氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、訪監(jiān)儀愈聯(lián)業(yè)越電學(xué)法畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告課題：氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系部：電氣工程系專 業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)班級(jí)：機(jī)電092姓名：XXX學(xué)號(hào)：XXXXXXX指導(dǎo)老師：XXXX2011. 3目錄摘要.3第一章機(jī)械手的簡(jiǎn)介4.1.1概述4.1. 2機(jī)械手的組成4.2. 3機(jī)械手的應(yīng)用4.1. 4機(jī)械手應(yīng)用4.第二章機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)52. 1機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52. 2機(jī)械手的工作原理 62. 3機(jī)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì).73. 4手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8.第三章機(jī)械手機(jī)械控制設(shè)計(jì)1.04. 1工作過(guò)程與控制要求 103. 2 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)述113. 3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.2結(jié)束語(yǔ)20謝辭21.參考文獻(xiàn)22氣動(dòng)機(jī)械

2、手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：氣動(dòng)技術(shù)具有一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用， 己成 為自動(dòng)化不可缺少的重要手段。進(jìn)入 90年代后，氣動(dòng)技術(shù)更突破傳統(tǒng)死區(qū)，經(jīng)歷著飛 躍性進(jìn)展。冉者，沖壓自動(dòng)化是解決沖壓生產(chǎn)成本及安全問(wèn)題、提高沖壓生產(chǎn)企業(yè)效益 的必然選擇，而沖壓機(jī)械手是沖壓自動(dòng)化的重要組成部分。但是，目前沖壓機(jī)械手高昂 的價(jià)格卻使國(guó)內(nèi)眾多的中小沖壓企業(yè)望而卻步。PLC是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工業(yè)控制器，其可靠 性高、抗干擾能力強(qiáng)；PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制 造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，止匕外，PLC

3、帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息；PLC采用光電隔離和濾波技術(shù)技術(shù)有效抑制外部干擾源對(duì)PLC的影響，此外PLC還可在強(qiáng)、通用性好；開(kāi)發(fā)周期短，功耗小。 本課題對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。關(guān)鍵詞：意義，應(yīng)用，原理，plc,機(jī)械手，氣動(dòng)控制技術(shù)第一章機(jī)械手的簡(jiǎn)介1. 1概述機(jī)械手首先是由美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出了第一臺(tái) 機(jī)械手。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，并用以按固定程序抓取、搬運(yùn)。 它可替代人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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。2. 2機(jī)械手

4、的組成機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)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、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn) 動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，成為機(jī)械手的自由度。為了抓取 空間中任意位置和方位的物體，需要 8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。一般機(jī) 械手有2到3個(gè)自由度。3. 3機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、

5、電動(dòng)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(dòng)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。4. 4機(jī)械手應(yīng)用機(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(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上 裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)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。另外，機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用不僅能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生 產(chǎn)能力，而且能改善熱、累等勞動(dòng)條件。第二章機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)5. 1機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照機(jī)械手的不同運(yùn)動(dòng)形式，可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和 關(guān)節(jié)式。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)可

6、以分為主運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。手臂和立柱的運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn) 動(dòng)，因?yàn)槠淠芨淖儽蛔ト」ぜ诳臻g的位置。手腕和手指的運(yùn)動(dòng)稱為輔助運(yùn)動(dòng)， 因?yàn)槭滞蟮倪\(yùn)動(dòng)只能改變被抓取工件的方位，而手指的開(kāi)合不能改變工件的位置 和方位，所以不計(jì)為自由度數(shù)，其它運(yùn)動(dòng)均計(jì)為自由度數(shù)。本文所針對(duì)的機(jī)械手需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工位間的移料動(dòng)作，手臂具有回轉(zhuǎn)、升降 及伸縮運(yùn)動(dòng)，因此采用圓柱坐標(biāo)式，相應(yīng)的機(jī)械手具有二個(gè)自由度，即回轉(zhuǎn)自由 度8（正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)）、升降自由度x（上升和下降）。由于被抓取工件是水平抓取，然 后水平放置，搬運(yùn)過(guò)程中無(wú)需改變工件的姿勢(shì)，因此可以省略手腕模塊。根據(jù)工 件外形（圓筒形工件），夾持部分采用兩指手爪，具有一個(gè)開(kāi)合運(yùn)動(dòng) （

7、火緊和放松）。 圖2-1-1所示為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖。圖2-1-1機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)圖機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目中機(jī)械手的操作 對(duì)象為小型工件，所需要的驅(qū)動(dòng)力較小，同時(shí)沖壓模具可以實(shí)現(xiàn)工件的自對(duì)正， 為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低成本，機(jī)械手各自由度均采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)部分有回轉(zhuǎn)氣缸、 升降氣缸和開(kāi)合氣缸。2. 2機(jī)械手的工作原理本機(jī)械手采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，使用的壓力為 0. 6MPa。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是氣 源方便，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有緩沖作用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維修方便。本機(jī)械手具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)自由度和一個(gè)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)， 用于將工件從源工作臺(tái)搬運(yùn)到目標(biāo)工作臺(tái)上，兩個(gè)工作臺(tái)高度不同

8、，所在位置和 機(jī)械手基座位置三點(diǎn)組成的位置組成一定角度，而且兩個(gè)工作臺(tái)與機(jī)械手基座的 距離也不相同。機(jī)械手的全部運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸由電磁閥控制，整個(gè)機(jī)械手在工作中能 夠?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、上升/下降、伸出/縮回、夾緊/放松功能。其回轉(zhuǎn)自由度是通過(guò)普通氣缸經(jīng)過(guò)齒輪/齒條傳動(dòng)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)的，由氣缸、齒輪/齒條、齒條導(dǎo)軌和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁性限位開(kāi)關(guān)配合完成，回轉(zhuǎn) 工作行程為0° 180° (氣缸行程為0125mm);升降自由度和伸縮自由度直接由 普通氣缸實(shí)現(xiàn)，皆由氣缸、氣缸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和磁性限位開(kāi)關(guān)配合完成，具工作行程 皆為0200mm；開(kāi)合運(yùn)動(dòng)由開(kāi)合氣缸實(shí)現(xiàn)，工作行程為

9、030mm,由于氣缸行程 較小，無(wú)法安裝磁性限位開(kāi)關(guān)，所以其開(kāi)合運(yùn)動(dòng)的限位由氣缸端蓋實(shí)現(xiàn)，即開(kāi)合 氣缸滿行程工作。將機(jī)械手的原點(diǎn)(原始狀態(tài))定為開(kāi)始工作位的反轉(zhuǎn)限位、上升限位、縮回限位 及放松狀態(tài)。機(jī)械手為實(shí)現(xiàn)移料動(dòng)作，需要以下幾個(gè)動(dòng)作：(1)豎直下降機(jī)械手升降氣缸活塞縮回，氣缸下行至下降限位，使手部夾持 機(jī)構(gòu)(手爪)到達(dá)與源工作臺(tái)上的工件水平的位置。(2)夾緊 機(jī)械手開(kāi)合氣缸活塞伸出，手爪夾緊工件。(3)豎直上升機(jī)械手升降氣缸活塞伸出，氣缸上行至上升限位，將工件提起， 同時(shí)使手爪及其所夾緊的工件到達(dá)稍微超越目標(biāo)工作臺(tái)上平面的位置。(4)正向回轉(zhuǎn) 機(jī)械手回轉(zhuǎn)氣缸活塞伸出，機(jī)械手正轉(zhuǎn)至正轉(zhuǎn)限位。

10、(5)手臂伸長(zhǎng) 機(jī)械手伸縮氣缸活塞伸出至伸出限位，使手爪及其所夾緊的工 件到達(dá)目標(biāo)工作臺(tái)的正上方。(6)放松 機(jī)械手開(kāi)合氣缸活塞縮回，手爪放松工件。(7)手臂縮短 機(jī)械手伸縮氣缸活塞縮回至縮回限位。(8)反向回轉(zhuǎn) 機(jī)械手回轉(zhuǎn)氣缸活塞縮回，機(jī)械手反轉(zhuǎn)至反轉(zhuǎn)限位。以上是機(jī)械手移料動(dòng)作，完成之后，目標(biāo)工作臺(tái)所在沖床進(jìn)入沖壓過(guò)程。至此，機(jī)械手的一個(gè)完整動(dòng)作循環(huán)就完成了。圖 2-2-2所示為沖壓機(jī)械手的工作流 程圖。反轉(zhuǎn)下降上升夾緊圖2-2-1機(jī)械手工作流程圖3. 3機(jī)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)近幾十年來(lái)，產(chǎn)品更新速度越來(lái)越快，加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，許多企業(yè)被 迫走上了多品種，中小批量的生產(chǎn)方式。因此，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

11、和制造方式已無(wú) 法適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)多樣化、快節(jié)奏的要求。為適應(yīng)這一轉(zhuǎn)變，各種新思想、新方 法，例如成組技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等應(yīng)運(yùn)而生，模塊化思想也是其中之一。模塊化是用來(lái)描述公共單元的使用以便實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的各種變型，它的主要目標(biāo) 就是確定獨(dú)立的、標(biāo)準(zhǔn)化的或可改變的單元來(lái)滿足功能的變化。模塊化設(shè)計(jì)的理 論基礎(chǔ)最初來(lái)自于 Suh的獨(dú)立性公理：在好的設(shè)計(jì)中保持功能要求的獨(dú)立性。因 此在可能的情況下，產(chǎn)品完成的每一個(gè)功能都應(yīng)獨(dú)立于產(chǎn)品完成的所有其它功能， 這個(gè)公理就要求尋找物理結(jié)構(gòu)獨(dú)立性與功能獨(dú)立性之間的統(tǒng)一。在模塊化設(shè)計(jì)的 早期主要根據(jù)兩個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特征來(lái)定義模塊性：一是在物理結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)之間 的相似性；

12、二是極小化物理元件之間附加的相互作用。即模塊化產(chǎn)品或部件從功 能結(jié)構(gòu)中的功能元件向產(chǎn)品的物理元件有一對(duì)一的映射關(guān)系。要建立模塊庫(kù)，首 先要將產(chǎn)品劃分成若干模塊，劃分的一般原則為：(1)盡量減少產(chǎn)品包含的模塊總數(shù)，簡(jiǎn)化模塊自身的復(fù)雜程度，以免模塊組合 時(shí)產(chǎn)生混亂；(2)以有限的模塊數(shù)來(lái)獲得盡可能多的實(shí)用組合方案，以滿足用戶的需要；(3)劃分中應(yīng)使模塊具有一定的功能獨(dú)立性和結(jié)構(gòu)完整性；(4)要充分注意模塊間的結(jié)合要素，以便于結(jié)合和分離；(5)要考慮模塊的劃分對(duì)產(chǎn)品的精度、剛度帶來(lái)的影響；(6)模塊單元的劃分必須考慮經(jīng)濟(jì)因素等。模塊式機(jī)械手是將一些通用部件，根據(jù)作業(yè)的要求，選擇必要的能完成預(yù)定 機(jī)能

13、的單元部件，以基座為基礎(chǔ)進(jìn)行組合，配上與其相適應(yīng)的控制部分，即成為 能完成特殊要求的機(jī)械手。通過(guò)模塊選擇與組合以構(gòu)成一定范圍內(nèi)的不同功能或 同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品。并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)機(jī)械手進(jìn) 行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，能很快地投產(chǎn)， 降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。氣動(dòng)通用機(jī)械手按其功能分析可分為基座、立柱、手臂、手腕、手部模塊。 其中手臂模塊和手部模塊是該機(jī)械手的基本模塊，并可以細(xì)分為不同功能的局部 模塊。立柱模塊和手腕模塊為可選模塊，如機(jī)械手需要手臂的升降功能則可省略 立柱模塊。各部分連接件和關(guān)節(jié)具備一定的互換性和繼承性，夾持式和吸附式手 部模塊

14、可以根據(jù)需要互換，根據(jù)各種實(shí)際情況需要還可以增加或減少功能模塊。4. 4手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手部就是與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和 吸附式手部。當(dāng)被夾持工件是圓柱形狀時(shí)，一般使用夾持式手部；當(dāng)被夾持工件 是板料時(shí)，一般使用氣流負(fù)壓式吸盤。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手爪是與物件直接接觸的構(gòu) 件，常用的手爪運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易， 故應(yīng)用較廣泛。平移型手爪應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手爪夾 持圓形零件時(shí)，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。手爪結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀被抓部位(是

15、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；手爪有外夾式和內(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(guò)手爪產(chǎn)生夾緊力來(lái)完 成夾放物件的任務(wù)。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式。本機(jī)械手加持對(duì)象為圓筒形工件，因此選用夾持式回轉(zhuǎn)型 手部，具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 2-3所示。圖2-4-1機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)示意圖-三一=第三章機(jī)械手機(jī)械控制設(shè)計(jì)5. 1工作過(guò)程與控制要求1）工作過(guò)程實(shí)驗(yàn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。工彳過(guò)程為：機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn), 按下起動(dòng)按鈕后，機(jī)械手將依次完成下降一夾緊一上升一右旋一再下降一放松一 再

16、上升一左旋8個(gè)動(dòng)作。機(jī)械手的下降、上升、右旋左旋等動(dòng)作的轉(zhuǎn)換，是由相 應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制的，而夾緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是由時(shí)間來(lái)控制的。機(jī)械手所. 右旋升降氣缸旋轉(zhuǎn)氣缸放松夾緊工作臺(tái)圖3-1-1機(jī)械手工作時(shí)的動(dòng)作示意圖有的動(dòng)作均由氣壓驅(qū)動(dòng)，它的上升與下降、左旋與右旋等動(dòng)作均由三位五通電磁 換向閥控制，即當(dāng)下降電磁線圈CY2-0通電時(shí)，機(jī)械手下降；下降電磁線圈CY2-0 斷電時(shí)，機(jī)械手停止下降；只有當(dāng)上升電磁線圈 CY2-1通電時(shí)，機(jī)械手才上升。 機(jī)械手的夾緊和放松用一個(gè)二位五通電磁換向閥來(lái)控制，線圈通電時(shí)夾緊，線圈 斷電時(shí)放松。2）控制要求機(jī)械手的控制要求分為如下幾個(gè)方面：（1）手動(dòng)工作方式 利用

17、按鈕對(duì)機(jī)械手每一動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。譬如，按“下 降”按鈕，機(jī)械手下降；按“上升”按鈕，機(jī)械手上升。用手動(dòng)操作可以使機(jī)械手置于原點(diǎn)位（機(jī)械手在最左邊和最上面，且?jiàn)A緊裝置松開(kāi)），還便于維修時(shí)機(jī)械手的調(diào)整；(2)單步工作方式 從原點(diǎn)開(kāi)始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按一下起動(dòng)按 鈕，機(jī)械手完成一步的動(dòng)作后自動(dòng)停止；(3)單周期工作方式按下啟動(dòng)按鈕，從原點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)械手按工序自動(dòng)完成一個(gè) 周期的動(dòng)作，返回原點(diǎn)后停止；(4)連續(xù)工作方式 按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始按工序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)循 環(huán)工作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手自動(dòng)停機(jī)?；蛘邔⒐ぷ鞣绞竭x擇開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到 “單周期”工作方式，此時(shí)機(jī)械手在完成最后一個(gè)周期

18、的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng) 停機(jī)。3. 2氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)述機(jī)械手的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手垂 直升降、水平左右旋轉(zhuǎn)和手爪的夾緊動(dòng)作。氣動(dòng)原理如圖3-2所示。101、2、3.電磁換向閥與消聲器46.單向節(jié)流閥7.夾緊氣缸8.垂直升降氣缸與磁性行程開(kāi)關(guān)9.水平左右移動(dòng)氣缸與磁性行程開(kāi)關(guān)10.氣源調(diào)節(jié)裝置與截止閥圖3-2-1氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖(1)垂直升降、水平左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分電磁閥2的電磁線圈CY2-1通電，壓縮空氣經(jīng)電磁換向閥 2和節(jié)流閥5進(jìn)入 垂直升降氣缸8下缸體，機(jī)械手上升，氣缸8伸出到ST2位置，機(jī)械手上升停止， 電磁閥2的電磁線圈CY2-0通電，壓縮空氣進(jìn)入

19、氣缸8上缸體，則機(jī)械手下降， 氣缸8縮回到ST1位置，機(jī)械手下降停止；電磁閥 1的電磁線圈CY1-1通電，壓 縮空氣經(jīng)電磁換向閥1和節(jié)流閥4進(jìn)入水平左右移動(dòng)氣缸9右缸體，機(jī)械手左旋， 氣缸9縮回到ST4位置，機(jī)械手左旋停止，電磁閥1的電磁線圈CY1-0通電，壓 縮空氣進(jìn)入氣缸9左缸體，則機(jī)械手右旋，氣缸 9伸出到ST3位置，機(jī)械手右旋 停止。(2)夾緊、松開(kāi)運(yùn)動(dòng)部分機(jī)械手下降到左工作臺(tái)后，電磁換向閥 3的電磁線圈CY3-1通電，壓縮空氣 經(jīng)電磁換向閥3和節(jié)流閥6進(jìn)入夾緊氣缸7下缸體，機(jī)械手夾緊物體。當(dāng)機(jī)械手 按控制要求運(yùn)動(dòng)右工作臺(tái)后，電磁換向閥 3的電磁線圈CY3-1斷電，壓縮空氣經(jīng) 進(jìn)入夾緊

20、氣缸7上缸體，夾緊氣缸7松開(kāi)物體。6. 3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1) PLC的選擇和I/O地址分配：表3-1-1 PLC輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表輸 入 信 號(hào)名 稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)啟動(dòng)SB1X0下限SQ1X1上限SQ2X2右限SQ3X3左移SQ4X4檢測(cè)SAX5停止SB2X6手動(dòng)SAX7單步SAX10單周期SAX11連續(xù)SAX12下降SB3X13SB4X14右移SB5X15左移SB6X16夾緊SB7X17放松SB8X20原點(diǎn)SB9X21輸 出 信 號(hào)名 稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)下降電磁閥線圈CY2-0Y0夾緊電磁閥線圈CY3-1Y1上升電磁閥線圈CY2-1Y2右移電磁閥線圈CY1-0Y3左移電磁閥線圈CY1-

21、1Y4原點(diǎn)指示燈HL1Y5機(jī)械手的工作狀態(tài)和操作的信息需要 18個(gè)輸入端子。具體分配為：位置檢測(cè)信 號(hào)有下限、上限、右限、左限位共 4個(gè)行程開(kāi)關(guān)，需要4個(gè)輸入端子；“無(wú)工件” 檢測(cè)信號(hào)采用光電開(kāi)關(guān)作檢測(cè)元件，需要 1個(gè)輸入端子；“工作方式”選擇開(kāi)關(guān)有 手動(dòng)、單步、單周期和連續(xù) 4種工作方式，需要4個(gè)輸入端子；手動(dòng)操作時(shí)，需 要有下降、上升、右移、左移、夾緊、放松、回原點(diǎn)7個(gè)按鈕，需要7個(gè)輸入端子；自動(dòng)工作時(shí)，尚需啟動(dòng)按鈕、停止按鈕，需占2個(gè)輸入端子?？刂茩C(jī)械手的輸出信號(hào)需要6個(gè)輸出端子。具體分配為：機(jī)械手的下降、上升、 右移、左移和夾緊5個(gè)電磁閥線圈，需要5個(gè)輸出點(diǎn)；機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始工作， 需

22、要有1個(gè)原點(diǎn)指示燈，需用1個(gè)輸出點(diǎn)。因此需要6個(gè)輸出端子。根據(jù)控制要求及端子數(shù)，此處選用 FX2N-48MR繼電器型PLC。FX2N-48MR PLC共有輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn)，滿足控制所需端子數(shù)，分配 PLC的I/O端子接 線如圖3-3所示。220 VO -22vnu開(kāi)關(guān)電源24 V動(dòng)限限限限事止覆期啟.卜上右左行檢停本”SA ，SQ1SQ2SQ3SQ4 , LSQSB2降4費(fèi)松點(diǎn),卜去攵放原_?SB3SB4rSB5SB6,_y SB8 _?B9FXMHeMRM8I24OI23367I1OU!12日115聆120121。NL 二 二 TT 二 二 11 JL 一 YCOM I0173COM2

23、45TcY/j TC、3-Lb Tc"i卜 TCYI41Pcym降緊升移 移點(diǎn)F夾上右 左原圖3-3-2機(jī)械手PLC控制外部接線圖2）控制程序設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序較復(fù)雜，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)思想，采用“化整為零”的方法， 將機(jī)械手控制程序分為：公用程序、手動(dòng)程序和自動(dòng)程序，分別編出這些程序段后， 再“積零為整”，用條件跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行選擇，該控制程序運(yùn)行效率高，可讀性好。 機(jī)械手的主控制程序如圖3-3-3所示。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)首先執(zhí)行公用程序，而后當(dāng)選擇 手動(dòng)工作方式（手動(dòng)，單步）時(shí)，X007或者X010接通并跳至手動(dòng)程序執(zhí)行；當(dāng)選擇 自動(dòng)工作方式（單周期、連續(xù)）時(shí)，X007、X010斷開(kāi)，而X01

24、1或X012接通則跳至 自動(dòng)程序執(zhí)行。工作方式選擇轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采取機(jī)械互鎖，因而此程序中手動(dòng)程序和 自動(dòng)程序可采用互以不互鎖。公用程用XOH X007 XOIOICJ PO： X012標(biāo)號(hào)P0標(biāo)號(hào)P1JI ：|1自一程序|XO07 X0I1 X012IIRtcj Pl X010_ n 1手動(dòng)麗 END圖3-3-3主控制程序（1）公用程序公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同的工作方式之間 相互切換的處理，公用程序如圖 3-3-4所示。左Bg位開(kāi)關(guān)X004、上限位開(kāi)關(guān)X002 的常開(kāi)觸點(diǎn)和表示機(jī)械手夾緊的 Y001的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，“原點(diǎn)條件” M5變?yōu)镺N。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)

25、狀態(tài)（M5為ON）,在開(kāi)始執(zhí)行用戶程序（M8001為 ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)（X007或I2. 1為ON）時(shí)，初始步對(duì) 應(yīng)的S0將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時(shí)M5為OFF狀態(tài)，S0將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，即使按下啟動(dòng)按鈕也不能進(jìn)入 步S20,系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。（2）手動(dòng)程序手動(dòng)程序分點(diǎn)動(dòng)控制和單步控制兩部分。手動(dòng)操作不需要按工序順序動(dòng)作, 按普通繼電器程序來(lái)設(shè)計(jì)，手動(dòng)操作程序如圖3-3-5所示。手動(dòng)按鈕 X007、X013I2. 1分別控制下降、上升、右旋、左旋、夾緊、放松和回原點(diǎn)各個(gè)動(dòng)作。 為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行設(shè)

26、置了一些必要的連鎖。其中在左、右旋轉(zhuǎn)的梯形圖中 加入了 X002作為上限連鎖，因?yàn)闄C(jī)械手只有處于上限位置時(shí)，才允許左右旋轉(zhuǎn)。 由于夾緊、放松動(dòng)作是用二位五通電磁換向閥的CY3-1電磁線圈控制，故在梯形圖中用“置位”、“復(fù)位”指令，使之有保持功能。X004 X002 Y001TIIIM8001 M5X007T 1X021I T ISETM5 RST«M5）原點(diǎn)條件SO初始條件S01X007 T X021I 1<RSTX012(SETS20復(fù)位非初始步M7,復(fù)位連續(xù)標(biāo)志圖3-3-4公用程序X013X001Y002TIX014X002 YOOOX002X015X003Y004T I

27、1I I1 LX016 XGO4 YO03L-IIX017T |X020(YOOO(Y0O2-(YOO3(Y0O4SETYOOlRSTYOOl(YOOOJ下降（點(diǎn)動(dòng)）上升）右尊，左移5失紫放松下降（單步）-IIX013X006 XOO1 Y002I IJ-fr-YOOOX014X006X002 YOOOX013X001Y002TIM(Y000X014X002Y000I I4(Y002X002X015X003Y004）下降（點(diǎn)動(dòng)）上升-1_I I1 I(Y003I X016X004Y003M IKJ4(Y004X017| |SETY001X020| |RSTY001X013 X006 X001

28、YOO2必一%(YOOO）右移）左移夾緊放松）下降單步）)圖3-3-5手動(dòng)操作程序圖M8OO2 -II- X0I117【7miooLACK)00，SETsoFNC40ZRSTX002XW4 <Voo5>原點(diǎn)指承起動(dòng) XOOO壬 Y(K>2fsW x <y5cg) 下降MK位xooi幸攵禰十SET|Y00l上升vyor：限位xoo2 -Me和yS&i右眼位X。計(jì)3 +x(» tF限位X001 r僅006十無(wú)副下降xfMtM rgU)rstNooiI 放松X00t>+丫承soTlK20上網(wǎng)位X002 次癡介so _ Y003 的 M左限位X0O4X0

29、043 mA X012 +xo11KM6 -S2I S20 so連續(xù)單周期retla pinfENd圖3-3-6自動(dòng)控制程序圖(3)自動(dòng)程序由于自動(dòng)操作的動(dòng)作較復(fù)雜，采用順序功能圖設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)程序，用以表明動(dòng) 作的順序和轉(zhuǎn)換條件，矩形框表示“工步”，相鄰兩工步用線段連接，表明轉(zhuǎn)換的 方向。橫線表示轉(zhuǎn)換的條件。若轉(zhuǎn)換條件得到滿足則程序從上一工步轉(zhuǎn)到下一工 步。其順序功能圖(SFC)如圖3-3-6所示，根據(jù)順序功能圖可以方便地轉(zhuǎn)換為梯形 圖程序。結(jié)束語(yǔ)對(duì)沖壓氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和控制的一些普遍性問(wèn)題及方法進(jìn)行了 研究。并設(shè)計(jì)了用于沖壓機(jī)床上下料及移料的氣動(dòng)機(jī)械手。在全面分析機(jī)械手功 能的基礎(chǔ)上，著重進(jìn)行了機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)夾緊力的優(yōu)化、氣動(dòng)