機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

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井式加熱爐抓取機(jī)械手電氣 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 作者姓名：王強(qiáng) 專業(yè)名稱：自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：楊斌 講師 摘要 工業(yè)機(jī)械手是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程且能在四維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。對(duì)穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要作用，特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。 本課題主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一抓取機(jī)械手來完成無人化工廠中某一階段性工作。機(jī)械手系統(tǒng)采用圓柱坐標(biāo)方式，由PLC作為中央控制單元，控制三路交流伺服驅(qū)動(dòng)器、位置單元模塊及其它功能塊，驅(qū)動(dòng)各軸伺服電機(jī)準(zhǔn)確定位。定位完成后，再執(zhí)行手部抓取動(dòng)作，以完成指定任務(wù)。設(shè)計(jì)了上位機(jī)組態(tài)，方便人們監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況以及實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位，并簡(jiǎn)單敘述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及調(diào)試方法。 本文重點(diǎn)解決的問題——電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本課題中主要內(nèi)容： (1) 機(jī)械手方案設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型； (2) 電氣控制系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)； (3) 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)； (4) 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試； 關(guān)鍵詞：機(jī)械手 交流伺服控制器 PLC 組態(tài) 松下 Abstract Industrial machinery hand is a fake person operation, automatic control, programmable and can complete all kinds of operations in four-dimensional space electromechanical integration automatic production equipment. To stabilize and improve product quality, improve production efficiency, improve labor conditions and the rapid upgrading of products plays a very important role, especially suitable for many varieties, varying quantities of flexible production. The main task is to design a gripping manipulator to complete no chemical plant in a phased work. Manipulator system using a cylindrical coordinate, by PLC as the central control unit, control of three AC servo driver, position unit module and other functional blocks, the axis servo motor positioning. Positioning is completed, then the execution of hand grasping movements, to complete the assigned task. Design of PC configuration, convenient for people to monitor the site operation and the realization of accurate fault location, and briefly narrates system parameter setting and debugging method. This paper focus on solving problems -- electrical control system design In this paper the main contents: (1) manipulator design and drive the motor selection; (2) the electrical control system hardware circuit design; (3) the control system program design; (4) PC configuration design and system debugging; Key words: manipulator, Panasonic, AC servo controller, PLC, configuration 目錄 摘要 2 Abstract 3 目錄 4 前言 6 1 緒論 8 1.1機(jī)械手概況 8 1.2 機(jī)械手簡(jiǎn)史 8 1.3 機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r 9 1.4 簡(jiǎn)述機(jī)械手分類 10 1.5 機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì) 12 1.6 本課題任務(wù) 12 2 抓取機(jī)械手方案設(shè)計(jì) 14 2.1機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及基本參數(shù) 14 2.2手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 2.3機(jī)械手移動(dòng)基座設(shè)計(jì) 17 2.3.1基座設(shè)計(jì) 17 2.3.2 基座伺服電機(jī)選型 18 2.4 升降系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 2.4.1 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 2.4.2 升降伺服電機(jī)選型 21 3 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 3.1 伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介 23 3.1.1 交流伺服電機(jī) 23 3.1.2 伺服控制器 24 3.2 機(jī)械手電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 3.2.1主電路設(shè)計(jì) 27 3.2.2控制電路設(shè)計(jì) 28 4 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 4.1 可編程邏輯控制器 32 4.2 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)及地址分配 36 4.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 39 4.3.1 加熱爐放料程序設(shè)計(jì) 39 4.3.2 加熱爐取料及淬火程序設(shè)計(jì) 45 5上位機(jī)組態(tài)及系統(tǒng)調(diào)試 49 5.1 組態(tài)概念介紹 49 5.2 機(jī)械手系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) 51 總結(jié) 53 致謝 54 參考文獻(xiàn) 55 附錄一 56 附錄二 57 前言 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(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。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。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；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，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(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。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)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)中獲得廣泛的引用。 1 緒論 1.1機(jī)械手概況 機(jī)械手是由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種能在四維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化設(shè)備。特別適合多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用，因此，機(jī)械手廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手技術(shù)是綜合控制論、信息論、計(jì)算機(jī)、機(jī)構(gòu)學(xué)、傳感技術(shù)、人工智能、運(yùn)籌學(xué)、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高技術(shù)，也是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。一般說來，機(jī)械手的應(yīng)用情況，可衡量了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)自動(dòng)化水平。 機(jī)械手是綜合了人和機(jī)器的特長(zhǎng)，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，可以說它是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 1.2 機(jī)械手簡(jiǎn)史 現(xiàn)代意義的機(jī)械手最先是由美國(guó)開始研制的。它是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)械手研究始于二十世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)1947年開發(fā)了遙控式機(jī)械手，第二年又開發(fā)了主從式機(jī)械手。 1958年，美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出示教型機(jī)械手，結(jié)構(gòu)是機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁閥抓放機(jī)構(gòu)。1962年，公司在上述方案基礎(chǔ)上又研發(fā)一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。取名為Unimate，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，手臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，使用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)采用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。很多球面坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年，該公司與普爾曼公司合并出成立萬能自動(dòng)公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1978年美國(guó)Unimate公司與斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Viccarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 二十世紀(jì)八十年代以后，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，性能指標(biāo)在不斷提高。目前，機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦、冶金、石油、化工、船舶等領(lǐng)域，同時(shí)也擴(kuò)大到航空、航天、醫(yī)藥、生化、軍事等高科技領(lǐng)域以及諸如家庭保潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)行業(yè)。 機(jī)械手的發(fā)展可大致分為三個(gè)階段。第一階段，機(jī)械手只能根據(jù)事先編制好的程序來工作，純機(jī)械式操作。第二階段，機(jī)械手具有觸覺、視覺、聽覺、力覺等功能，它可以根據(jù)外界的不同信息做出相應(yīng)的反饋。第三階段，機(jī)械手不僅能感知外面的世界，還具有自我學(xué)習(xí)，知識(shí)記憶的功能，它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持實(shí)時(shí)聯(lián)系，并逐步發(fā)展為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 1.3 機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r 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?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程自動(dòng)化已經(jīng)基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié)不是連續(xù)的。因此，比如迫切需求裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。 近年來全球機(jī)械手行業(yè)發(fā)展迅速（圖1-1）。人性化、重型化、微型化、智能化已經(jīng)成為未來機(jī)械手產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。有資 圖1.1 全球每年新投入使用的機(jī)械手?jǐn)?shù)量 料顯示，工業(yè)機(jī)械手在汽車工業(yè)、機(jī)床工業(yè)、金屬加工業(yè)和食品工業(yè)應(yīng)用明顯增加。同時(shí)，服務(wù)機(jī)械手的市場(chǎng)前景也不容小覷，如家用服務(wù)機(jī)械手、割草機(jī)械手、康復(fù)機(jī)械手等。 我國(guó)于1972年開始研制工業(yè)機(jī)械手，經(jīng)過幾年攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)械手成套技術(shù)（包括機(jī)械手本體、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)單元、測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等）的開發(fā)，研制出噴涂、弧焊、點(diǎn)焊和搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)械手整機(jī)，幾類專用和通用控制系統(tǒng)及關(guān)鍵元部件等，并在生產(chǎn)中經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用考核。在國(guó)家政策的支持下，經(jīng)過不懈努力，九十年代后半期實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)機(jī)械手商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。 1.4 簡(jiǎn)述機(jī)械手分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，目前國(guó)內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)界一般按驅(qū)動(dòng)方式、使用范圍和控制系統(tǒng)等進(jìn)行劃分。 按驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)械手分可液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)和電力傳動(dòng)。液壓機(jī)械手主要特點(diǎn)是，抓重可達(dá)幾百千克以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，且不宜在高溫、低溫下工作。若采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，這使得機(jī)械手通用性擴(kuò)大，但其制造精度高，油液過濾嚴(yán)格。氣壓傳動(dòng)機(jī)械手主要特點(diǎn)為輸出力小、氣動(dòng)動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性差，沖擊大，抓重一般為30千克一下，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中工作。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手運(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，常被用于工作主機(jī)的上、下料。電力傳動(dòng)機(jī)械手不需要中間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)和使用方便。 按使用用途可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種。專用機(jī)械手是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低廉等特點(diǎn)，適用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)上產(chǎn)線上的上下料機(jī)械手、自動(dòng)換刀機(jī)械手等。而通用機(jī)械手具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的特點(diǎn)。在性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序可變，通過調(diào)整可在不同的場(chǎng)合中使用，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)。 按控制方式分可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制。點(diǎn)位控制其實(shí)是空間點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中的幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡，若控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。而連續(xù)軌跡控制其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限個(gè)，整個(gè)移動(dòng)過程平穩(wěn)、準(zhǔn)確，并且適用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜，這類工業(yè)機(jī)械手一般采用微型計(jì)算機(jī)控制，如PLC、單片機(jī)、嵌入式PC等。 本論文機(jī)械手采用電力傳動(dòng)方式，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，精度高，工作迅速、平穩(wěn)、可靠，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工業(yè)，如噴漆、碼垛等。 1.5 機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì) 自20世紀(jì)90年代以來，由于具有一般功能的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用趨向飽和，而許多高級(jí)生產(chǎn)和特種應(yīng)用則需要具有各種智能的機(jī)械手參與，因而促使智能機(jī)械手獲得較為迅速的發(fā)展。無論從國(guó)際或國(guó)內(nèi)角度看，復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展機(jī)械手產(chǎn)業(yè)的一條重要路徑就是開發(fā)各種智能機(jī)械手，以提高機(jī)械手的性能，擴(kuò)大其功能和應(yīng)用領(lǐng)域。 回顧近年來國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展歷程，大致有以下發(fā)展趨勢(shì)。傳感型智能機(jī)械手發(fā)展較快，如臨場(chǎng)感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多智能機(jī)械手系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等。智能機(jī)械手和高級(jí)工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)單緊湊，其高性能部件甚至全部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已向模塊化方向發(fā)展。汽車工業(yè)、工程機(jī)械、建筑、電子、電機(jī)工業(yè)及家電行業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，引進(jìn)高級(jí)機(jī)械手技術(shù)，采用柔性自動(dòng)化和智能化設(shè)備，改造原有生產(chǎn)手段，使機(jī)械手及其生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展呈上升趨勢(shì)。重型、小型和微型機(jī)械手的研究也是熱點(diǎn)之一，重型機(jī)械手可應(yīng)用于大型和重型裝備智能化和無人化，小型機(jī)械手移動(dòng)靈活方便、速度快、精度高，適于進(jìn)入大中型工件進(jìn)行直接作業(yè)，微型機(jī)械手可用于醫(yī)療和軍事領(lǐng)域。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)發(fā)展也是一個(gè)重要方向。 1.6 本課題任務(wù) 本課題主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一機(jī)械手來完成無人化工廠中某一階段性工作。移動(dòng)式機(jī)械手在將來料傳送帶上的工件放入井式加熱爐中，加熱時(shí)間不低于5小時(shí)，隨后將其取出，在淬火池F中淬火60秒，最后取出工件，放入去料傳送帶上，然后返回來了傳送帶，點(diǎn)并重復(fù)以上操作，其過程均為自動(dòng)完。 移動(dòng)式機(jī)械手將來料傳送帶A上的工件放入井式加熱爐中，加熱時(shí)間不低于5小時(shí)，隨后將其取出，在淬火池F中淬火60秒，最后取出工件，放入去料傳送帶G上，然后返回來了傳送帶，點(diǎn)并重復(fù)以上操作，其過程均為自動(dòng)完成。系統(tǒng)設(shè)定為，當(dāng)加熱爐內(nèi)工件放滿后，外圍系統(tǒng)自動(dòng)將爐蓋關(guān)閉，在取出工件時(shí)，又自動(dòng)打開，并且來料傳送帶末端、去料傳送帶始端都安裝有工件檢測(cè)裝置。 圖1.2 機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)行平面圖 機(jī)械手系統(tǒng)控制要求如下： 1 該抓取式機(jī)械手系統(tǒng)，機(jī)械手基座通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可在導(dǎo)軌上來回滑動(dòng)，為保證基座在移動(dòng)的過程中不至于機(jī)械損傷，在導(dǎo)軌的兩端分別加入限位開關(guān)。同理，升降和回轉(zhuǎn)兩軸也分別加入限位開關(guān)，使機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)行更可靠。 2 機(jī)械手三軸可聯(lián)動(dòng)，當(dāng)某一軸到達(dá)指定位置時(shí)，其余軸可繼續(xù)動(dòng)作。 3 工件在井式加熱爐中保溫至少5小時(shí)，淬火60秒。 4 機(jī)械手基座和升降裝置速度最大為，加速度最大為， 其中基座可移動(dòng)范圍為，升降裝置移動(dòng)范圍。搖臂裝置回轉(zhuǎn)角度，其旋轉(zhuǎn)半徑為。 5 機(jī)械手系統(tǒng)還具有完善的報(bào)警功能，且故障能迅速定位。 6 對(duì)機(jī)械手的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急、檢修等情況下臨時(shí)使用。 2 抓取機(jī)械手方案設(shè)計(jì) 2.1機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及基本參數(shù) 根據(jù)本課題機(jī)械手示意圖如圖2.1所示，機(jī)械手底座采用單軸滑臺(tái)移動(dòng)方式，機(jī)械手可往復(fù)旋轉(zhuǎn)，升降采用絲杠傳動(dòng)，其 圖2.1 機(jī)械手示意圖 驅(qū)動(dòng)均采用交流伺服電機(jī)。手臂不可伸縮，手部采用夾持式抓取工件，由于工作環(huán)境溫度高，驅(qū)動(dòng)手部動(dòng)作的電磁線圈及其附屬電氣設(shè)備均遠(yuǎn)離抓手。 本設(shè)計(jì)方案采用圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，各動(dòng)作由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，動(dòng)作的先后順序按照運(yùn)行中的限位開關(guān)、PLC的定時(shí)器和中間繼電器等控制，機(jī)械手主要作用是完成工件在加工過程中的抓取和搬運(yùn)等任務(wù)。本裝置主要由機(jī)械手臂、交流伺服電機(jī)、抓手、導(dǎo)軌、可編程序控制器（PLC）等組成。機(jī)械手手臂為曲線運(yùn)動(dòng)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械抓手的張、合等動(dòng)作由電磁線圈驅(qū)動(dòng)完成。為提高控制精度，伺服系統(tǒng)采用位置控制模式。 課題基本參數(shù)的確定 1、 手部負(fù)重：10Kg（抓取物體的形狀為正六柱體，密度） 2、 自由度數(shù)：2個(gè)，沿Z軸上下移動(dòng)，繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)座可沿X軸直線往復(fù)移動(dòng) 3、 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo) 4、 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 旋轉(zhuǎn)半徑： 上下行程： 升降速度：小于或等于 回轉(zhuǎn)角度： 回轉(zhuǎn)速度：小于或等于 5、 機(jī)座（X軸）運(yùn)行參數(shù)： 行程： 速度：小于或等于 6、 定位方式：閉環(huán)伺服定位 7、 重復(fù)定位精度： 8、 驅(qū)動(dòng)方式：交流伺服電機(jī)，電磁方式 9、 控制方式：可編程序控制器（PLC） 2.2手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手部機(jī)構(gòu)是機(jī)械手直接與工件、工具等接觸的部件，它能模仿人手的部分功能，根據(jù)被抓去工件、工具等的形狀、尺寸、重量、易碎性、表面粗糙度的不同，工業(yè)中使用多種形式的手部機(jī)構(gòu)，如鉗爪式、磁吸式等。而鉗爪式手部機(jī)構(gòu)是最常見的形式之一，手爪有兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)，其中兩個(gè)的最多。抓取共工件方式有外卡式和內(nèi)撐式，本文采用外卡式機(jī)械機(jī)構(gòu)。 在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮以下問題。在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)該考慮在操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和震動(dòng)，以保證工件不致于產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置的夾角應(yīng)該保證工件能順利進(jìn)入或脫開。根據(jù)工件形狀選取相應(yīng)的手指形狀以便準(zhǔn)確抓取。機(jī)械手指還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，并且耐高溫，以防折斷和彎曲，盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。 本課題機(jī)械手手指結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，抓取工件重量，其中 ，，V型手指的角度，摩擦系數(shù)，根據(jù)手指夾持工件方位，可得握力計(jì)算公式算公式 圖2.2 機(jī)械手手指示意圖 代入解得，其驅(qū)動(dòng)力大小 代入解得，實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 傳力機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條傳動(dòng)，取，，若抓取工件的最大加速度取時(shí)，則 所以 因此，夾持工件時(shí)所需加緊的驅(qū)動(dòng)力為。所以，電磁線圈最小驅(qū)動(dòng)力大于夾緊時(shí)的驅(qū)動(dòng)力。選擇驅(qū)動(dòng)能力為2500N的電磁線圈作為抓手驅(qū)動(dòng)器。 2.3機(jī)械手移動(dòng)基座設(shè)計(jì) 2.3.1基座設(shè)計(jì) 機(jī)械手底座由機(jī)座滑塊、導(dǎo)軌、交流伺服電機(jī)等組成，機(jī)座采用滾珠絲桿傳動(dòng)，它可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想裝置，其示意結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示。圖2.3 基座傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力兼具高精度、可逆性和高效率等特點(diǎn)，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾珠絲杠與滑動(dòng)絲杠相比驅(qū)動(dòng)力為三分之一，由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到三分之一以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的三分之一，因此，在節(jié)能方面很有幫助。利用滾珠運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。滾珠絲杠副可以加予壓力，由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性。同時(shí)，滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 2.3.2 基座伺服電機(jī)選型 機(jī)座伺服電機(jī)容量選擇。滾珠絲杠基本參數(shù)確定為：機(jī)身與負(fù)載部分總質(zhì)量，滾珠絲杠的長(zhǎng)度，滾珠絲杠直徑，滾珠絲杠螺距，滾珠絲杠效率，移動(dòng)距離，聯(lián)軸器慣量，移動(dòng)速度，加速度。 以下為計(jì)算主過程： 滾珠絲桿質(zhì)量 負(fù)載部分慣量 預(yù)選松下交流伺服電機(jī)MSME系列 ，則 慣量比 若選用，則，其慣量比為。 轉(zhuǎn)速 最長(zhǎng)加速時(shí)間，最長(zhǎng)減速時(shí)間，勻速時(shí)間 移動(dòng)轉(zhuǎn)矩 加速時(shí)轉(zhuǎn)矩 由于，同理可得，減速時(shí)轉(zhuǎn)矩。已知最大轉(zhuǎn)矩。查表附錄一，1.5KW額定轉(zhuǎn)矩。所以， 。 根據(jù)以上計(jì)算，轉(zhuǎn)矩有較大的余量，慣量比也在適當(dāng)范圍內(nèi)，選擇MSME系列的伺服電機(jī)是正確的。再根據(jù)松下電機(jī)說明書，選擇電機(jī)電壓規(guī)格200V，旋轉(zhuǎn)編碼器選擇增量式，選擇直軸、無制動(dòng)器和有油封的電機(jī)結(jié)構(gòu)，則該電機(jī)型號(hào)為MSME152G1S。 2.4 升降系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.4.1 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在當(dāng)今的工程實(shí)際中，對(duì)于垂直升降機(jī)構(gòu)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，常見的有“剪叉式”和“伺服電機(jī)+滾珠絲杠”方式，不過由于使用場(chǎng)合、提升要求達(dá)到的精度以及垂直方向上空間的限制的要求不同，兩種驅(qū)動(dòng)方式也有很大的差異。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)圖2.4 升降結(jié)構(gòu)示意圖 動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高、磨損小、運(yùn)動(dòng)平衡、無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)。它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸拓展，滾珠絲杠因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器?！八欧姍C(jī)+滾珠絲杠+滾動(dòng)直線導(dǎo)軌”驅(qū)動(dòng)主要用于環(huán)境潔凈為100級(jí)、垂直方向上空間尺寸受限制且精度要求較高的場(chǎng)合。 升降機(jī)構(gòu)安裝在密閉的箱子里面，其中是潔凈度為100級(jí)的環(huán)境，箱子中內(nèi)部?jī)舾?，需要在里面?shí)現(xiàn)提升有效行程為，才能把物體送達(dá)指定位置。因此，選用“伺服電機(jī)+滾珠絲杠”最為適宜。升降結(jié)構(gòu)主要由交流伺服電機(jī)、渦輪蝸桿減速器、托板、連接塊、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等組成。機(jī)械手小臂固定在托板上面，由于絲杠僅能承受軸向力，為了避免偏載對(duì)絲杠的彎矩，設(shè)計(jì)兩根滾珠直線導(dǎo)軌并固定在滾珠絲杠的兩側(cè)，同時(shí)為了防止絲杠在運(yùn)動(dòng)中卡死現(xiàn)象，使連接塊與托板不剛性連接且留有微量間隙。絲杠傳動(dòng)帶動(dòng)托板上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到升降的目的。 2.4.2 升降伺服電機(jī)選型 升降機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)的選型，拖動(dòng)總質(zhì)量為，滾珠絲杠長(zhǎng)度為，滾珠絲杠直徑為，滾珠絲杠螺距，滾珠絲杠傳動(dòng)效率，移動(dòng)距離，聯(lián)軸器慣量，加速度，移動(dòng)速度為。 計(jì)算主要過程如下： 滾珠絲杠質(zhì)量 負(fù)載部分慣量 預(yù)選松下MSME交流伺服電機(jī)，則 慣量比 轉(zhuǎn)速 加速時(shí)間 加速升降高度 由于，減速時(shí)間 勻速運(yùn)行時(shí)間 移動(dòng)轉(zhuǎn)矩 加速時(shí)轉(zhuǎn)矩 由于，同理可得，減速時(shí)轉(zhuǎn)矩，已知最大轉(zhuǎn)矩。查表附錄一，750W額定轉(zhuǎn)矩。所以。 根據(jù)以上計(jì)算，轉(zhuǎn)矩有較大的余量，慣量比也在適當(dāng)范圍內(nèi)，選擇MSME系列的伺服電機(jī)是可行的。再根據(jù)松下電機(jī)說明書，選擇伺服電機(jī)型號(hào)為MSME082G1S。 3 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介 3.1.1 交流伺服電機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為勵(lì)磁繞組，另一組為控制繞組， 交流伺服電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，勵(lì)磁繞組兩端施加恒定的勵(lì)磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動(dòng)機(jī)很快就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 通入勵(lì)磁繞組及控制繞組的電流在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個(gè)繞組上所加的電壓反相時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向就發(fā)生改變，電機(jī)的方向也發(fā)生改變。 為了在電機(jī)內(nèi)形成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，要求勵(lì)磁電壓Uf和控制電壓UK之間應(yīng)有90度的相位差，常用的方法有：利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90度的移相；利用三相電源的任意線電壓；采用移相網(wǎng)絡(luò)；在激磁相中串聯(lián)電容器。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能隨著控制電壓的變化在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的機(jī)械特性接近線性，以保證伺服電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并有利于提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。伺服電機(jī)還具有無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即當(dāng)控制電壓為零時(shí)，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并且其機(jī)電時(shí)間常數(shù)比較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等特點(diǎn)。因此，在控制系統(tǒng)中常被作為執(zhí)行元件。 對(duì)交流伺服電機(jī)的而言，從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。同時(shí)電機(jī)還應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 本文采用松下交流伺服電機(jī)A5 MSME系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品它具有小型化設(shè)計(jì)，通過對(duì)通過對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行最佳熱分析實(shí)現(xiàn)小型化，與過去相比，體積75%，重量80% ，使用薄模具鋼板的新沖片工藝，大幅度降低鐵損，電機(jī)長(zhǎng)度縮短(過去的70%)。方便備貨與維護(hù)采用電流分級(jí)法，一款驅(qū)動(dòng)器適配多款電機(jī)，并且增加了高速超小慣量電機(jī)以適應(yīng)更多場(chǎng)合。它還具有良好的速度控制特性，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩。效率可達(dá)到90%以上，發(fā)熱量低。高速、高精確的位置控制，并且在額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)恒力矩。低噪音，沒有電刷的磨損，免維護(hù)。不產(chǎn)生磨損顆粒、沒有火花，適用于無塵間、易暴環(huán)境，性價(jià)比較高。 圖3.1 伺服電機(jī)結(jié)構(gòu) 3.1.2 伺服控制器 伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。 圖3.2 松下伺服驅(qū)動(dòng)器A5 目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，伺服驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡(jiǎn)單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰? 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求調(diào)速范圍寬、定位精度高并且有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)具有快速響應(yīng)，無超調(diào)。為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，伺服驅(qū)動(dòng)器還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。伺服控制器可低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)。一般來說，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過載4～6倍而不損壞。它可靠性高，要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。 本論文選用松下伺服驅(qū)動(dòng)器A5系列E型產(chǎn)品，其前面板如圖3.2所示。該系列產(chǎn)品采用獨(dú)特算法，使速度頻率響應(yīng)提高2倍，達(dá)到500HZ，定位超調(diào)整定時(shí)間縮短為以往產(chǎn)品的四分之一。還具有共振抑制和控制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，從而實(shí)現(xiàn)高速定位。A5系列產(chǎn)品具有全閉環(huán)控制功能，通過外接高精度的光柵尺，構(gòu)成全閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。它還具有一系列方便使能的功能，內(nèi)設(shè)有頻率解析功能（FFT），從而可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。驅(qū)動(dòng)器上配有RS485、RS32C通信接口，上位控制器可同時(shí)控制多達(dá)16個(gè)軸。驅(qū)動(dòng)器可選配多種編碼器，有普通型、高精度型和特殊型之分，因此，適用范圍比較廣。 3.2 機(jī)械手電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2.1主電路設(shè)計(jì) 主電路主要有漏電斷路器（RCD）、配線斷路器（MCCB）、噪音濾波器（NF）、電磁接觸器（MC）、電抗器（L）、伺服驅(qū)動(dòng)器、交流伺服電機(jī)等組成。 漏電斷路器主要是當(dāng)電路中漏電電流超過預(yù)定值時(shí)能自動(dòng)動(dòng)作的開關(guān)。常用的漏電斷路器分為電壓型和電流型兩類，而電流型又分為電磁型和電子型兩種。 漏電斷路器還可用于防止人身觸電，應(yīng)根據(jù)直接接觸和間接接觸兩種觸電防護(hù)的不同要求來選擇。同時(shí)為了保護(hù)電源線路，需要配置與電源容量相匹配的配線斷路器，以作為過電流保護(hù)裝置。加入噪音濾波器是為了防止外部噪音進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器電源線路，也降低驅(qū)動(dòng)器對(duì)外部線路的噪音干擾。電磁接觸器是為接通或斷開驅(qū)動(dòng)器的主電源，且嚴(yán)禁將其用于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止操作。 電抗器可抑制浪涌電流，在大功率電力電子電路中，合閘瞬間，往往產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊電流（浪涌電流），浪涌電流雖然作用時(shí)間短，但峰值卻很大。比如，電弧爐、大型軋鋼機(jī)，大型開關(guān)電源，UPS電源，變頻器等，開機(jī)浪涌電流往往超過正常工作電流的100倍以上。在輸入側(cè)串接電抗器，能有效的抑制這種浪涌電流。同時(shí)還可以抑制諧波電流，隨著電力電子技術(shù)的廣泛圖3.3 系統(tǒng)主線路接線圖 應(yīng)用，我們的電網(wǎng)中增加了大量的非線性負(fù)載，比如，AC－DC電源，UPS，變頻器等，它們都是以開關(guān)方式工作的。這些以開關(guān)方式工作的用電設(shè)備，往往變成了諧波電流的發(fā)生源，“污染”電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓波形畸變。諧波的危害之一便是中心線過載發(fā)熱燃燒。電抗器的接入，能有效抑制諧波污染。 機(jī)械手系統(tǒng)主電路接線如圖3.3所示。伺服驅(qū)動(dòng)器上B2、B3之間通常保持短路狀態(tài)。該系列伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)電源電壓等級(jí)要求比較寬泛，可在170V~250V 之間正常運(yùn)行。當(dāng)閉合漏電斷路器，電源經(jīng)過噪音濾波器濾波，再經(jīng)過熔斷器FU2，伺服驅(qū)動(dòng)器控制電源馬上得電，其電源指示燈點(diǎn)亮。此時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕ON時(shí)，電磁接觸器MC線圈得電，其常開觸點(diǎn)閉合，并進(jìn)入自保持狀態(tài)，為不致使控制線路因浪涌電流而出現(xiàn)故障，再加一個(gè)浪涌吸收器并聯(lián)在MC兩端。常開觸電閉合后，電源再經(jīng)過電抗器后就直接進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器的主回路。若斷開伺服驅(qū)動(dòng)器主回路，只需按一下常閉開關(guān)OFF，電磁接觸器線圈失電，常開觸點(diǎn)由原來的閉合轉(zhuǎn)換成斷開狀態(tài)，同時(shí)，控制線路中的自保持解鎖，伺服驅(qū)動(dòng)器主電路失電。若機(jī)械手系統(tǒng)發(fā)生故障，則常閉觸點(diǎn)ALM處于斷開狀態(tài)，同樣可使伺服驅(qū)動(dòng)器主電路斷電，來確保系統(tǒng)故障不進(jìn)一步擴(kuò)大。 伺服驅(qū)動(dòng)器主電路輸出端U、V和W三個(gè)接線端子分別接入伺服電機(jī)線纜的紅、白、黑三線，電機(jī)上的綠皮線與伺服控制器 圖3.5 系統(tǒng)運(yùn)行框圖 接地螺釘相連接，為防止觸電，再將驅(qū)動(dòng)器上的接地線端子與控制盤的地線進(jìn)行連接。驅(qū)動(dòng)器上的外置再生放電電阻接線端子B3與B2短路，NC端子懸空。 3.2.2控制電路設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行框圖如圖3.5所示，從圖中可以看出，PLC處于機(jī)械手系統(tǒng)的核心部位。既與上位機(jī)進(jìn)行時(shí)時(shí)通訊，可監(jiān)控整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，又是控制三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、位置控制器的主控元件，并且還控制手部抓取電磁閥等。驅(qū)動(dòng)器主電路就直接掛接伺服電機(jī)，而編碼器將電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋給驅(qū)動(dòng)器，以達(dá)到精 確位置控制目的。由于是三軸控制，參照松下《位置控制單元用戶手冊(cè)》和《交流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器系列使用說明書》，選擇產(chǎn)品如下表3－1所示。 表3-1 松下選型產(chǎn)品 類別 伺服驅(qū)動(dòng)器 位置控制器 伺服電機(jī) 基座系統(tǒng) MDDHT5540 AFPG432 MSME152G1S** 升降系統(tǒng) MDDHT3520 AFPG432 MSME082G1S** 搖臂系統(tǒng) MDDHT5540 AFPG432 MSME102G1S** 三軸上所選用產(chǎn)品僅功率不一致外，其他大體相同。因此，驅(qū)動(dòng)部分電氣連接以基座系統(tǒng)為例。 位置控制器上的順時(shí)、逆時(shí)針脈沖指令輸出分別連接到伺服驅(qū)動(dòng)器A5上的指令脈沖輸入，位置控制的原點(diǎn)輸入接到驅(qū)動(dòng)器的Z相輸出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出高電平，說明目標(biāo)位置已達(dá)到原點(diǎn)。偏差計(jì)數(shù)器清零輸出端與驅(qū)動(dòng)器的計(jì)數(shù)器清零相連接，位置控制器由晶體管輸出，當(dāng)偏差計(jì)數(shù)器清零指令下達(dá)時(shí)，晶體管基極為高電平，晶體管導(dǎo)通，同時(shí)集電極為低電平，驅(qū)動(dòng)器輸入端光耦（發(fā)光二極管）導(dǎo)通，計(jì)數(shù)器清零指令就進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部，再經(jīng)過內(nèi)部電路相關(guān)處理，完成該任務(wù)。位置控制器上的原點(diǎn)接近輸入與基座上的原點(diǎn)附近傳感器相連接，若機(jī)械手圖3.6 位置單元與伺服驅(qū)動(dòng)器連線基座移動(dòng)到原點(diǎn)附近，傳感器有常開開關(guān)轉(zhuǎn)換成閉合狀態(tài)，控制器輸入端光耦導(dǎo)通，位置信號(hào)傳入位置控制器。驅(qū)動(dòng)器上的伺服ON輸入、增益切換輸入、警報(bào)解除輸入、正向和方向驅(qū)動(dòng)禁止輸入分別接入到PLC I/O的輸出端，而伺服準(zhǔn)備就緒輸出、伺服警報(bào)輸出、定位完成輸出分別接入PLC I/O的輸入端，這樣可對(duì)機(jī)械手基座進(jìn)行精確、復(fù)雜的控制。另外，順時(shí)針、逆時(shí)針限位傳感器分別接入到PLC的PLC I/O的輸入端，以更好的保護(hù)系統(tǒng)的安全。位置單元與驅(qū)動(dòng)器連線圖如3.6所示，它們的供電電源均使用直流24V。 轉(zhuǎn)速檢測(cè)采用數(shù)字化使得測(cè)速精度高、分辨能力強(qiáng)、受器件影響小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高、調(diào)速范圍大的調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。本論文采用松下伺服電機(jī)自帶的光電式編碼器，以便于檢測(cè)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器又分為絕對(duì)式和增量式兩種。絕對(duì)式編碼器在碼盤上分層刻上表示角度的二進(jìn)制數(shù)碼或循環(huán)碼，通過接收器將該數(shù)值送入計(jì)算機(jī)，它常用為轉(zhuǎn)角檢測(cè)。增量式編碼器在碼盤上均勻的刻制一定數(shù)量的光柵，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，碼盤隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。通過光柵的作用，持續(xù)不斷地開放或封閉光通路，因此，在接收裝置的輸出端變得到頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波脈沖序列，從而可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。松下編碼器連接端的輸入電源電壓范圍為DC 4.9V-5.25V，引線連接如上圖3.7所示。 圖 3.7 20位增量式編碼器連接線路 4 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 可編程邏輯控制器 可編程邏輯控制器（PLC）實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，可編程邏輯控制器其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本組成包括電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等。 當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，可編程邏輯控制器即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，其運(yùn)行框圖如圖4.1所示。在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 編程語言也是PLC的重要組成部分，PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)編制用戶程序需要。PLC提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、功能塊圖、順序功能圖、結(jié)構(gòu)化文本和指令表。由于PLC生產(chǎn)廠家眾多，PLC的編程語言也存在或大或小的差異，這種差異限制了PLC的開放性、可復(fù)用性和互 圖4.1 PLC運(yùn)行原理圖 換性，同時(shí)也為用戶學(xué)習(xí)和使用帶來諸多不變。 可編程邏輯控制器具有鮮明的特點(diǎn)，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)，也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制，并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。PLC使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。并且能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。梯形圖是最早使用的一種編程語言，也是現(xiàn)在最常用的，是從繼電器控制原理圖的基礎(chǔ)上演變過來的，繼承了繼電器控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電氣邏輯關(guān)系的表示方法，所以在邏輯順序控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，它簡(jiǎn)單明了，易于理解，是所有編程語言中的首選。 本課題采用松下可編程器，該產(chǎn)品通過配備32位RISC處理器，實(shí)現(xiàn)了小型PLC的超高速運(yùn)算處理。為充分適應(yīng)通信、定位、模擬量控制等不斷擴(kuò)大的功能需求，使用備有32K部程序存儲(chǔ)器。即使將來進(jìn)行設(shè)備改造，也因程序容量有充足余量而可放心使用。要在計(jì)算機(jī)管理程序時(shí)，常常難以確定哪個(gè)是最終的程序，從而將正在工作的設(shè)備內(nèi)的PLC中所存儲(chǔ)的程序作為最終程序。FPΣ中配備了獨(dú)立的注視存儲(chǔ)器，所以注釋均可與程序一起存儲(chǔ)至PLC內(nèi)，因此便于對(duì)程序進(jìn)行管理，便于維護(hù)。中間定為控制單元，左側(cè)可擴(kuò)展4臺(tái)擴(kuò)展單元，右側(cè)可擴(kuò)展3臺(tái)。以此可達(dá)到最大I/O點(diǎn)數(shù)384點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)超過小型PLC領(lǐng)域的控制功能。位置控制單元RTEX可對(duì)應(yīng)松下電器產(chǎn)業(yè)制造的MINAS A4N“Real Time Express”構(gòu)建高速、省配線的網(wǎng)絡(luò)伺服系統(tǒng)。復(fù)雜的配線作業(yè)可大幅度減少，有助于實(shí)現(xiàn)多軸控制裝置的迅速啟動(dòng)運(yùn)行。脈沖輸出型位置控制單元可實(shí)現(xiàn)0.005ms高速啟動(dòng)，最適用于電子零部件的碼垛等高速、反復(fù)進(jìn)行短行程操作的應(yīng)用程序。還具有開放式網(wǎng)絡(luò)，如果使用FNS單元，可作為從站分別與PROFIBUSDP、DeviceNet、CANopen連接。如果使用FP-WEB-SERVER2，可通過LAN電路簡(jiǎn)單地進(jìn)行檢查數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤信息的收集?？墒褂霉ぞ哕浖﨔P Web Configurator Tool，方便地進(jìn)行FP WEBSERVER2的連接設(shè)定。在空調(diào)溫度控制等方面，發(fā)揮強(qiáng)大威力。如果安裝CC-Link單元，可與其他公司的PLC(三菱電機(jī)公司制造)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如果使用通信插件(RS485型)，可在最多16臺(tái)FPΣ之間方便地共享位數(shù)據(jù)/字?jǐn)?shù)據(jù)。(與FP-X、FP0R、FP-X0、FP2可混合使用)可簡(jiǎn)單地對(duì)應(yīng)松下開放協(xié)議“MEWTOCOL”的設(shè)備之間進(jìn)行無程序通信。如果使用FP0-A80可測(cè)量最大24點(diǎn)的電壓/電流。具有模擬量輸出4ch單元，并配備有輸入2ch/輸出1ch混合單元。壓力、流量測(cè)量以及電磁閥開關(guān)量、變頻器輸出頻率的控制等，可在廣泛的領(lǐng)域中使用。 4.2 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)及地址分配 通過對(duì)系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)開關(guān)量輸入點(diǎn)28點(diǎn)，開關(guān)量輸出點(diǎn)25點(diǎn)，由于定位控制需要位置控制單元3塊，而單元模塊本身就自帶16個(gè)輸入點(diǎn)、16個(gè)輸出點(diǎn)，擴(kuò)展單元僅安裝在控制單元的左側(cè)，擴(kuò)展單元的的I/O編號(hào)從靠近控制單元的地方依次從右向左，數(shù)字從小到大自動(dòng)分配，因此無需設(shè)置，其編號(hào)僅與連接位置有關(guān)。所以選擇控制單元型號(hào)為，其輸入也是16點(diǎn)、輸出16點(diǎn)，I/O端口有足夠的余量共系統(tǒng)使用?？刂葡到y(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)及地址編號(hào)如表4-1所示。 表4-1 PLC輸入輸出信號(hào)代碼和地址編號(hào)表 PLC輸入端口 PLC輸出端口 名稱 代碼 地址編號(hào) 名稱 代碼 地址編號(hào) 自動(dòng)運(yùn)行按鈕 SF1 X0 基座伺服ON / Y0 手動(dòng)運(yùn)行按鈕 SF2 X1 搖臂原點(diǎn)復(fù)位啟動(dòng) / Y1 停止運(yùn)行按鈕 SF3 X2 基座警報(bào)解除 / Y2 抓手電磁線圈反饋 QB1 X3 基座正向驅(qū)動(dòng)禁止 / Y3 基座伺服準(zhǔn)備就緒 / X4 基座反向驅(qū)動(dòng)禁止 / Y4 基座伺服警報(bào) / X5 搖臂伺服ON / Y5 基座定位完成 / X6 上下原點(diǎn)復(fù)位啟動(dòng) / Y6 基座左限位開關(guān) BG1 X7 搖臂警報(bào)解除 / Y7 基座右限位開關(guān) BG2 X8 搖臂正向驅(qū)動(dòng)禁止 / Y8 搖臂伺服準(zhǔn)備就緒 / X9 搖臂反向驅(qū)動(dòng)禁止 / Y9 搖臂伺服報(bào)警 / XA 升降伺服ON / YA 搖臂定位完成 / XB 升降警報(bào)解除 / YC 搖臂順時(shí)針限位開關(guān) BG3 XC 升降正向驅(qū)動(dòng)禁止 / YD 搖臂逆時(shí)針限位開關(guān) BG4 XD 升降反向驅(qū)動(dòng)禁止 / YE 升降伺服準(zhǔn)備就緒 / XE 抓手電磁線圈驅(qū)動(dòng) KF1 YF 升降伺服報(bào)警 / XF 加熱爐爐蓋開關(guān) KF2 Y100 升降定位完成 / X100 基座原點(diǎn)復(fù)位啟動(dòng) / Y101 升降上限限位開關(guān) BG5 X101 緊急停止運(yùn)轉(zhuǎn) / Y102 升降下限限位開關(guān) BG6 X102 基座電機(jī)正轉(zhuǎn) / Y103 來料傳送帶工件檢測(cè) KF1 X103 基座電機(jī)反轉(zhuǎn) / Y104 去料傳送帶工件檢測(cè) KF2 X104 升降電機(jī)正轉(zhuǎn) / Y105 基座復(fù)位完成 KF3 X105 升降電機(jī)反轉(zhuǎn) / Y106 搖臂復(fù)位完成 KF4 X106 搖臂電機(jī)正轉(zhuǎn) / Y107 升降復(fù)位完成 KF5 X107 搖臂電機(jī)反轉(zhuǎn) / Y108 基座脈沖輸出標(biāo)志 / X108 報(bào)警主電路切斷開關(guān) KF3 Y109 搖臂脈沖輸出標(biāo)志 / X109 　 　 　 升降脈沖輸出標(biāo)志 / X10A 　 　 　 PLC端子和位置控制單元接線如圖4.2，圖中如A 29表示基座伺服驅(qū)動(dòng)器X4接口29號(hào)端子，其電源為直流24V均是從開關(guān)電源獲取。特別說明PLC的YB號(hào)端子懸空。 再結(jié)合第三章伺服電機(jī)主電路前端接線圖3.4和位置單元與伺服驅(qū)動(dòng)器連線圖3.6，整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)的主接線圖清晰明了。其它單元接線，諸如與上位機(jī)通信連接等，請(qǐng)參考相關(guān)產(chǎn)品說明書，由于篇幅有限，此處就不一一介紹 4.2 PLC端子和位置控制單元接線 4.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) PLC編程工具使用FPWIN GR2.8版本的上位機(jī)軟件，其編程界面如下圖4.3所示。 圖4.3 編程工具界面圖 4.3.1 加熱爐放料程序設(shè)計(jì) 當(dāng)按下自動(dòng)運(yùn)行按鈕SF1，手動(dòng)、停止運(yùn)行按鈕處于常閉，系統(tǒng)進(jìn)入自檢過程，當(dāng)來料傳送帶末端負(fù)責(zé)工件檢測(cè)的光電開關(guān)BG103檢測(cè)到有物料時(shí)，光電開關(guān)輸出高電平，當(dāng)去料傳送帶始端負(fù)責(zé)工件檢測(cè)的光電開關(guān)BG104檢測(cè)到無物料時(shí)，光電開關(guān)輸出低電平，同時(shí)驅(qū)動(dòng)三軸的伺服驅(qū)動(dòng)器都無報(bào)警輸出，此時(shí)自檢過程結(jié)束，系統(tǒng)打開加熱爐爐蓋，可進(jìn)入系統(tǒng)的下一步運(yùn)行。若自檢到錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)禁止啟動(dòng)并報(bào)警輸出。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備完成后，機(jī)械手每次在啟動(dòng)時(shí)，首先要進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)位操作。復(fù)位完成后，機(jī)械手電磁線圈驅(qū)動(dòng)夾手抓取工件，PLC下達(dá)上升指令，當(dāng)上升到1450mm時(shí)，機(jī)械手搖臂系統(tǒng)和基座系統(tǒng)同時(shí)動(dòng)作，基座右移800mm，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，到達(dá)加熱爐指定工件位置B。此時(shí)機(jī)械手下降750mm后，松開夾手，工件順利放置在加熱爐中，然后上升至1450mm處。為提高生產(chǎn)效率，基座電機(jī)和搖臂電機(jī)實(shí)行聯(lián)動(dòng)操作，基座左移800mm，且逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，到達(dá)指定位置后，下降750mm，又返回到原點(diǎn)。再次執(zhí)行抓取命令，第二次放置目標(biāo)為加熱爐中的C點(diǎn)，基座要右移至1012mm處，搖臂擺動(dòng)角度不變，完成第二次操作后，系統(tǒng)沿原路徑返回原點(diǎn)。系統(tǒng)開始執(zhí)行第三次抓取操作，此次在第二次基礎(chǔ)上，只需改變搖擺角度，就可放置在D點(diǎn)。第四次在上一次的路徑上修改基座移動(dòng)的位置，即可把工件放在E位置。放置完成后，夾手松開，機(jī)械手上升1450mm后，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后，機(jī)械手暫停工作且系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉加熱爐爐蓋。工件在加熱爐中保溫，當(dāng)保溫結(jié)束后，機(jī)械手再次運(yùn)行。機(jī)械手從來料傳送帶取料，向加熱爐中放料，其流程如圖4.4所示。 圖4.4加熱爐放料流程圖 機(jī)械手系統(tǒng)手動(dòng)運(yùn)行與自動(dòng)運(yùn)行既實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，并且還可自由切換。當(dāng)按下停止運(yùn)行按鈕SF3時(shí)，系統(tǒng)即刻停止運(yùn)行。系統(tǒng)啟動(dòng)及報(bào)警程序如圖4.5所示，當(dāng)基座、升降和搖臂系統(tǒng)有報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，中間報(bào)警軟繼電器R2接通，由Y109輸出高電平，使主電斷電。 圖4.5 機(jī)械手系統(tǒng)啟動(dòng)及報(bào)警程序 原點(diǎn)復(fù)位子程序以SUB 0為標(biāo)號(hào)，當(dāng)主程序調(diào)用SUB0時(shí)，R0導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)上升沿微分指令DF后，使觸點(diǎn)接通一個(gè)掃描周期。基座原點(diǎn)復(fù)位完成脈沖指令R5斷開，R3接通并自保持，基座正處于原點(diǎn)復(fù)位中。當(dāng)R3在處于上升沿瞬間，R4導(dǎo)通，原點(diǎn)復(fù)位啟動(dòng)并輸出基座原點(diǎn)指令脈沖，系統(tǒng)執(zhí)行位置控制代碼。當(dāng)復(fù)位完成時(shí)，PLC輸入端口輸入基座定位完成信號(hào)，上升沿觸發(fā)R5導(dǎo)通一個(gè)掃描周期，同時(shí)將原點(diǎn)復(fù)位完成信號(hào)保存在R9中。而搖臂和上升系統(tǒng)的原點(diǎn)復(fù)位類似，分析在此省略。由于篇幅有限，整個(gè)系統(tǒng)程序放置在附錄，而放料過程調(diào)用子程序代號(hào)如下表4-2表，所提及到的位置是表機(jī)械手相對(duì)位置。 表4-2 加熱爐子程序調(diào)用代號(hào) 子程序代號(hào) 完成功能 子程序代號(hào) 完成功能 SUB0 原點(diǎn)復(fù)位 SUB6 右移1012mm SUB1 上升1450mm SUB7 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)187.6度 SUB2 下降750mm SUB8 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)187.6度 SUB3 左移800mm SUB9 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)172.4