文武楊鏡邱游友

PAGE實(shí)作項(xiàng)目說明書實(shí)作項(xiàng)目：機(jī)械手制作與調(diào)試專業(yè)：機(jī)電一體化姓名：文武邱游友楊鏡班級(jí)：機(jī)電一體化ZB1301指導(dǎo)教師：劉文超二〇一六年一月五日實(shí)作項(xiàng)目任務(wù)書院（系）信息與機(jī)電工程學(xué)院實(shí)作項(xiàng)目名稱機(jī)械手制作與調(diào)試指導(dǎo)教師劉文超任務(wù)與要求任務(wù)：系統(tǒng)上電后，氣動(dòng)機(jī)械手先執(zhí)行回原點(diǎn)操作，若系統(tǒng)檢測(cè)到有工件在等待時(shí)運(yùn)送時(shí)，機(jī)械手手臂伸出并下降到工件指定位置夾緊工件，手爪夾緊到位后開始上升使物料離開工作位，然后機(jī)械手臂開始縮回，縮回到位后機(jī)械手臂開始往右移動(dòng)，待移動(dòng)到工件加工位置時(shí)停止移動(dòng)，向工件加工位放入工件，再自動(dòng)回位到原點(diǎn)位置等待。要求：1.工作技能（1）能夠分析機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過程；（2）能夠繪制機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)電氣回路；（3）能夠合理分配I/0地址，繪制PLC控制系統(tǒng)流程圖；（4）能夠使用基本指令和內(nèi)部元器件編寫控制程序；（5）能夠使用PLC進(jìn)行編程，并進(jìn)行調(diào)試；2.知識(shí)點(diǎn)（1）掌握PLC基本程序設(shè)計(jì)方法；（2）掌握PLC基本梯形圖的繪制方法；（3）掌握基本指令的功能和用法；完成時(shí)間段2015年12月至 2016年1月共3周實(shí)作項(xiàng)目成績(jī)姓名實(shí)作產(chǎn)品任務(wù)分解成績(jī)文武I/O分配程序設(shè)計(jì)與調(diào)試楊鏡繪制電器原理圖電器接線與調(diào)試邱游友設(shè)備調(diào)試撰寫工作報(bào)告與調(diào)試PAGEPAGE14目錄TOC\o"1-2"\p""\h\z\u前言 2第1部分產(chǎn)品分析 31.1機(jī)械特性分析 31.2三自由度氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求 3第2部分產(chǎn)品方案繪制與設(shè)計(jì) 42.1制定工作計(jì)劃 42.2I/O分配，繪制PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖 6第3部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn) 73.1實(shí)地操作安裝調(diào)試圖 73.2產(chǎn)品說明 103.3PLC控制程序調(diào)試及優(yōu)化 10第4部分實(shí)作總結(jié) 12致謝 13

前言在機(jī)械加工及注塑加工行業(yè)，很多工位為物體的拾取操作。這種操作一般動(dòng)作簡(jiǎn)單，重復(fù)性很大。目前針對(duì)這種需求，設(shè)計(jì)了很多拾取機(jī)械，這些拾取機(jī)械包括電動(dòng)的、液動(dòng)的以及氣動(dòng)的。但是目前種種操作機(jī)械或機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)形式為直角坐標(biāo)式的，而在許多場(chǎng)合這種操作需要圓周運(yùn)動(dòng)，需要具有旋轉(zhuǎn)功能的操作機(jī)械，但這種機(jī)械目前尚未見到。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本設(shè)計(jì)提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的三自由度氣動(dòng)機(jī)械手。

氣動(dòng)技術(shù)是流體控制的一個(gè)重要分支，具有成本低廉、工作效率高、較高的功率重量比、無污染、使用維護(hù)方便以及對(duì)環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)各部門得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的不斷發(fā)展，較高精度的氣動(dòng)伺服系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并為在機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。機(jī)械手是傳遞機(jī)構(gòu)中的重要部分，通過夾持機(jī)構(gòu)將物料從某一位置和方位，按一定運(yùn)動(dòng)軌跡傳遞到另一位置和方位。其中氣動(dòng)機(jī)械手與其它類型的機(jī)械手相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、易于控制、維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此氣動(dòng)控制機(jī)械手機(jī)構(gòu)被很多場(chǎng)合所采用。

迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用控制理論的研究成果，如自適應(yīng)控制、模糊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制等，對(duì)氣動(dòng)位置伺服系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究并取得了一定進(jìn)展。但由于氣體的壓縮性較大以及氣缸摩擦力等不確定因素的影響。對(duì)氣動(dòng)位置系統(tǒng)進(jìn)行高精度控制一直是個(gè)難題。機(jī)器人及機(jī)械手是機(jī)電一體化技術(shù)的典型產(chǎn)品，充分了解機(jī)器人或機(jī)械手的設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)機(jī)電專業(yè)的學(xué)生有很重要的意義。但是，就目前的發(fā)展情況來看，機(jī)器人或機(jī)械手進(jìn)入課堂及機(jī)電學(xué)科相關(guān)實(shí)驗(yàn)的很少。目前市場(chǎng)上所提供的機(jī)器人或機(jī)械手一般價(jià)格在十幾萬元左右，且其不具開放性，即用戶只能高端應(yīng)用而無法進(jìn)行低層次或高層次開發(fā)，因此，研制一種低成本開放性的機(jī)械手是非常必要的。第1部分產(chǎn)品分析1.1機(jī)械特性分析本設(shè)計(jì)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種三自由度氣動(dòng)機(jī)械手，主要由平移氣缸、平移滑塊、機(jī)架、底座、擺動(dòng)氣缸、平移導(dǎo)桿、手爪、垂直升降氣缸、垂直升降導(dǎo)桿及擺動(dòng)裝置所組成，平移氣缸和平移滑塊相連接并設(shè)置在平移機(jī)架上，平移導(dǎo)桿與平移滑塊相連接，垂直升降氣缸與垂直升降導(dǎo)桿安裝在平移滑塊上，手爪安裝在垂直升降氣缸的下端部，擺動(dòng)氣缸的下端部連接在底座上，擺動(dòng)氣缸的上部連接在擺動(dòng)裝置上，擺動(dòng)裝置的下端固定地連接在機(jī)架上，擺動(dòng)裝置通過旋轉(zhuǎn)軸與底座相連接。

本設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，水平移動(dòng)氣缸充氣時(shí)，在水平導(dǎo)桿的導(dǎo)向下，滑塊帶動(dòng)垂直升降氣缸及垂直升降導(dǎo)桿所組成的垂直升降組建在水平方向移動(dòng)。擺動(dòng)氣缸在電磁閥的控制下可使機(jī)架及機(jī)架上的構(gòu)建繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而完成手爪繞旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。手爪在氣體的作用下可開啟和閉合。這樣產(chǎn)生了手爪的水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。所有的執(zhí)行件皆為氣缸。整個(gè)機(jī)械手通過底座安裝在其基礎(chǔ)上。本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)方式等優(yōu)點(diǎn)1.2三自由度氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求系統(tǒng)上電后，氣動(dòng)機(jī)械手先執(zhí)行回原點(diǎn)操作，若系統(tǒng)檢測(cè)到有工件在等待時(shí)運(yùn)送時(shí)，機(jī)械手手臂伸出并下降到工件指定位置夾緊工件，手爪夾緊到位后開始上升使物料離開工作位，然后機(jī)械手臂開始縮回，縮回到位后機(jī)械手臂開始往右移動(dòng)，待移動(dòng)到工件加工位置時(shí)停止移動(dòng)，向工件加工位放入工件，再自動(dòng)回位到原點(diǎn)位置等待。

第2部分產(chǎn)品方案繪制與設(shè)計(jì)2.1制定工作計(jì)劃小組成員共同研討，制訂機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，繪制系統(tǒng)動(dòng)作流程圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；根據(jù)技術(shù)工藝指標(biāo)確定系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；收集PLC及其輸入/輸出設(shè)備的資料；咨詢項(xiàng)目設(shè)備的用途和工作環(huán)境等情況。表1.1三自由度氣動(dòng)機(jī)械手項(xiàng)目工作計(jì)劃表序號(hào)工作內(nèi)容責(zé)任人員計(jì)劃完成時(shí)間備注1I/O分配文武2016.1.72程序設(shè)計(jì)文武2016.1.73電氣接線楊鏡2016.1.74繪制電器原理圖楊鏡2016.1.75設(shè)備調(diào)試及展示邱游友2016.1.76撰寫工作報(bào)告邱游友2016.1.7一.了解氣動(dòng)系統(tǒng)的主要元件(1)氣缸將氣壓的能量轉(zhuǎn)換為有效的力和動(dòng)能(推動(dòng)或搬運(yùn)物體)。(2)速度控制閥調(diào)整壓縮空氣的流量、調(diào)節(jié)氣缸的速度(3)換向閥(電磁閥)利用電氣信號(hào)對(duì)壓縮空氣進(jìn)行開、關(guān)處理，或改變其流動(dòng)方向。(4)消音器安裝于方向切換閥的排氣口上，以減弱進(jìn)行切換時(shí)的排氣噪音。(5)油霧器為了使元件平滑運(yùn)行，改善元件的耐久性，利用流動(dòng)的壓縮空氣，將潤(rùn)滑油變成霧狀后送入末端的元件。(6)減壓閥對(duì)空壓機(jī)送來的壓縮空氣進(jìn)行減壓處理，將2次側(cè)的空氣壓力設(shè)定、調(diào)整到規(guī)定的壓力。(7)空氣過濾器清除壓縮空氣中或配管內(nèi)產(chǎn)生的灰塵、銹跡、冷凝水等，保護(hù)氣動(dòng)元件、防止故障的發(fā)生。(8)冷凍式空氣干燥器對(duì)壓縮空氣進(jìn)行強(qiáng)制性冷卻處理，將壓縮空氣中的水蒸氣轉(zhuǎn)化為水滴后除去，使其成為干燥的壓縮空氣。(9)主管路過濾器為了去除空壓機(jī)壓縮過的空氣中所含的灰塵、水和油等而在主管路的配管部位設(shè)置的過濾器。(10)后冷卻器將空壓機(jī)生成的高溫多水分的壓縮空氣冷卻后除去冷凝水。(11)空壓機(jī)利用旋轉(zhuǎn)(螺桿式)或往復(fù)(往復(fù)式)等動(dòng)作方式來生成壓縮空氣。二.氣動(dòng)元件和系統(tǒng)的概要圖1.1壓縮空氣系統(tǒng)圖2.2I/O分配，繪制PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖I/O分配表見表1.1。三自由度機(jī)械手外部I/O接線圖如圖1.2所示。表1.2I/O分配表輸入輸出左極限X000左旋轉(zhuǎn)Y000右極限X001右旋轉(zhuǎn)Y001后極限X002縮回Y002前極限X003伸出Y003放松X004放松Y004上極限X005夾緊Y005下極限X006下降Y006圖1.2I/O接線圖第3部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)3.1實(shí)地操作安裝調(diào)試圖根據(jù)已制定的機(jī)械機(jī)構(gòu)安裝的詳細(xì)計(jì)劃，結(jié)合平面分布圖，準(zhǔn)備機(jī)械手硬件的調(diào)試3.2產(chǎn)品說明本設(shè)計(jì)三自由度氣動(dòng)機(jī)械手，水平移動(dòng)氣缸充氣時(shí)，在水平導(dǎo)桿的導(dǎo)向下，垂直氣缸連接板帶動(dòng)垂直升降氣缸及垂直升降導(dǎo)桿所組成的垂直升降組件在水平方向移動(dòng)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械手臂作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)360°，從而完成手爪繞旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。比單純用氣缸帶動(dòng)機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)自由度更大，方便了加工，提高了工作效率。手爪部分采用齒輪齒條傳動(dòng)，并采用可靠性鍵連接，使手爪抓緊力增強(qiáng)，可承受大的工作強(qiáng)度的手爪在氣體的作用下可開啟和閉合，以及電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，這樣產(chǎn)生了手爪的水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。3.3PLC控制程序調(diào)試及優(yōu)化啟動(dòng)三菱FX系列PLC編程調(diào)試軟件，輸入三自由度機(jī)械手的PLC控制程序，檢查有無語法錯(cuò)誤，根據(jù)工藝過程制訂系統(tǒng)調(diào)試方案，確定測(cè)試步驟，制作調(diào)試運(yùn)行記錄表；根據(jù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)試所編制的PLC程序，并逐步完善程序。三自由度機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)調(diào)試

第4部分實(shí)作總結(jié)經(jīng)過3周的實(shí)作設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)期間，指導(dǎo)老師教會(huì)了我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)程序，當(dāng)中包括元件的選用，電器接線的步驟。機(jī)械手中的各結(jié)構(gòu)的用處和選用此結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)，使我受益匪淺。三自由度氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。其中包含軌跡規(guī)劃,運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，關(guān)節(jié)控制等多個(gè)模塊，需要比較許多不同的算法并不斷地調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)。本設(shè)計(jì)通過對(duì)自由度以及氣動(dòng)方面的研究，成功的完成對(duì)三自由度氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過上、下位機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)控制，并具有靈活的擴(kuò)展性。采用前饋補(bǔ)償極點(diǎn)配置自校正控制策略，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制器。由于該控制器具有實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)參數(shù)的能力，所以明顯改善了氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，減少了系統(tǒng)的未建模因素對(duì)被控系統(tǒng)控制能力的影響。