PLC的立體倉庫機(jī)械手

摘要隨著自動(dòng)化水平的提高，自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛的運(yùn)用于立體倉庫領(lǐng)域中，滿足了人們對速度、精度、高度、重復(fù)存取和搬運(yùn)等方面的要求，使倉庫整體效益和運(yùn)行的應(yīng)變能力有很大的提高。機(jī)械手在立體倉庫貨物存取和搬運(yùn)過程中起關(guān)鍵作用，同時(shí)可編程控制器〔PLC〕以其功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便和易于編程等一系列的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中運(yùn)用廣泛。本文主要研究基于PLC的立體倉庫機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主要是對機(jī)械手本身和其控制系統(tǒng)軟、硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制機(jī)械手在水平、垂直、左右方向的運(yùn)行，完成出入貨輥道輸送帶與堆垛機(jī)庫臺(tái)之間貨物傳遞。關(guān)鍵詞：立體倉庫機(jī)械手PLC控制系統(tǒng) AbstractWiththedevelopmentofautomationlevel,automaticcontroltechnologyhasbeenusedinthefieldofstereoscopicwarehouse.Itmeetspeople’sdemandsforspeed,accuracy,height,repeatedaccessandhandling,etc.Additionally,itimprovestheemergencyabilityofwarehouse’swholebenefitandoperation.Manipulatorplaysanimportantroleintheprocessofaccessingandhandlingofstereoscopicwarehouse.Atthesametime,PLChasadvantagesofstrongfunction,highreliability,flexibleuseandeasytoprogram,etc.Ithasbeenextensiveusedinindustrycontrol.Thisthesisisbasedonthestereoscopicwarehousemanipulatorcontrolsystem.Themaincontentsofitincludes：thedesignofmanipulatoritself,hardwareandsoftwaredesignofitscontrolsystem,theoperationdesignofmanipulatorinthehorizontal,vertical,leftandrightdirection,accomplishingthegoodsdeliverybetweenrollerconveyorandstacker.Keywords:stereoscopicwarehousemanipulatorPLCcontrolsystem目錄引言1第1章緒論21.1本課題研究背景21.2本課題的提出和意義31.3本課題開展現(xiàn)狀和未來趨勢31.4本課題研究的主要工作4第2章立體倉庫機(jī)械手系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)62.1自動(dòng)化立體倉庫與機(jī)械手概況6自動(dòng)化立體倉庫概況6機(jī)械手概況62.2立體倉庫機(jī)械手模型設(shè)計(jì)7立體倉庫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7立體倉庫機(jī)械手模型設(shè)計(jì)8本系統(tǒng)研究的目標(biāo)要求9第3章機(jī)械手整體設(shè)計(jì)方案103.1機(jī)械手的根本原理10機(jī)械手的根本構(gòu)成10機(jī)械手的分類123.2機(jī)械手系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)13系統(tǒng)對機(jī)械手的根本要求13系統(tǒng)各局部的選擇和設(shè)計(jì)………14第4章機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)164.1機(jī)械手控制系統(tǒng)描述164.2控制系統(tǒng)的動(dòng)作過程和控制方式17控制系統(tǒng)的動(dòng)作過程17控制系統(tǒng)的工作時(shí)序圖19控制系統(tǒng)的控制方式194.3控制系統(tǒng)操作面板的設(shè)計(jì)204.4系統(tǒng)控制器PLC的選型214.5控制系統(tǒng)輸入、輸出設(shè)計(jì)21第5章機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)255.1西門子軟件介紹255.2控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)25整體程序結(jié)構(gòu)25原點(diǎn)復(fù)位操作程序26單操作程序27自動(dòng)操作程序275.3控制系統(tǒng)調(diào)試局部29第6章總結(jié)31參考文獻(xiàn)32致謝33附錄一：主程序34附錄二：原點(diǎn)復(fù)位程序36附錄三：手動(dòng)操作程序39附錄四：自動(dòng)操作程序40引言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。各種自動(dòng)化設(shè)備、控制系統(tǒng)正逐步替代或減輕人的工作，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步開展，自動(dòng)化技術(shù)已用于各行各業(yè)，已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，甚至可以作為衡量一個(gè)國家開展水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。物流行業(yè)更是如此，在物流設(shè)備領(lǐng)域中不斷涌現(xiàn)出新的自動(dòng)化設(shè)備，如工業(yè)機(jī)械手、堆垛機(jī)〔機(jī)械手的變異〕、四向托盤、高架叉車、自動(dòng)分揀機(jī)、自動(dòng)引導(dǎo)搬運(yùn)車、集裝箱等，極大的減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了物流運(yùn)作效率和效勞質(zhì)量，降低了物流本錢，在物流作業(yè)中起著重要作用，極大的促進(jìn)了物流的快速開展。自動(dòng)化立體倉庫正是融合了眾多先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備的典型代表，其中以工業(yè)機(jī)械手、堆垛機(jī)和倉庫控制系統(tǒng)技術(shù)尤為突出。倉庫控制系統(tǒng)是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)或取出物料的系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大、土地利用率高、存取效率高、準(zhǔn)確率高，廣泛地運(yùn)用于機(jī)械制造等其他行業(yè)的物流系統(tǒng)中。完成這一存取過程的機(jī)械手和堆垛機(jī)是該系統(tǒng)的最關(guān)鍵部份，機(jī)械手主要完成出入貨輥道輸送帶與堆垛機(jī)庫臺(tái)之間貨物傳遞，又堆垛機(jī)完成存取工作。本課題就是以可編程控制器〔PLC〕為切入點(diǎn)，著重討論如何設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉庫中的機(jī)械手控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC，利用所學(xué)可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)裝置，完成對機(jī)械手各種動(dòng)作的控制，并能根據(jù)需要隨時(shí)更改機(jī)械手動(dòng)作方式。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中各種方案的敲定與實(shí)施均是在指導(dǎo)老師的幫助下，通過實(shí)驗(yàn)完成并確定的。設(shè)計(jì)機(jī)械手要求可在空間抓放物體，且動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換貨物的中小批量自動(dòng)化搬運(yùn)。再加上研究的機(jī)械手采用的是德國西門子S7-200系列PLC控制，是一種按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行工件搬運(yùn)的自動(dòng)化裝置，所以所設(shè)計(jì)機(jī)械手可用于立體倉庫完成搬運(yùn)作業(yè)，也可局部代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并能夠?qū)崿F(xiàn)通過更改相關(guān)控制程序來滿足對機(jī)械手各種動(dòng)作變化的控制。第1章緒論1.1本課題研究背景隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速開展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物流產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)新興的效勞部門，正在全球范圍內(nèi)迅速開展。在國際上，物流產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是國民經(jīng)濟(jì)開展的動(dòng)脈和根底產(chǎn)業(yè)，其已經(jīng)開展成為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化程度和綜合國力的重要標(biāo)志之一。從我國目前經(jīng)濟(jì)開展?fàn)顩r來看，隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入，單純依賴商流賺取利潤的時(shí)機(jī)愈來愈少。因此，各企業(yè)逐漸將目光轉(zhuǎn)向素有“第三利潤源〞之稱的物流行業(yè)，紛紛投資興建不同類型的流通中心、物流中心或者配送中心，想以此形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。而自動(dòng)化技術(shù)在企業(yè)物流系統(tǒng)中的作用是顯而易見的，其開展過程中融入了更多的自動(dòng)化技術(shù)。自動(dòng)化立體倉庫就是最典型的代表，在興旺國家作為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的重要生產(chǎn)技術(shù)根底之一的自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)早在20世紀(jì)80年代末期就已開展得比擬成熟。但是，由于自動(dòng)化立體倉庫投資較高，受經(jīng)濟(jì)條件的制約，在我國起步較晚，當(dāng)然這些年來也取得了許多成果。尤其是隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的日益完善和高速開展，自動(dòng)化信息技術(shù)受到了全球的普遍重視和關(guān)注，電子商務(wù)思想日益為企業(yè)所接受。伴隨電子商務(wù)時(shí)代的到來，給全球物流帶來了新的開展趨勢。世界各國都在大力開展電子商務(wù)，并在不斷地把傳統(tǒng)物流和電子商務(wù)進(jìn)行整合，以便提高物流水平。我國也不例外，新的形勢逼迫我國物流企業(yè)必須盡快適應(yīng)電子商務(wù)的要求，同時(shí)也要求我們必須大力開展與物流管理及自動(dòng)化立體倉庫控制相關(guān)的技術(shù)。近幾年我國計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的飛速開展，為我國自動(dòng)化立體倉庫的開展提供了重要的技術(shù)支持。自動(dòng)化立體倉庫不僅具有節(jié)省用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高物流效率、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、減少流動(dòng)資金積壓等優(yōu)勢；而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲(chǔ)藏與生產(chǎn)經(jīng)營決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用。同時(shí)，工業(yè)機(jī)械手〔以下簡稱機(jī)械手〕技術(shù)也在近年的自動(dòng)控制領(lǐng)域中迅速開展，隨著立體倉庫的開展，機(jī)械手在立體倉庫的作用也愈來愈重要。其中以隨立體倉庫的出現(xiàn)而開展起來的專用機(jī)械手〔現(xiàn)稱堆垛機(jī)〕尤為突出，將機(jī)械手技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)合理的用于現(xiàn)代自動(dòng)化立體倉庫中，可以使人們真正享受到現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。1.2本課題的提出和意義國內(nèi)外其它行業(yè)采用自動(dòng)化立體倉庫的情況己經(jīng)充分證明，使用自動(dòng)化立體倉庫能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在自動(dòng)化立體倉庫、機(jī)械手技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等飛速開展的背景下，怎樣使自動(dòng)控制技術(shù)和機(jī)械手技術(shù)在自動(dòng)化立體倉庫中發(fā)揮更大的作用，是現(xiàn)在各國自動(dòng)化行業(yè)和物流行業(yè)需要著重研究的問題，而機(jī)械手技術(shù)就是需要研究的非常重要的自動(dòng)化技術(shù)之一。但目前使用的機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)一般采用繼電器和開關(guān)元件組成的控制系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的邏輯控制和較多功能控制方式的選擇，因而現(xiàn)場使用功能和控制方式單一，不能進(jìn)行在線管理。因此，本課題選擇研究并設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉庫中機(jī)械手局部的控制，將利用PLC的相關(guān)知識(shí)對這局部系統(tǒng)做分析和設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)多種控制方式。機(jī)械手不只是在自動(dòng)化立體倉庫中起關(guān)鍵作用，在其他各行各業(yè)中也有重要的運(yùn)用，所以對機(jī)械手的研究有著重要的意義和作用。機(jī)械手作為近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中開展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成局部。機(jī)械手在各行業(yè)中具有的積極作用正逐漸被人們所認(rèn)識(shí)：其一，它能局部地代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配；其四，它的結(jié)構(gòu)和控制更加靈活，能夠快速的通過更改它的結(jié)構(gòu)和控制程序，來滿足實(shí)際中的各種變化要求。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，降低生產(chǎn)的本錢，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。1.3本課題開展現(xiàn)狀和未來趨勢自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)〔AntomatedStorageandRetrievalSystem，AS/RS〕是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下能自動(dòng)存儲(chǔ)和取出物料的系統(tǒng)，它的主體是自動(dòng)化立體倉庫。我國在自動(dòng)化立體倉庫的研究和應(yīng)用方面起步較早，1963年有了第一臺(tái)1.25t橋式堆垛機(jī)，1974年建成了我國第一座立體倉庫，1977年有了第一臺(tái)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理的整體式結(jié)構(gòu)自動(dòng)化立體倉庫。從此以后，自動(dòng)化立體倉庫在我國得到迅速開展，我國目前己經(jīng)建成數(shù)百座各種類型的自動(dòng)化倉庫，多數(shù)是中小型自動(dòng)倉庫。但是我國的自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)和興旺國家還有很大的差距。而我國機(jī)械手的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代，1972年我國有了第一臺(tái)機(jī)械手，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械手，我國的工業(yè)機(jī)械手(或第一代機(jī)械手)開展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地開展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。特別是近幾年，機(jī)械手技術(shù)在我國取得了飛速的開展，引起了各大企業(yè)的足夠重視，將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于更換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。其實(shí)，機(jī)械手在各先進(jìn)工業(yè)國家早就得到了足夠的重視，并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用，尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。就長遠(yuǎn)來看，機(jī)械手技術(shù)將更多的用于其他各行業(yè)，而以機(jī)械手為主的一系列自動(dòng)化設(shè)備，以及更先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)將在各行各業(yè)中起更加重要的作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的開展，各種控制系統(tǒng)將陸續(xù)產(chǎn)生，對機(jī)械手和自動(dòng)化倉庫的要求也會(huì)越來越高，當(dāng)然生產(chǎn)效率和也會(huì)隨之進(jìn)一步提高。個(gè)人認(rèn)為，人工智能技術(shù)的開展必將推動(dòng)機(jī)械手技術(shù)和自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)向更高階段及智能自動(dòng)化方向開展。機(jī)械手也會(huì)變異成很多種不同的自動(dòng)化設(shè)備，但是有一點(diǎn)是一樣的，那就是都會(huì)在相應(yīng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中起到前所未有的作用。1.4本課題研究的主要工作隨著機(jī)械手技術(shù)的迅猛開展、其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，這也就要求機(jī)械手控制系統(tǒng)要有更強(qiáng)的可靠性、更高的靈活性和更好的操作方便性，同時(shí)要求降低工業(yè)生產(chǎn)本錢，所以開發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的機(jī)械手系統(tǒng)就更具有現(xiàn)實(shí)意義。本文利用所學(xué)知識(shí)，結(jié)合當(dāng)代機(jī)械手的開展，本論文主要研究和討論以下幾個(gè)方面的問題：1、本設(shè)計(jì)課題研究的主要內(nèi)容：〔1〕對立體倉庫機(jī)械手整體方案進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)在對自動(dòng)化立體倉庫作簡單介紹的根底上，分析立體倉庫機(jī)械手整體的方案，并根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)出簡單的模型，采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，立足全局，對機(jī)械手各功能模塊進(jìn)行合理劃分，優(yōu)化系統(tǒng)配置，綜合分析各局部特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)。然后提出設(shè)計(jì)思路，包括傳動(dòng)方式、控制方式、自由度等，在綜合分析的根底上，整體規(guī)劃機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)形式、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制功能，并對其他控制功能模塊進(jìn)行系統(tǒng)的分析，從而選定最優(yōu)方案?！?〕對機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本局部是本論文研究和設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容，分為軟件和硬件兩局部。硬件局部研究系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件之間的連接以及對控制系統(tǒng)的分析。軟件局部采用可編程序控制器〔PLC〕對機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取適宜的PLC型號(hào)，并介紹PLC編程軟件根本特點(diǎn)；根據(jù)機(jī)械手的不同工作方式的流程圖編制出不同的PLC程序，并畫出程序流程圖和梯形圖；并能根據(jù)需要隨時(shí)改動(dòng)程序，來控制機(jī)械手不同的動(dòng)作順序。2、本設(shè)計(jì)課題擬完成的任務(wù)〔1〕所設(shè)計(jì)的機(jī)械手，要求結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)，并具有一定代表性。〔2〕機(jī)械手為通用機(jī)械手，根據(jù)需要選取和設(shè)計(jì)機(jī)械手，包括其手臂的坐標(biāo)型式和自由度、手指的結(jié)構(gòu)，以及驅(qū)動(dòng)方式、控制方式等，要求使用面更廣，不能只限于立體倉庫?！?〕設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)，完成對控制器程序設(shè)計(jì)并作相關(guān)說明。第2章立體倉庫機(jī)械手系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)化立體倉庫與機(jī)械手概況2.1.1自動(dòng)化立體倉庫概況自動(dòng)化立體倉庫又稱自動(dòng)存取系統(tǒng)(AS/RS)，是一種采用高層貨架儲(chǔ)存貨物，用起重、裝卸、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備進(jìn)行貨物出庫和入庫作業(yè)的倉庫。這類倉庫主要通過高層貨架充分利用空間進(jìn)行存取貨物，所以稱為“立體倉庫〞，也有的稱為“高架倉庫〞；又因?yàn)榇祟悅}庫是有計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制，不必人工搬運(yùn)即可實(shí)現(xiàn)存取工作，故稱為“自動(dòng)化立體倉庫〞。目前，立體倉庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、剮形水平循環(huán)式等等。立體倉庫一般由高層貨架、倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、建筑物及控制和管理設(shè)施等局部組成。其中搬運(yùn)設(shè)備〔這里指機(jī)械手〕是自動(dòng)化倉庫中的重要設(shè)備，它們一般由電力或者氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，通過手動(dòng)或自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。本課題設(shè)計(jì)機(jī)械手就是實(shí)現(xiàn)入貨輥道輸送帶與堆垛機(jī)庫臺(tái)之間貨物傳遞。同時(shí)，輸送系統(tǒng)〔包括搬運(yùn)設(shè)備機(jī)械手〕必須具有高度的可靠性。在立體倉庫內(nèi)，一般只有一套輸送系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，就會(huì)使整個(gè)倉庫工作受到影響。所以，要求輸送系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上的設(shè)備可靠、耐用、維修方便，對輸送系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)控制做后備。所以本機(jī)械手設(shè)計(jì)在程序上均設(shè)計(jì)了手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。2.1.2機(jī)械手概況機(jī)械手除了能用于自動(dòng)化立體倉庫外，還廣泛用于其他工業(yè)生產(chǎn)中。機(jī)械手由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、驅(qū)動(dòng)裝置和檢測傳感裝置構(gòu)成，是模仿著人手的局部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置?，F(xiàn)在把在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手〞。過去，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式比擬簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)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)自動(dòng)化技術(shù)的開展，逐步有了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比擬廣的“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)中獲得廣泛的運(yùn)用。現(xiàn)如今，機(jī)械手已廣泛用于各工業(yè)生產(chǎn)中，它可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)平安生產(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，它能代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，機(jī)械手在機(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)、物流業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的運(yùn)用。2.2立體倉庫機(jī)械手模型設(shè)計(jì)立體倉庫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照立體倉庫的定義，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的立體倉庫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該立體倉庫試驗(yàn)裝置包括機(jī)械手、全自動(dòng)堆垛機(jī)兩個(gè)主要組成局部，如圖2-1所示，其中〔a〕代表機(jī)械手局部，〔b〕代表堆垛機(jī)局部?！瞐〕〔b〕圖2-1立體倉庫實(shí)驗(yàn)裝置示意圖根據(jù)自動(dòng)化立體倉庫的原理，設(shè)計(jì)整個(gè)倉庫系統(tǒng)運(yùn)行過程如下：入庫時(shí)，由運(yùn)輸系統(tǒng)通過輥道運(yùn)輸帶等運(yùn)輸設(shè)備將貨物運(yùn)至入貨輥道口，再由機(jī)械手通過一定動(dòng)作運(yùn)行，將貨物送至各個(gè)堆垛機(jī)庫臺(tái)，然后由堆垛機(jī)完成貨物的儲(chǔ)存，放至適宜的倉庫中。相反，出庫時(shí)，先由堆垛機(jī)從指定的倉庫中取出貨物，并送至適宜的堆垛機(jī)庫臺(tái)，再由機(jī)械手通過動(dòng)作，將貨物送至指定的出貨輥道口，然后在由運(yùn)輸系統(tǒng)通過輥道運(yùn)輸帶等運(yùn)輸設(shè)備將貨物送倉庫。由于設(shè)計(jì)的方向和側(cè)重點(diǎn)不同，本設(shè)計(jì)只針對立體倉庫系統(tǒng)中的機(jī)械手局部作簡單設(shè)計(jì)和分析。2.2.2立體倉庫機(jī)械手模型設(shè)計(jì)鑒于機(jī)械手在立體倉庫中的具體運(yùn)用，對所設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型描述如下：在總倉庫的前后門局部位置分別設(shè)立入貨輥道口和出貨輥道口，兩個(gè)工作臺(tái)之間用直線的軌道相連，機(jī)械手設(shè)至在其軌道上，并能前后來回運(yùn)行。立體倉庫局部位于軌道的左右兩端，在各倉庫的前面一定距離設(shè)置堆垛機(jī)庫臺(tái)，分別為1號(hào)庫臺(tái)、2號(hào)庫臺(tái)、3號(hào)庫臺(tái)…。奇數(shù)號(hào)庫臺(tái)位于軌道左邊，偶數(shù)號(hào)庫臺(tái)位于軌道右兩邊，并左右對稱。機(jī)械手主要負(fù)責(zé)貨物在出入庫時(shí)，通過自身的動(dòng)作作業(yè)，完成入、出貨輥道口與各堆垛機(jī)庫臺(tái)之間的貨物傳遞。由于設(shè)計(jì)系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)用，不可能像現(xiàn)實(shí)中的立體倉庫那么大，考慮到實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)具體研究的控制系統(tǒng)中，只設(shè)置兩個(gè)堆垛機(jī)庫臺(tái)，分別位于軌道左右兩邊，這樣在實(shí)際的操作中也就不用機(jī)械手沿軌道移動(dòng)了，只需機(jī)械手完成上升、下降、伸長、縮短、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作就可以到達(dá)目的。立體倉庫機(jī)械手系統(tǒng)模型圖如圖2-2所示：圖2-2立體倉庫機(jī)械手系統(tǒng)模型圖結(jié)合立體倉庫機(jī)械手模型圖，設(shè)計(jì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過程如下：機(jī)械手具有四個(gè)位置，分別是入貨輥道口、出貨輥道口、1號(hào)庫臺(tái)和2號(hào)庫臺(tái)，設(shè)其中的入貨輥道口為原點(diǎn)位置。貨物入庫時(shí)，由機(jī)械手在原點(diǎn)位置抓取物件，按照控制系統(tǒng)的命令，通過升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，送至對應(yīng)的1號(hào)〔2號(hào)〕庫臺(tái)。貨物出庫時(shí)，機(jī)械手根據(jù)控制系統(tǒng)命令，先由原點(diǎn)位置到相應(yīng)的1號(hào)〔2號(hào)〕庫臺(tái)抓取物件，通過動(dòng)作，送至出貨輥道口。機(jī)械手具體的動(dòng)作流程，將在第4章的機(jī)械手控制系統(tǒng)的動(dòng)作過程中作詳細(xì)介紹。2.2.3本系統(tǒng)研究的目標(biāo)要求根據(jù)設(shè)計(jì)模型中機(jī)械手的作用，列出設(shè)計(jì)本系統(tǒng)需要到達(dá)的目標(biāo)要求，以此來要求后面的對機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)要求利用可編程控制器〔PLC〕來設(shè)計(jì)控制程序，所以要求掌握PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和根本方法，并使所設(shè)計(jì)的機(jī)械手控制系統(tǒng)具備以下的功能要求：〔1〕從進(jìn)貨輥道口抓取貨物，通過移動(dòng)，放至2個(gè)不同方位庫臺(tái)的入庫動(dòng)作功能；〔2〕能實(shí)現(xiàn)從2個(gè)不同方位庫臺(tái)抓取貨物，通過移動(dòng)，放至出貨輥道口的出庫動(dòng)作功能；〔3〕能手動(dòng)操作進(jìn)、出庫動(dòng)作；〔4〕能自動(dòng)復(fù)位原點(diǎn)；〔5〕系統(tǒng)能按照三種不同的工作方式運(yùn)行入、出庫動(dòng)作：單操作方式、單周期操作方式和連續(xù)操作方式：〔6〕能根據(jù)實(shí)際需要隨意選擇三種工作方式中的一種。說明：由于系統(tǒng)的入庫動(dòng)作和出庫動(dòng)作正好相反，所以本設(shè)計(jì)著重分析和設(shè)計(jì)入庫動(dòng)作，對出庫動(dòng)作做簡單的描述。第3章機(jī)械手整體設(shè)計(jì)方案3.1機(jī)械手的根本原理3.1.1機(jī)械手的根本構(gòu)成機(jī)械手主要由控制器、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如圖3-1所示。圖3-1機(jī)械手的組成方框圖一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手主體局部，也就是我們通?？匆姷木植?，包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，根據(jù)需要還可以增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。下面對執(zhí)行機(jī)構(gòu)各局部部件作簡單的分析，比擬機(jī)構(gòu)各種形式的用處，并以此根據(jù)來設(shè)計(jì)機(jī)械手具體方案。1、手部手部，即與物件接觸的部件，也是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要局部，由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。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(dòng)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)比擬復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(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。手指結(jié)構(gòu)的選取取決于被抓取物件的外表形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機(jī)構(gòu)那么通過手指產(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，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、彈簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁吸盤兩類。負(fù)壓吸盤通常用于吸取輕小片狀零件、光滑薄板材料等物件；而電磁吸盤通常用于吸取導(dǎo)磁性的環(huán)類、帶孔的盤類零件、以及有網(wǎng)孔狀的板料等物件。假設(shè)用吸附式手部吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量而定。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機(jī)械手的澆包局部)、托式(如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部)等型式。2、手腕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(即姿勢)。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(dòng)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(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)。手臂既能實(shí)現(xiàn)直線和回轉(zhuǎn)運(yùn)這樣的根本運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)有直線與回轉(zhuǎn)、直線與直線的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一局部，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，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(shí)，可在機(jī)座上安裝滾輪、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(dòng)。滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種；驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)那么應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。6、機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的根底局部，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。二、驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)開工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。三、控制器控制器是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定要求運(yùn)動(dòng)的控制裝置。目前工業(yè)機(jī)械手的控制器一般由程序控制局部和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)局部組成?？刂破饔须姎饪刂坪蜕淞骺刂苾煞N，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)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(shí)可對機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。四、位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反響給控制器，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比擬，然后通過控制器進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度到達(dá)設(shè)定位置。3.1.2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(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。然后根據(jù)自己系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)適宜類型的機(jī)械手。一、按用途分1、專用機(jī)械手這是附屬于主機(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(dòng)作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床的上、下料機(jī)械手等。2、通用機(jī)械手這是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動(dòng)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(dòng)化的生產(chǎn)和搬運(yùn)。二、按驅(qū)動(dòng)方式分1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手這是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，否那么油的泄漏對機(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。假設(shè)機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)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，本錢高。2、氣壓傳動(dòng)動(dòng)機(jī)械手這是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是：介質(zhì)來源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，本錢低。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(dòng)機(jī)械手這是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條等)驅(qū)動(dòng)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(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。4、電力傳動(dòng)機(jī)械手這是有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。三、按控制方式分1、點(diǎn)位控制這種控制的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。假設(shè)欲控制的點(diǎn)數(shù)多，那么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)軌跡控制這種控制的運(yùn)動(dòng)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(gè)移動(dòng)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(dòng)，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(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。3.2機(jī)械手系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)3.2.1系統(tǒng)對機(jī)械手的根本要求根據(jù)立體倉庫的性能，總結(jié)出系統(tǒng)對機(jī)械手的根本要求是：能快速、準(zhǔn)確地抓取、釋放和搬運(yùn)物件，也就是說要求機(jī)械手具有高精度、快速反響、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。本課題本著以下的原那么對機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件，充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，定位精度要求，抓取、釋放和搬運(yùn)物件時(shí)平安性等。3.2.2系統(tǒng)各局部的選擇與設(shè)計(jì)根據(jù)前面對機(jī)械手各局部的介紹，以及每種類型的適用范圍，按照立體倉庫系統(tǒng)對機(jī)械手的根本要求，完成對機(jī)械手各局部的選擇和設(shè)計(jì)如下，設(shè)計(jì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)示意圖如圖3-2所示。1、機(jī)械手的選型根據(jù)前面所講述的機(jī)械手在用途上的差異，為了使機(jī)械手的使用范圍更廣，動(dòng)作能夠隨時(shí)調(diào)整，本設(shè)計(jì)選用通用性機(jī)械手。2、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，更加靈活多變，把手部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)。當(dāng)搬運(yùn)物件是棒狀、方形、圓形時(shí)，手部選用夾持式手部；當(dāng)搬運(yùn)物件是光滑板形〔采用負(fù)壓式〕、網(wǎng)狀板形〔采用電磁式〕時(shí)，手部選用吸附式手部。手指運(yùn)動(dòng)形式均為平移型。3、機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。4、機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照抓取物件的要求，本機(jī)械手的手臂有4個(gè)自由度，即手臂的上升與下降、伸長與縮短、左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)，以及機(jī)械手的前后移動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式立柱，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移，手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。5、機(jī)械手的坐標(biāo)形式按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在搬運(yùn)貨物過程中，需要手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式機(jī)械手。圖3-2機(jī)械手結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)示意圖6、機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反響靈敏，阻力損失和泄漏較小，且本錢低廉，結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮，本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。7、機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程需要改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。第4章機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手的工作要求和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，本課題機(jī)械手控制系統(tǒng)選用PLC作為系統(tǒng)的控制器，本章主要對機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單描述，并確定系統(tǒng)選取PLC控制器的型號(hào)，確定系統(tǒng)輸入、輸出分配，畫出PLC外部接線圖，對控制系統(tǒng)硬件局部進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.1機(jī)械手控制系統(tǒng)描述本系統(tǒng)控制的對象為所設(shè)計(jì)的圓柱座標(biāo)式氣動(dòng)機(jī)械手。它的手臂具有三個(gè)自由度，即水平方向的伸長和縮短、豎直方向的上升和下降、繞豎直軸的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)〔右轉(zhuǎn)〕和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)〔左轉(zhuǎn)〕，并由它的末端執(zhí)行裝置〔機(jī)械手手指〕完成抓緊、放開物品功能。以上機(jī)械手各動(dòng)作均采用氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸由對應(yīng)的電磁閥控制。其中,上升、下降，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，以及伸長和縮短分別由2位5通雙線圈電磁閥控制。如當(dāng)下降電磁閥通電時(shí),機(jī)械手下降，當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí),機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí),機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí),機(jī)械手上升停止。同理,左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)分別由左轉(zhuǎn)電磁閥和右轉(zhuǎn)電磁閥控制；伸長、縮短分別由伸長電磁閥和右轉(zhuǎn)電磁閥控制。機(jī)械手的放松或夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥，稱為夾緊電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時(shí),機(jī)械手夾緊；當(dāng)該線圈斷電時(shí),機(jī)械手放松。這樣，可用PLC的輸出端與相應(yīng)的電磁閥線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列鼓勵(lì)，從而使機(jī)械手按預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作，如果欲改變機(jī)械手的動(dòng)作，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六個(gè)動(dòng)作末端或指定位置均放置一限位開關(guān)(如圖4-1所示)，以檢測動(dòng)作是否到位，當(dāng)動(dòng)作到達(dá)限位時(shí)才能執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作任務(wù)。圖4-1為機(jī)械手的限位開關(guān)示意圖，其中SQ1-SQ8分別代表下降、上升、伸長、縮短、旋轉(zhuǎn)至入貨口、旋轉(zhuǎn)至1號(hào)庫臺(tái)、旋轉(zhuǎn)至2號(hào)庫臺(tái)、旋轉(zhuǎn)至出貨口限位開關(guān)。設(shè)置限位開關(guān)的目的是為了能夠使機(jī)械手精確的到達(dá)各個(gè)位置，準(zhǔn)確無誤的放取貨物；同時(shí)保證運(yùn)行時(shí)不會(huì)因?yàn)檫\(yùn)行過限而造成機(jī)械上的損壞。當(dāng)機(jī)械手動(dòng)作到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保平安，在下降抓取前需確定工作臺(tái)上有物品才能下降，而在下降放開物品前需確定工作臺(tái)無物品才允許下降。圖4-1機(jī)械手限位開關(guān)示意圖也就是說，在每次下降時(shí)都要用檢測元件檢測工作臺(tái)上是否有物品，是否符合下降要求，假設(shè)不符合，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。設(shè)計(jì)中用光電開關(guān)I1.1進(jìn)行無物品檢測，I1.1接通表示無物品，I1.1斷開表示有物品。最終機(jī)械手會(huì)在PLC程序的控制下，按照第2章的立體倉庫機(jī)械手實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭贫ㄈ?、出庫的機(jī)械手動(dòng)作順序，并按此動(dòng)作完成任務(wù)，從而完成立體倉庫內(nèi)貨物的入、出庫工作。4.2控制系統(tǒng)的動(dòng)作過程和控制方式4.2.1控制系統(tǒng)的動(dòng)作過程在此系統(tǒng)中，機(jī)械手主要是通過手臂的移動(dòng)動(dòng)作和手指的抓取動(dòng)作來完成貨物出、入倉庫的搬運(yùn)任務(wù)。由于出庫和入庫動(dòng)作恰好相反，但其設(shè)計(jì)思路和控制方法都相同，為了防止重復(fù)，本論文主要是分析和設(shè)計(jì)對入庫過程的控制，出庫過程暫不涉及。機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖4-2所示，設(shè)計(jì)系統(tǒng)原點(diǎn)位置為入貨輥道口位置，機(jī)械手的原始動(dòng)作狀態(tài)是：上升至上限位開關(guān)處、縮短至縮短限位開關(guān)處、旋轉(zhuǎn)至原點(diǎn)位置，且機(jī)械手手指處于松開狀態(tài)。當(dāng)有貨物入庫時(shí)，機(jī)械手從原點(diǎn)位置開始，按下啟動(dòng)按鈕，伸長電磁閥通電，機(jī)械手伸長。伸長至碰到伸長限位開關(guān)，伸長電磁閥斷電，伸長停止；此時(shí)用光電開關(guān)檢測入貨輥道口工作臺(tái)上有無物品，假設(shè)有物品，光電開關(guān)不接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降〔假設(shè)無物品，光電開關(guān)接通，系統(tǒng)報(bào)警〕。下降至碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷開，下降停止。同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手抓取物品，抓緊后，上升電磁閥接通，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷開，上升停止。此時(shí)需要判斷和識(shí)別將貨物送至哪一個(gè)堆垛機(jī)庫臺(tái)，根據(jù)控制開關(guān)來判斷，假設(shè)需送至1號(hào)庫臺(tái)，那么接通左轉(zhuǎn)電磁閥，機(jī)械手左轉(zhuǎn)。左轉(zhuǎn)至1號(hào)庫臺(tái)限位時(shí)，圖4-2機(jī)械手動(dòng)作過程圖碰到限位開關(guān)，左轉(zhuǎn)電磁閥斷開，左轉(zhuǎn)停止。此時(shí)又需對庫臺(tái)檢測是否有貨物存在，假設(shè)此時(shí)庫臺(tái)上無物品，那么光電開關(guān)接通，并接通下降電磁閥，機(jī)械手下降〔假設(shè)庫臺(tái)上有物品，那么系統(tǒng)報(bào)警〕。下降到底后，碰到下限限位開關(guān)，下降電磁閥斷開，下降停止。同時(shí)夾緊電磁閥斷開，機(jī)械手松開。松開后，上升電磁閥接通，機(jī)械手上升。上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，上升停止；同時(shí)接通右轉(zhuǎn)電磁閥，機(jī)械手右轉(zhuǎn)。有右轉(zhuǎn)至原點(diǎn)位置后，碰到原點(diǎn)限位開光，右轉(zhuǎn)電磁閥斷開，右轉(zhuǎn)停止〔假設(shè)需送至2號(hào)庫臺(tái)，那么逐步完成右轉(zhuǎn)、下降、松開、上升、左轉(zhuǎn)到達(dá)原點(diǎn)位置〕。至此，機(jī)械手經(jīng)過10個(gè)動(dòng)作完成了一個(gè)工作周期。4.2.2控制系統(tǒng)的工作時(shí)序圖根據(jù)動(dòng)作流程畫出控制系統(tǒng)的工作時(shí)序圖如圖4-3所示。圖4-3機(jī)械手動(dòng)作時(shí)序圖4.2.3控制系統(tǒng)的控制方式按照立體倉庫系統(tǒng)機(jī)械手的控制要求，設(shè)計(jì)本機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制方式為三種，即為原點(diǎn)復(fù)位操作方式、復(fù)位手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。其中自動(dòng)操作方式又分為單周期和連續(xù)操作方式。這樣控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)四種控制方式，并可以根據(jù)實(shí)際情況，由操作人員選擇適宜的控制方式。1、原點(diǎn)復(fù)位操作方式：當(dāng)機(jī)械手在進(jìn)行各種動(dòng)作之前必須進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)位操作控制方式，使機(jī)械手自動(dòng)復(fù)位到原點(diǎn)位置，這就防止了在用手動(dòng)操作方式去使機(jī)械手復(fù)位。因?yàn)橄到y(tǒng)可能發(fā)生緊急情況，機(jī)械手可以在任何位置停止動(dòng)作，情況恢復(fù)后，必須進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)位操作，所以設(shè)計(jì)原點(diǎn)復(fù)位操作控制很有必要。2、手動(dòng)操作控制方式：設(shè)計(jì)程序，用按鈕對機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行操作控制。中選擇左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右轉(zhuǎn)；按下停止按鈕，機(jī)械手左轉(zhuǎn)。中選擇伸長與縮短動(dòng)作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手縮短；按下停止按鈕，機(jī)械手伸長。中選擇上升與下降動(dòng)作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降；按下停止按鈕，機(jī)械手上升。中選擇抓緊與放開動(dòng)作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手抓緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放開。3、單周期操作控制方式：機(jī)械手經(jīng)復(fù)位后，從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)按照設(shè)計(jì)動(dòng)作過程完成一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)。4、連續(xù)操作控制方式：機(jī)械手經(jīng)復(fù)位后，從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)地、連續(xù)不斷地按照設(shè)計(jì)動(dòng)作過程周期性循環(huán)。在工作中假設(shè)按一下停止按鈕，那么機(jī)械手將繼續(xù)按過程完成一個(gè)周期的多動(dòng)后，回到原點(diǎn)位置自動(dòng)停止。4.3控制系統(tǒng)操作面板的設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)控制要求，需要設(shè)計(jì)一定的操作按鈕和操作開關(guān)，并按一定的順序布置在控制箱面板上，如圖4-4所示為入庫系統(tǒng)操作控制面板設(shè)計(jì)布置圖。在該控制面板中設(shè)計(jì)有4個(gè)操作按鈕，分別是電源啟動(dòng)、急停按鈕和動(dòng)作啟動(dòng)、停止按鈕。動(dòng)作的啟動(dòng)、停止按鈕在各種控制操作方式下都會(huì)用到，但各自使用不一樣。而電源啟動(dòng)、急停按鈕控制PLC外部負(fù)載的電源接通或斷開，與PLC控制程序無關(guān)。為了保證在當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況下〔包括PLC發(fā)生故障時(shí)〕，能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM〔見圖4-5〕。運(yùn)行時(shí)按下“電源啟動(dòng)〞按鈕，是KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時(shí)，用“急停〞按鈕來切斷負(fù)載電源，到達(dá)防止事故發(fā)生的目的。同時(shí)該控制面板中還設(shè)計(jì)了三個(gè)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，來對各種情況的選擇，分別是手動(dòng)加載選擇開關(guān)、工作方式選擇開關(guān)和入庫位置選擇開關(guān)。入庫位置選擇開關(guān)I1.7、I2.0分別接通代表貨物將被送至1號(hào)、2號(hào)庫臺(tái)。工作方式選擇開關(guān)主要是對系統(tǒng)控制方式的選擇，根據(jù)實(shí)際需要選擇適宜的控制方式，其中I1.3、I1.4、I1.5、I1.6分別代表單操作控制方式、原點(diǎn)復(fù)位控制方式、單周期操作控制方式和連續(xù)操作控制方式。而加載選擇開關(guān)只能在選擇單操作方式〔即手動(dòng)操作〕時(shí)才起作用，但操作時(shí)，按加載選擇開關(guān)的位置，用動(dòng)作啟動(dòng)、停止按鈕控制動(dòng)作。圖4-4操作面板布置圖4.4系統(tǒng)控制器PLC的選型可編程控制器(PLC)按輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及CPU功能分為大、中、小3種類型，按其結(jié)構(gòu)又可分為整體式和模塊式PLC?？删幊炭刂破鞯姆N類很多，德國西門子〔SIMATIC〕公司生產(chǎn)的S7-200是近年來該公司推出的高性能小型可編程控制器，有靈活多變的系統(tǒng)配置，還有許多特殊功能模塊可以選用，各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展，功能強(qiáng)大，使用方便。本設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)選用的PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列中的CPU224型號(hào)。該型號(hào)PLC集成的數(shù)字量輸入/輸出為14入10出，共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。I/O端子可很容易地整體拆卸，是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。根本位布爾運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間為0.22μs，用戶存儲(chǔ)器容量8K字節(jié)。而且它還具備6路30kHz單相高速計(jì)數(shù)器和2路20kHz高速脈沖輸出可以分別用來接收旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)和直接控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。有模擬量輸入/輸出模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)輸入/輸出模塊、通信模塊等，可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)功能。4.5控制系統(tǒng)輸入、輸出設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)輸入設(shè)備是用以生產(chǎn)輸入控制信號(hào)的設(shè)備，在本設(shè)計(jì)的機(jī)械手控制系統(tǒng)中有：啟動(dòng)、停止按鈕；發(fā)訊開關(guān)，即各個(gè)位置上的限位開關(guān)；工作方式選擇開關(guān)選用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)；加載選擇開關(guān)?？刂葡到y(tǒng)輸出設(shè)備是由PLC輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件，在機(jī)械手的控制系統(tǒng)中的輸出設(shè)備是各氣壓回路的電磁閥，原點(diǎn)指示燈，報(bào)警指示燈。表4-1I/O分配表——輸入信號(hào)輸入信號(hào)地址元件初始狀態(tài)功能I0.0控制按鈕SB1常開啟動(dòng)按鈕I0.1行程開關(guān)SQ1常開下限限位開關(guān)I0.2行程開關(guān)SQ2常開上限限位開關(guān)I0.3行程開關(guān)SQ3常開伸長限位開關(guān)I0.4行程開關(guān)SQ4常開縮短限位開關(guān)I0.5行程開關(guān)SQ5常開旋轉(zhuǎn)至入貨口〔原點(diǎn)位置〕限位開關(guān)I0.6行程開關(guān)SQ6常開旋轉(zhuǎn)至1號(hào)庫臺(tái)限位開關(guān)I0.7行程開關(guān)SQ7常開旋轉(zhuǎn)至2號(hào)庫臺(tái)限位開關(guān)I1.0行程開關(guān)SQ8常開旋轉(zhuǎn)至出貨口位置限位開關(guān)I1.1接近開關(guān)SQ9常開無物品檢測開關(guān)I1.2控制按鈕SB2常閉停止按鈕I1.3萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)1常開單操作I1.4常開原點(diǎn)復(fù)位I1.5常開單周期操作I1.6常開連續(xù)操作I1.7萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)2常開送至1號(hào)庫臺(tái)I2.0常開送至2號(hào)庫臺(tái)I2.1加載選擇開關(guān)常開左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)I2.2常開伸長與縮短I2.3常開上升與下降I2.4常開抓緊與松開表4-2I/O分配表——輸出信號(hào)輸出信號(hào)地址元件初始狀態(tài)功能Q0.0指示燈常開原點(diǎn)指示Q0.1電磁閥YV1常開豎直下降Q0.2電磁閥YV2常開豎直上升Q0.3電磁閥YV3常開手臂左轉(zhuǎn)Q0.4電磁閥YV4常開手臂右轉(zhuǎn)Q0.5電磁閥YV5常開手臂伸長Q0.6電磁閥YV6常開手臂縮短Q0.7電磁閥YV7常開手抓抓緊Q1.0指示燈常開報(bào)警指示本設(shè)計(jì)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)共使用21個(gè)輸入量、9個(gè)輸出量。而德國西門子公司S7-200系列中的CPU224型號(hào)只集成14個(gè)輸入量、10個(gè)輸出量，所以應(yīng)增加數(shù)字量輸入。比擬EM221〔8個(gè)輸入點(diǎn)，0個(gè)輸出點(diǎn)〕、EM222〔0個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)〕、EM223〔4/8/16個(gè)輸入點(diǎn)、4/8/16個(gè)輸出點(diǎn)〕三種數(shù)字量擴(kuò)展模塊后，選用型號(hào)為EM221的數(shù)字量輸入模塊一塊，增加8個(gè)輸入?？刂葡到y(tǒng)具體I/O分配表如表4-1、表4-2所示。由輸入、輸出組成的PLC外部接線圖如圖4-5所示。圖4-5PLC外部接線圖第5章機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1西門子軟件介紹德國西門子公司上產(chǎn)的S7-200系列的PLC是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：機(jī)械手系統(tǒng)，沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。5.2控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)5.2.1整體程序結(jié)構(gòu)為了在程序中安排機(jī)械手控制系統(tǒng)的原點(diǎn)復(fù)位操作、單操作、自動(dòng)操作等功能程序，先對系統(tǒng)整體程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，如圖5-1所示。整個(gè)程序設(shè)計(jì)用跳轉(zhuǎn)指令來完成對各種操作功能的控制，假設(shè)選擇原點(diǎn)復(fù)位操作控制方式，I1.4接通，接著執(zhí)行復(fù)位程序。假設(shè)I1.4斷開，那么跳過復(fù)位程序，執(zhí)行下面程序。原點(diǎn)復(fù)位程序獨(dú)立于單操作程序和自動(dòng)操作程序，另行設(shè)計(jì)。假設(shè)選擇單操作控制方式，I1.3接通，接著執(zhí)行單操作程序。假設(shè)I1.4斷開，那么跳過但操作程序，執(zhí)行下面程序。同樣，單操作程序也是另行單獨(dú)設(shè)計(jì)。在單周期操作控制方式和連續(xù)操作控制方式下，即I1.5或者I1.6接通，可執(zhí)行自動(dòng)操作程序。假設(shè)兩者都斷開，那么跳過自動(dòng)操作程序。另外，在需要自動(dòng)操作方式工作時(shí)，需要接通一個(gè)中間繼電器M1.0。單周期控制方式和連續(xù)控制方式都用同樣的輸出繼電器。根據(jù)圖5-1的整體程序結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)出機(jī)械手控制系統(tǒng)的主程序，見附錄一。圖5-1系統(tǒng)整體程序結(jié)構(gòu)圖5.2.2原點(diǎn)復(fù)位操作程序當(dāng)控制系統(tǒng)要執(zhí)行自動(dòng)操作控制，而此時(shí)機(jī)械手又不在原點(diǎn)位置時(shí)，就需要對機(jī)械手進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)位控制，省去用手動(dòng)操作復(fù)位，可以減輕人力和勞力。不管在任何位置，只要機(jī)械手按照程序，執(zhí)行上升、縮短、旋轉(zhuǎn)和松開動(dòng)作就可以自動(dòng)復(fù)位。需要注意的是，在執(zhí)行松開動(dòng)作之前，要對機(jī)械手指上是否夾的有物件進(jìn)行檢測，假設(shè)沒有物件，那么執(zhí)行松開動(dòng)作；假設(shè)有物件那么不執(zhí)行松開動(dòng)作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。據(jù)此，設(shè)計(jì)原點(diǎn)復(fù)位操作程序，見附錄二。5.2.3單操作程序在設(shè)計(jì)單操作程序時(shí)，為了防止發(fā)生誤動(dòng)作而產(chǎn)生不平安事故，需要插入一些聯(lián)鎖電路。將加載開關(guān)撥到“左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)〞檔時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右轉(zhuǎn)；按下停止按鈕，機(jī)械手左轉(zhuǎn)。且這兩個(gè)動(dòng)作只能當(dāng)機(jī)械手處于上限位置時(shí)才能執(zhí)行，即為平安起見，設(shè)上限平安聯(lián)鎖保護(hù)。同理，在加載開關(guān)撥到“伸長/縮短〞時(shí)，設(shè)立上限平安聯(lián)鎖保護(hù)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手縮短；按下停止按鈕，機(jī)械手伸長。在加載開關(guān)撥到“抓緊/放開〞時(shí)，設(shè)立下限平安聯(lián)鎖保護(hù)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手抓緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放開。在加載開關(guān)撥到“上升/下降〞時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降；按下停止按鈕，機(jī)械手上升。根據(jù)要求和需要，設(shè)計(jì)單操作程序，見附錄三。5.2.4自動(dòng)操作程序在自動(dòng)操作程序設(shè)計(jì)，是控制系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一個(gè)局部，該局部的控制必須具有穩(wěn)定性，靈活性，且系統(tǒng)必須參加報(bào)警程序，在每當(dāng)機(jī)械手下降前用光電開關(guān)對工作臺(tái)進(jìn)行有無物件檢測。由于單周期操作控制和連續(xù)控制都將采用自動(dòng)操作程序，所以需要用一個(gè)中間繼電器M1.0來控制和選擇具體執(zhí)行哪種控制方式，假設(shè)此時(shí)為單周期操作狀態(tài)，那么M1.0斷開，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移回到S0.0，機(jī)械手將停在原點(diǎn)；假設(shè)此時(shí)為連續(xù)工作狀態(tài)，那么M1.0接通，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移回到S0.1，重復(fù)執(zhí)行自動(dòng)程序。在運(yùn)行中，如按停止按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作執(zhí)行完當(dāng)前一個(gè)周期后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。假設(shè)出現(xiàn)緊急情況按下急停按鈕，或者PLC掉電，那么機(jī)械手會(huì)立即停止動(dòng)作。重新啟動(dòng)后，先用手動(dòng)操作或者執(zhí)行原點(diǎn)自動(dòng)復(fù)位程序，使機(jī)械手復(fù)位到原點(diǎn)位置后，在重新啟動(dòng)，機(jī)械手會(huì)重新開始自動(dòng)操作。綜合考慮后，設(shè)計(jì)自動(dòng)操作程序，見附錄四。圖5-2自動(dòng)操作控制方式流程圖5.3控制系統(tǒng)調(diào)試局部按照設(shè)計(jì)要求和任務(wù)，設(shè)計(jì)完軟件、硬件系統(tǒng)后，要對程序進(jìn)行檢查，對各系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試，最后總裝統(tǒng)調(diào)。這局部是在實(shí)驗(yàn)室完成了，整個(gè)過程是利用STEP7-200軟件按一下順序和方法完成調(diào)試。1、將所設(shè)計(jì)程序編寫完成后，進(jìn)行編譯程序，編譯后在屏幕下部的輸出窗口顯示語發(fā)錯(cuò)誤的數(shù)量、各條語法錯(cuò)誤的原因和產(chǎn)生錯(cuò)誤的位置。結(jié)果：在過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤3個(gè)，并及時(shí)改正錯(cuò)誤，并編譯成功。2、連接硬件電路，并仔細(xì)檢查，然后連接計(jì)算機(jī)與模擬實(shí)驗(yàn)箱，使計(jì)算機(jī)與PLC建立起通信連接，再對程序進(jìn)行下裝，點(diǎn)擊下裝操作后，在對話框中可以選擇是否下載程序塊、數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊。單擊“確定〞即可下裝。假設(shè)程序錯(cuò)誤或者在編程軟件中設(shè)置的PLC型號(hào)與實(shí)際型號(hào)不符，下裝失敗，需作相應(yīng)的修改后才能成功下載。結(jié)果：在此過程中，除此下載失敗，原因是PLC的型號(hào)和CPU的版本與實(shí)際不符。但是改正后，再次下載，仍然失敗。經(jīng)過認(rèn)真的排查，原因是程序錯(cuò)誤，是對子程序條件換回指令〔CRET〕使用錯(cuò)誤，再次改正后下載成功。3、運(yùn)行程序，開始調(diào)試。用狀態(tài)表來讀、寫、強(qiáng)制和監(jiān)視PLC的內(nèi)部編程元件。選擇菜單命令“調(diào)試——程序狀態(tài)〞或者單擊工具條中的程序狀態(tài)按鈕，在語句表中啟動(dòng)程序狀態(tài)監(jiān)控，狀態(tài)數(shù)值的顏色表示指令的執(zhí)行情況，黑色表示該指令被正確執(zhí)行；紅色表示指令執(zhí)行時(shí)有錯(cuò)誤，灰色表示指令沒有被執(zhí)行〔其原因是棧頂?shù)闹禐?，或者該指令在一個(gè)沒有被激活的SCR塊中〕；空白表示該指令沒有被執(zhí)行。在梯形圖中有顯示出各個(gè)編程元件的狀態(tài)，如果位操作數(shù)為1〔ON〕，觸點(diǎn)、線圈將出現(xiàn)彩色塊，并允許以最快的通信速度顯示、更新觸點(diǎn)和線圈的狀態(tài)。從這些狀態(tài)中可以看到系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程是否符合設(shè)計(jì)要求和任務(wù)。結(jié)果：調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)5處錯(cuò)誤，其中有2處是動(dòng)作過程錯(cuò)誤，沒有按照設(shè)計(jì)的過程運(yùn)行，這由書寫程序時(shí)大意造成；有1處錯(cuò)誤是對順空繼電器指令理解不夠深刻；還有2處是屬于硬件接線錯(cuò)誤。對所有錯(cuò)誤都逐一改正后，運(yùn)行，調(diào)試成功。4總裝與統(tǒng)調(diào)嚴(yán)格說，總裝統(tǒng)調(diào)是可編程控制器設(shè)計(jì)構(gòu)成控制系統(tǒng)的最后一個(gè)設(shè)計(jì)步驟。在對系統(tǒng)做模擬調(diào)試成功后，進(jìn)行總裝統(tǒng)調(diào)。也就是在進(jìn)行完總體設(shè)計(jì)以及具體的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，除了要分別對硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試外，還必須對軟、硬件系統(tǒng)進(jìn)行合調(diào)試和試運(yùn)行，反復(fù)進(jìn)行修改調(diào)整，直到整個(gè)控制系統(tǒng)全部投入正常工作為止。注：由于此局部是需要在實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)用中實(shí)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室無法完成，且本次設(shè)計(jì)屬于理論研究，所以此步驟省略，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試局部到調(diào)試程序成功結(jié)束。第6章總結(jié)通過為期兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入收尾階段，本論文以立體倉庫為載體，對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的一些普遍問題作了分析和研究，并設(shè)計(jì)立體倉庫機(jī)械手模型。在分析機(jī)械手結(jié)構(gòu)和用途的根底上，著重進(jìn)行了機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)。機(jī)械手控制系統(tǒng)采用PCL控制，系統(tǒng)硬件具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格廉價(jià)、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)采用了4種控制方式，可自動(dòng)和手動(dòng)操作，也可單周期和連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)設(shè)有自動(dòng)回原點(diǎn)程序。且程序可以靈活改變，可以根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。在設(shè)計(jì)過程中，掌握了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和方法，完成了設(shè)計(jì)初期制定的任務(wù)和要求。通過設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)和掌握了立體倉庫和機(jī)械手方面的根本知識(shí)，了解了自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)在各行各業(yè)中的運(yùn)用和開展?fàn)顩r，知道了其開展趨勢和開展前景，穩(wěn)固了可編程控制器等自動(dòng)化專業(yè)課程的相關(guān)知識(shí)。由于時(shí)間原因，本次設(shè)計(jì)還有些問題需要進(jìn)一步研究，比方，對機(jī)械手運(yùn)行速度的控制，對機(jī)械手各模塊之間的連接方式的改良等方面。雖然，還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信對利用PLC控制機(jī)械手的研究是非常有新意、有意義的，它有著廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)【1】張萬忠,劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.【2】常斗南.可編程序控制器原理、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，1998.【3】張萬忠.可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例〔西門子S7-200系列〕[M].北京：中國電力出版社，2004.【4】西門子公司．S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(第四版)[M]．西門子，2003．【5】張維君，索世文,牛軍.PLC在自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2004,4(2).【6】萬理想,丁保華.PLC在物料分揀機(jī)械手控制中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械.2007.4.【7】李超.氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā)[D].西安:陜西科技大學(xué).2003【8】楊華，李欣，鐘敏．自動(dòng)化立體倉庫堆跺機(jī)揀選作業(yè)調(diào)度研究[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械．2005.03，23—26．【9】周天沛，代洪.基于PLC的自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械.2023.02..【10】趙妍，劉志珍，張新.PLC在模擬立體倉庫中的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代.2005.5.致謝本課題設(shè)計(jì)論文能最終順利完成，首先應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師邵雪卷老師自始至終給予的細(xì)致指導(dǎo)和無盡的關(guān)心幫助。在設(shè)計(jì)過程中，老師時(shí)時(shí)給我熱情的鼓勵(lì)和不倦的教誨，在設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法上給我了諸多啟示，解答了很多難題。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和求實(shí)的工作態(tài)度深深地影響了我，令我受益非淺。在此我對邵老師表示無盡的感謝！其次，還要感謝自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的老師，以及和我一起在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的同學(xué)，在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中，是他們給我提出了珍貴的意見，給我了很大的幫助，在此我表示深深的謝意！同時(shí)，我要向電子信息工程學(xué)院團(tuán)委老師、我的年級輔導(dǎo)員和班主任表示深深的感謝！最后，我要感謝父母、家人，感謝在大學(xué)期間所有給我過幫助、關(guān)心過我的同學(xué)和老師！附錄附錄一：主程序假設(shè)工作方式選擇開關(guān)撥至原點(diǎn)復(fù)位操作控制方式，那么I1.4接通，那么執(zhí)行子程序SBR-0；否那么跳過子程序SBR-0。假設(shè)工作方式選擇開關(guān)撥至單操作控制方式，那么I1.3接通，那么執(zhí)行子程序SBR-1；否那么跳過子程序SBR-1。假設(shè)工作方式選擇開關(guān)撥至單周期操作或者連續(xù)操作控制方式，那么I1.5或I1.6接通，那么執(zhí)行子程序SBR-2；假設(shè)I1.5和I1.6都斷開，那么跳過子程序SBR-2。程序結(jié)束。附錄二：子程序1——原點(diǎn)復(fù)位程序狀態(tài)S0.0：假設(shè)工作方式選擇原點(diǎn)復(fù)位開關(guān)，那么I1.4，狀態(tài)S0.0置1，執(zhí)行狀態(tài)S0.0。判斷機(jī)械手是否在上升限位位置，假設(shè)不在上升限位位置，那么I0.2斷開，機(jī)械手上升，當(dāng)碰到上升限位開關(guān)I0.2時(shí)，機(jī)械手停止上升，狀態(tài)轉(zhuǎn)至S0.1；假設(shè)在上升限位位置，那么I0.2接通，狀態(tài)直接轉(zhuǎn)至S0.1。狀態(tài)S0.1：判斷機(jī)械手是否在縮短限位位置，假設(shè)不在縮短限位位置，那么I0.4斷開，機(jī)械手縮短，當(dāng)碰到縮短限位開關(guān)I0.4時(shí)，機(jī)械手停止縮短，狀態(tài)轉(zhuǎn)至S0.2