第十四章YL-JXS機械手的設(shè)計與應(yīng)用自動化設(shè)備及生產(chǎn)線的應(yīng)用與維護目錄14.1概述

14.2機械手的選型與設(shè)計14.3硬件安裝與調(diào)試14.4軟件編程與調(diào)試214.1概述314.1.1主要用途YL-JXS實訓設(shè)備用于對機械手的結(jié)構(gòu)性和功能性的認識、操作、控制等方面的實驗和研究?？蓪崿F(xiàn)機械手單一功能（如爪的抓取方式）和連續(xù)動作的多功能實驗和研究；可實現(xiàn)步進電機的控制實驗與研究、直流電機的控制實驗與研究、氣動調(diào)速控制的實驗與研究、PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測控制實驗與研究、PLC與各位置傳感器的檢測控制實驗與研究。同時能夠?qū)C械手的傳動結(jié)構(gòu)與固定連接形式進行認識性實驗。強調(diào)：系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)元件的控制結(jié)構(gòu)；機械的傳動結(jié)構(gòu)；電氣傳動的調(diào)速結(jié)構(gòu)。

14.1概述414.1.2設(shè)備性能和技術(shù)指標1.設(shè)備方案要求本設(shè)備為工業(yè)機械手實訓裝置是坐標式機械手，也是機、電、氣一體化控制系統(tǒng)。主要由爪、腕、臂、柱、座等組成，可完成爪的加緊放松、腕的回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、立柱升降、立柱回轉(zhuǎn)、底座移動等6個自由度的位置精確控制。培養(yǎng)學生對傳感器技術(shù)、氣動技術(shù)、步進和伺服電機控制、交流電機調(diào)速控制、機械精確定位等技術(shù)綜合應(yīng)用的能力。設(shè)備由PLC、伺服電機及驅(qū)動器、步進電機及驅(qū)動器、交流電機及控制器、旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測傳感器、傳動定位機構(gòu)、計算機等組成。

14.1概述514.1.2設(shè)備性能和技術(shù)指標2.主要執(zhí)行元件和控制元件數(shù)量1）本體部分包括機械手臺架（鋼結(jié)構(gòu)坐）1臺；機械手本體（橫、豎手臂、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及氣動機械手爪等）1臺。2）執(zhí)行設(shè)備包括步進電機（0.4KW，步距角0.9度）1臺；伺服電機（0.4KW）1臺；直流電機（0.4KW）1臺；氣缸1個；氣馬達（60度、270度各一臺）2臺。3）控制設(shè)備包括計算機1臺；PLC（可選擇三菱、西門子、等品牌的產(chǎn)品）4臺及PLC編程電纜、PLC編程軟件、PLC應(yīng)用程序等輔件；步進電機驅(qū)動器1臺；伺服電機驅(qū)動器1個；直流電機控制器1個；4）動力源包括氣泵（1Mpa、0.5立方）1臺及氣源三聯(lián)體1個；單相220V電源。5）檢測設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)編碼器3個；磁性傳感器6個；接近開關(guān)4個；壓力繼電器2個。除以上主要設(shè)備外還包括一些輔材、工具等。14.1概述614.1.2設(shè)備性能和技術(shù)指標3.設(shè)備結(jié)構(gòu)方案配置圖（如圖14-1所示）圖14-1設(shè)備結(jié)構(gòu)配置圖14.1概述714.1.2設(shè)備性能和技術(shù)指標圖中各部件名稱（如表14-1-1所示）序號執(zhí)行名稱設(shè)備號規(guī)格型號備注1左右移動電機①伺服SM60-013-30LFB￠60驅(qū)動SL10A(SA3L04C)2前后移動電機②伺服SM60-013-30LFB￠60驅(qū)動SL10A(SA3L04C)3聯(lián)動氣缸1③MDBG100缸徑￠100行程滿足要求上下法蘭4回轉(zhuǎn)馬達④MKD100單葉片270°底部通孔安裝5聯(lián)動氣缸2⑤MDBG100缸徑￠100行程滿足要求上下法蘭6升降氣缸⑥MDBG100

7伸縮臂氣缸⑦MGQM100缸徑￠100行程滿足要求

8腕電機⑧直徑￠110110步進WPA40-1/20蝸桿減速機9爪氣缸⑨MDBG導桿型10小車移動電機⑩

11起重電動滾筒JZH-02-300X160

12起重電磁吸盤ZYEI-P80/20直徑￠8024V，1A13磁性開關(guān)SQ1-22

工作電壓24V14動力源（氣）

1MP,0.2M3

14.2機械手的選型與設(shè)計814.2.1原理圖的設(shè)計原理圖的設(shè)計包括電氣原理圖的設(shè)計和氣動原理圖的設(shè)計，當然也包括控制系統(tǒng)執(zhí)行元件的主回路設(shè)計和控制系統(tǒng)控制元件的控制回路的設(shè)計。其中主回路是系統(tǒng)控制元件（功率開關(guān)）控制執(zhí)行元件的功率輸出回路，即功率開關(guān)控制做功元件的輸出回路；系統(tǒng)控制回路是主控單元（邏輯開關(guān)）控制控制元件的回路，即邏輯開關(guān)控制功率開關(guān)的邏輯開關(guān)回路。14.2機械手的選型與設(shè)計914.2.2執(zhí)行元件的選型

執(zhí)行元件的選型包括以下設(shè)備的選型1.步進電機的選型2.伺服電機的選型3.電機的選型4.起重電機的選型5.離合器的選型6.氣缸的選擇14.2機械手的選型與設(shè)計1014.2.2執(zhí)行元件的選型1.步進電機的選型2.伺服電機的選型3.電機的選型4.起重電機的選型5.離合器的選型6.氣缸的選擇14.2機械手的選型與設(shè)計1114.2.3控制元件的選型

控制元件的選型包括以下設(shè)備的選型：1.步進電機和伺服電機驅(qū)動器的選擇2.變頻器的選型3.接觸器的選型4.氣動方向控制閥的選擇14.2機械手的選型與設(shè)計1214.2.4主控單元的選型主控單元的選型主要是對PLC的模塊型式、安裝結(jié)構(gòu)、配置、觸點形式、電流容量、輸入輸出點數(shù)、存儲容量等方面的選型。14.2.5檢測單元的選型檢測元件的選型，要根據(jù)檢測對象的不同，檢測精度的要求，檢測頻率的速度，檢測場地對距離、溫度、濕度、亮度等的環(huán)境要求，檢測元件的固定方式等條件進行綜合考慮。14.2.5動力源的選型動力源部分要根據(jù)各執(zhí)行元件、控制元件、檢測元件、主控單元的功率狀況進行綜合選取，包括各個回路的保護元件如斷路器、熔斷器、過載保護器等。14.3硬件安裝與調(diào)試1314.3.1本體結(jié)構(gòu)安裝與調(diào)整對平臺和機架整體的平面性和直線性進行調(diào)整和緊固，防止各軌道、導桿等運行過程中有啃、蹭、卡死等問題存在，并可通過加墊鐵、銅皮、減振橡膠墊等方式進行平行度和垂直度的調(diào)整；同時檢查各回轉(zhuǎn)裝置的軸承是否運動自如，如有發(fā)熱、振動、噪聲等現(xiàn)象，應(yīng)對軸承更換；對各相關(guān)緊固螺絲進行松緊度檢查，防止震動引起整體機架的抖動和噪聲。14.3硬件安裝與調(diào)試1414.3.2執(zhí)行原件的安裝與調(diào)整對各執(zhí)行電機進行調(diào)整，包括步進電機、伺服電機、推料電機、起重電機等，檢查各回轉(zhuǎn)部位是否有振動、噪聲、發(fā)熱等問題，是否需要潤滑或進行軸承更換。對電磁離合器調(diào)整，是否能靈活離合，有無分離不徹底、打滑、發(fā)抖、逛蕩、異響等問題。對各執(zhí)行氣缸進行調(diào)整，檢查爪氣缸的夾緊與放松是否靈活可靠，左右爪夾在夾緊與放松過程中是否保持對稱和不變形，設(shè)置放松狀態(tài)為原位狀態(tài)；調(diào)整提升氣缸的垂直性和平穩(wěn)性，要調(diào)整其垂直性，不能有傾斜和爬行現(xiàn)象；調(diào)整水平橫移氣缸，要求橫移氣缸運行時，能使工件的運行保持水平狀態(tài)；對回轉(zhuǎn)氣缸進行調(diào)整，保證回轉(zhuǎn)中心點重合；同時要求各氣動執(zhí)行元件的運行平穩(wěn)，其進出口要設(shè)置出口單向節(jié)流閥。14.3硬件安裝與調(diào)試1514.3.3檢測元件的安裝與調(diào)整對氣動各執(zhí)行元件的兩極限位檢測采用磁性傳感器，要求活塞到位后，傳感器可立即動作。爪的夾緊與放松檢測，要求夾緊位置要在最小量時磁性傳感器動作，放松位置要在最大量時磁性傳感器動作。

回轉(zhuǎn)氣缸要將兩個極限位調(diào)整定位好，磁性傳感器要在兩個極限位置處動作。

腕回轉(zhuǎn)的兩個極限位置應(yīng)設(shè)置限位傳感器。

推料氣缸在伸出與縮回兩個極限位置設(shè)置限位傳感器。

左右移位和前后移位伺服傳動的滾珠絲杠機構(gòu)，其前后和左右極限位置都要加限位傳感器。行車機構(gòu)的前后兩個極限位置都要加限位傳感器。

所有傳感器都采用磁性傳感器，要求重復(fù)動作可靠，重復(fù)位置的誤差不影響動作的可靠性。14.3硬件安裝與調(diào)試1614.3.4控制元件的安裝與參數(shù)設(shè)置1.變頻器對于變頻器而言要按操作手冊要求對變頻器進行安裝和接線，要保證變頻器的散熱、防震、防塵、防潮、防水、放油、防短路、防雷擊、防干擾并保證良好接地。按操作手冊要求從面板設(shè)置所控電機的功率、電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、控制方式、相關(guān)保護參數(shù)等。2.驅(qū)動器對于伺服電機驅(qū)動器和步進電機驅(qū)動器要根據(jù)系統(tǒng)傳動精度要求和實際傳動結(jié)構(gòu)進行計算，確定電機旋轉(zhuǎn)一周所行進的距離和速度是否滿足系統(tǒng)要求，是否進行細分設(shè)置。3.觸摸屏

按要求設(shè)定觸摸屏IP地址，并制作組態(tài)畫面。14.3硬件安裝與調(diào)試1714.3.5設(shè)備接地處理對平臺、支撐框架、護板、各元件固定座等所屬本體部分進行可靠的金屬連接和接地處理，對有振動部位的接地應(yīng)做多點接地處理，防止螺絲松動造成漏電后的觸電事故。包括端子板、按鈕板的接地處理等。14.4軟件編程與調(diào)試1814.4.1控制過程的設(shè)計1.各工作站初始狀態(tài)1）立柱站。旋轉(zhuǎn)氣缸在正限位，且氣缸下限1氣缸下限2在下限位得電，X軸和Y軸復(fù)位完成且停在原點，旋轉(zhuǎn)原點得電且離合器吸合。2）手爪站。手爪在張開伸縮氣缸在伸出狀態(tài)手爪回零完成且停在原點。3）航車站。航車處在原點且按下觸摸屏上的初始上升完成按鈕。2.全線運行步驟1）給系統(tǒng)上電，當PPI網(wǎng)絡(luò)正常后開始工作。各工作站進行復(fù)位，復(fù)位可以各個單站復(fù)位完成后再全線聯(lián)機。也可以先聯(lián)機然后用觸摸屏上的復(fù)位按鈕，執(zhí)行復(fù)位操作。在復(fù)位和全線聯(lián)機完成時，各站信號指示里的聯(lián)機信號和就緒信號點亮。全線聯(lián)機信號選擇處于閉合，全線聯(lián)機和全線就緒也點亮。當各工作站均處于初始狀態(tài)，各站信號指示里的聯(lián)機信號和就緒信號點亮，全線聯(lián)機和全線就緒也點亮，則表示復(fù)位完成。表示允許啟動系統(tǒng)。這時若點擊觸摸人機界面上的全線運行信號按鈕，系統(tǒng)啟動，運行信號和聯(lián)機信號均常亮。2）立柱站運行。系統(tǒng)啟動后，X軸和Y軸向回原點相反的方向運動一段距離，運行到位后，X軸和Y軸停止動作。旋轉(zhuǎn)氣缸在正限位會發(fā)出正轉(zhuǎn)信號。14.4軟件編程與調(diào)試1914.4.1控制過程的設(shè)計1.各工作站初始狀態(tài)3）航車站運行。當X軸和Y軸運行到位后，且處在正限位?？梢渣c擊觸摸屏上的電機正反轉(zhuǎn)按鈕移動到想要抓料的位置，手動操作下降抓料，下降抓住料后進行上升，上升完成后。點擊航車站畫面里的抓料完成按鈕，抓料完成指示燈點亮。發(fā)出抓料上升完成信號。4）立柱站運行。接收到航車站抓料上升完成信號后，立柱站旋轉(zhuǎn)氣缸進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位后，發(fā)出反轉(zhuǎn)信號。5）航車站運行。旋轉(zhuǎn)氣缸反轉(zhuǎn)到位后，可以點擊觸摸屏上的電機正反轉(zhuǎn)按鈕移動到想要放料的位置，手動操作下降放料，下降放料后進行上升，上升完成后。點擊航車站畫面里的放料完成按鈕，放料完成指示燈點亮。發(fā)出放料上升完成信號。6）立柱站運行。接收到航車站放料上升完成信號后，立柱站旋轉(zhuǎn)氣缸進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位后，發(fā)出進行抓料信號。14.4軟件編程與調(diào)試2014.4.1控制過程的設(shè)計1.各工作站初始狀態(tài)7）手爪站運行。接收到立柱站發(fā)出的進行抓料信號后，機械手爪向下旋轉(zhuǎn)近90度，旋轉(zhuǎn)到位后手爪進行夾料動作，夾料完成后手爪向上旋轉(zhuǎn)進行回原點，回到零點后手臂氣缸進行縮回動作，發(fā)出抓料完成信號。8）立柱站運行。接收到手爪站發(fā)出的抓料完成信號后。伸出氣缸1和伸出氣缸2進行伸出運動，伸出完成后，發(fā)出進行放料信號。9）手爪站運行。接收到立柱站發(fā)出的進行放料信號后。手臂進行伸出動作，手爪進行松開放料動作，放料完成后，發(fā)出放料完成信號。10）立柱站運行。接收到手爪站發(fā)出的放料完成信號后。X軸和Y軸進行回原點動作，回原點完成后一個運動周期就完