓控制系統(tǒng)更加的安全，更加的可靠。5.2.2I/O點(diǎn)數(shù)分配在表5-1、5-2中，通過(guò)對(duì)機(jī)械手操作流程的分析和I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)算，可以確定該電氣控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分布。表5-1機(jī)械手動(dòng)作流程圖輸入設(shè)備輸入點(diǎn)號(hào)輸入設(shè)備輸入點(diǎn)號(hào)啟動(dòng)按鈕SB1X000手動(dòng)下降按鈕SB6X016停止按鈕SB2X001手動(dòng)左旋按鈕SB7X017急停按鈕SB3X002手動(dòng)右旋按鈕SB8X020左旋極限傳感器ST2X003手動(dòng)伸出按鈕SB9X021右旋極限傳感器ST3X004手動(dòng)縮回按鈕SB10X022上升限位傳感器ST4X005手動(dòng)夾緊按鈕SB11X023下降限位傳感器ST5X006手動(dòng)松開(kāi)按鈕SB12X024手臂縮回限位傳感器ST6X007超上升限位傳感器ST8X025手臂伸出限位傳感器ST7X010超下降限位傳感器ST9X026圖5-2電氣控制系統(tǒng)圖輸入設(shè)備輸入點(diǎn)號(hào)輸入設(shè)備輸入點(diǎn)號(hào)左旋電磁閥6YAY000吸氣電磁閥7YAY006右旋電磁閥5YAY001放氣電磁閥8YAY007縮回電磁閥2YAY002報(bào)警指示燈L11Y010伸出電磁閥1YAY003手動(dòng)指示燈L12Y011上升電磁閥4YAY004自動(dòng)指示燈L13Y012下降電磁閥3YAY005原位指示燈L14Y0135.2.3PLC外部接線圖按表5-1、5-2對(duì)PLC的輸入、輸出信號(hào)和PLC的輸入/輸出界面進(jìn)行分配，并選擇PLC，得出PLC的外部接線如圖5-1。圖5-1PLC外部接線圖5.2.4機(jī)械手控制原理通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式，如手動(dòng)和自動(dòng)控制。手動(dòng)：通過(guò)按鍵對(duì)機(jī)械手的每次動(dòng)作進(jìn)行人工控制，可實(shí)現(xiàn)升降、前伸、縮回、正轉(zhuǎn)、倒轉(zhuǎn)、夾、放等操作；自動(dòng)：按下循環(huán)鍵后，機(jī)械手連續(xù)地從起始位置起進(jìn)行上下料的各個(gè)步驟。5.3PLC程序設(shè)計(jì)

機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)程序可劃分為四個(gè)模塊：譬如初始化模塊和自動(dòng)模塊，又如手動(dòng)模塊和回原位模塊。而自動(dòng)程序主要包含兩種，一種是單步運(yùn)動(dòng)程序，一種是連續(xù)運(yùn)動(dòng)程序。由于它們的工作次序相同，所以能夠?qū)⑺鼈兙幊梢粋€(gè)整體。如果操作模式切換為“手動(dòng)”，則輸入點(diǎn)X012開(kāi)啟，并進(jìn)行手動(dòng)程序；當(dāng)操作模式選擇開(kāi)關(guān)被設(shè)置為“自動(dòng)”，則輸入點(diǎn)X013被打開(kāi)，執(zhí)行自動(dòng)程序。5.3.1人初始化及報(bào)警程序此程序主要是根據(jù)使用者的設(shè)置，調(diào)節(jié)機(jī)械手的位置。在控制系統(tǒng)中，機(jī)械手不工作時(shí)，并且在起始位置設(shè)置為初始狀態(tài)，并且在超過(guò)設(shè)置極限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)。5.3.2回原點(diǎn)程序采用了回原點(diǎn)模式的順序控制設(shè)計(jì)法，在圖5-4中顯示了S1為原始狀態(tài)。如果S10-S12為零操作元件，那么就可以進(jìn)行回零操作。然后使用特殊繼電器M8043在回零之前進(jìn)行置1操作。圖5-2功能圖5.3.3手動(dòng)控制程序在手動(dòng)模式下，我們常用的操作方式是手動(dòng)按動(dòng)按鈕，圖5-3展示的是控制面板的詳細(xì)設(shè)計(jì)。圖5-3手動(dòng)操作面板手動(dòng)程序如圖5-4所示。圖5-4手動(dòng)操作程序在手動(dòng)操作過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于X18-X27的六個(gè)按鈕用于控制機(jī)械手的前進(jìn)，后退，上，下，手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，底盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，底盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，釋放，夾緊，而上升和下降互鎖，手旋轉(zhuǎn)和手倒轉(zhuǎn)，底盤(pán)旋轉(zhuǎn)和底盤(pán)倒轉(zhuǎn)。前，后，上，下，手旋轉(zhuǎn)，手反轉(zhuǎn)，底盤(pán)旋轉(zhuǎn)，底盤(pán)反轉(zhuǎn)限制；前限位開(kāi)關(guān)X10常開(kāi)觸點(diǎn)與控制上升和下降的Y2和Y3線圈串聯(lián)，這使得機(jī)器人只能上升到最高位置。只有在機(jī)器人到達(dá)最遠(yuǎn)的位置時(shí)它才能左右移動(dòng)，從而有效地防止了機(jī)器人在較近的位置操作時(shí)不會(huì)與其他物體碰撞；類(lèi)似地，前限位開(kāi)關(guān)X10的常開(kāi)觸點(diǎn)和上限開(kāi)關(guān)X12的常開(kāi)觸點(diǎn)以及Y4和Y5控制平滑和反向操作的線圈串聯(lián)連接。后限位開(kāi)關(guān)X11的常開(kāi)觸點(diǎn)和上限位開(kāi)關(guān)X12的常開(kāi)觸點(diǎn)與控制機(jī)箱正反的Y6和Y7線圈串聯(lián)連接。5.3.4自動(dòng)控制程序自動(dòng)程序是機(jī)器人系統(tǒng)的自動(dòng)程序功能圖。通過(guò)通用指令編程方法設(shè)計(jì)的自動(dòng)程序也可以通過(guò)其他編程方法進(jìn)行編程，在此不再贅述。如果選擇單周期運(yùn)行模式，則X3接通，X1和X2的常閉觸點(diǎn)閉合，M2接通，從而可以執(zhí)行轉(zhuǎn)換。在初始步驟中按開(kāi)始按鈕X5。在M11的電路中，M10，X5，M2的常開(kāi)觸點(diǎn)和M17的常閉觸點(diǎn)均斷開(kāi)，因此M11導(dǎo)通并在系統(tǒng)進(jìn)入之前前進(jìn)。當(dāng)機(jī)械手觸摸下限開(kāi)關(guān)X10時(shí)，M12接通，切換到前進(jìn)檔，Y8復(fù)位并夾緊工件。同時(shí)，T0上電。2s之后，當(dāng)T0的計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)，因此系統(tǒng)進(jìn)入下降步驟。系統(tǒng)將逐漸運(yùn)行。當(dāng)在步驟M24中機(jī)械手返回到最左側(cè)時(shí)，X4處于打開(kāi)狀態(tài)，因?yàn)檫@不是連續(xù)工作模式，所以M1處于關(guān)閉狀態(tài)，并且滿(mǎn)足X17的轉(zhuǎn)換條件，因此系統(tǒng)返回并保持在初始步驟M10中。在連續(xù)工作模式下，X4打開(kāi)。在初始狀態(tài)下，按下啟動(dòng)按鈕X5，與單周期工作模式下的相同。M11打開(kāi)，并且機(jī)械手前進(jìn)。同時(shí)，控制連續(xù)運(yùn)行的M1被打開(kāi)，隨后的運(yùn)行過(guò)程與單周期運(yùn)行模式下的相同。當(dāng)在步驟M24中機(jī)械手將底盤(pán)翻轉(zhuǎn)到位時(shí)，由于M1開(kāi)啟，所以X17開(kāi)啟，并且條件M24被切換為X17。如果滿(mǎn)足C0，則系統(tǒng)返回到步驟M11并連續(xù)重復(fù)該工作。按下停止按鈕X6后，M1關(guān)閉，但系統(tǒng)不會(huì)立即停止工作。完成當(dāng)前工作循環(huán)的所有動(dòng)作后，在步驟M24中底盤(pán)將其原始位置反轉(zhuǎn)，底部反向限位開(kāi)關(guān)X17接通，并且轉(zhuǎn)換，C0成立，系統(tǒng)返回并停留在初始步驟中。如果系統(tǒng)處于單步操作模式，則X2打開(kāi)，并且其常閉觸點(diǎn)打開(kāi)。通常，“允許切換”輔助繼電器M2關(guān)閉，并且不允許在各步之間進(jìn)行切換。將系統(tǒng)設(shè)置為初始狀態(tài)，M10處于打開(kāi)狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕X5，M2處于打開(kāi)狀態(tài)，M11處于打開(kāi)狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入前進(jìn)步驟。松開(kāi)啟動(dòng)按鈕后，M2立即關(guān)閉。當(dāng)機(jī)械手前進(jìn)到前限位開(kāi)關(guān)X10時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)與Y0線圈斷開(kāi)，導(dǎo)致Y0線圈斷電，并且機(jī)械手停止前進(jìn)。X10的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合后，如果未按下啟動(dòng)按鈕，則X5和M2處于閉合狀態(tài)。在按下啟動(dòng)按鈕之前，M5和M2處于導(dǎo)電狀態(tài)，M2的常開(kāi)觸點(diǎn)處于導(dǎo)電狀態(tài)，切換條件X10可以使M12處于導(dǎo)電狀態(tài)，M12處于通電狀態(tài)，并且系統(tǒng)可以從頭開(kāi)始進(jìn)行下一步。完成一個(gè)操作步驟后，系統(tǒng)必須按一次開(kāi)始按鈕才能進(jìn)入下一步。在輸出程序部分中，設(shè)置X10和X17的常閉觸點(diǎn)為單步運(yùn)行。以前進(jìn)為例。當(dāng)轎廂遇到限位開(kāi)關(guān)X10時(shí)，對(duì)應(yīng)于前進(jìn)的輔助繼電器M11不會(huì)立即關(guān)閉。如果Y1的線圈未與X10的常閉觸