氣動機械手回轉臂結構設計

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. 畢 業(yè) 設 計 氣動機械手回轉臂結構設計  畢 業(yè) 設 計 任 務 書 題目名稱：氣動機械手回轉臂結構設計 具體要求：（原始數(shù)據(jù)、試驗方案、手段及預期結果） 結合所學專業(yè)知識，查閱相關書籍及資料，深入理解設計課題的要求，完成設計任務，具體要求如下： 1. 收集相關資料，氣動機械手的工作原理，確定總體設計方案，做開題報告，翻譯一篇與該課題有關的不少于5000個英文字符的外文資料。 2. 位置檢測精度達到毫米。伸縮行程100mm，升降行程50mm。旋轉。 3. 抓握零件直徑，最大重量0.5kg。 4. 總結設計過程，撰寫畢業(yè)設計論文，準備答辯，按照論文撰寫規(guī)范書寫畢業(yè)設計論文，并做好答辯前的準備工作。 基本內容如下： 本課題將要完成的主要任務如下: (1) 進行氣動機械手的總體研究，并進行整體運動方式設計； (2) 設計氣動機械手氣路設計，進行關鍵部件的設計計算； (3) 設計氣動機械伸縮、回轉臂部分結構，進行關鍵部件的設計計算； (4) PLC控制系統(tǒng)的設計及編程。 其中： 參考文獻篇數(shù)： 說明書字數(shù)： 圖紙張數(shù)： 10篇以上 6 000字以上 折合A0圖紙3張，其中至少1張裝配圖 專業(yè)負責人意見 簽名： 年 月 日 氣動機械手回轉臂結構設計 摘要 本文簡要介紹了工業(yè)機器人的概念，機械手的組成和分類，機械手的自由度和坐標形式，氣動技術的特點，PLC控制的特點及國內外的發(fā)展狀況。 本文對機械手進行總體方案設計，確定了機械手的坐標形式和自由度，確定了機械手的技術參數(shù)。同時，設計了機械手的夾持式手部結構，設計了機械手的手腕結構，計算出了手腕轉動時所需的驅動力矩和回轉氣缸的驅動力矩。設計了機械手的手臂結構。 設計出了機械手的氣動系統(tǒng)，繪制了機械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，對氣壓系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制進行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質量。 利用可編程序控制器對機械手進行控制，選取了合適的PLC型號，根據(jù)機械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，設計了機械手的工作時序圖，并繪制了可編程序控制器的控制程序。設計達到了設計的預期目標。 關鍵詞　工業(yè)機器人；機械手；氣動；PLC  Pneumatic manipulator arm structure design Abstract This paper briefly introduces the concept of industrial robot manipulator, the composition and classification of the manipulator, freedom and coordinates, pneumatic technology of PLC control, the characteristics of the development of both at home and abroad. This paper makes an overall manipulator, the design scheme of the manipulator coordinates and freedom, the technical parameters of the robot. At the same time, the design of clamping manipulator hand structure, the design of the structure of the manipulator wrist, calculates the wrist curls when driving torque and rotary cylinder driving torque. The design of manipulator arm structure. Design a robot manipulator, pneumatic system, pneumatic system working principle of pneumatic system principle diagram of parameterized drawing was studied, and greatly improve the efficiency of drawing and drawings. Using manipulator programmable controller, the control of PLC suitable model, according to the working process of the manipulator programmable controller has formulated the control scheme, the work of the manipulator, and draws the sequential diagram PLC control procedures. Design meets the design target. Keywords　 Industrial robot; Manipulator ; Air pressure drive; PLC 目錄 摘要 Abstract 1 緒論 1 1.1 氣動機械手概述 1 1.2 機械手的組成和分類 1 1.2.1 機械手的組成 1 1.2.2 機械手的分類 1 1.3 國內外發(fā)展狀況 2 1.4 課題的提出及任務 2 2 機械手的設計方案 4 2.1 機械手的坐標形式與自由度 4 2.2 機械手的手部結構方案設計 4 2.3 機械手的手腕方案設計 4 2.4 機械手驅動方案設計 4 2.5 機械手技術參數(shù)列表 4 3 手腕結構設計 6 3.1 手腕的自由度 6 3.2 手腕的驅動力矩計算 6 3.2.1 手腕轉動時所需要的驅動力矩 6 4 手臂伸縮、升降回轉氣缸的尺寸計算和校核 9 4.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設計與校核 9 4.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設計 9 4.1.2 尺寸校核 9 4.1.3 導向裝置 10 4.1.4 平衡裝置 10 4.2 手臂升降缸的尺寸設計與校核 10 4.2.1 尺寸設計 10 4.3 手臂回轉缸的尺寸設計與校核 11 4.3.1 尺寸設計 11 4.3.2 尺寸校核 11 5 氣動系統(tǒng)設計 13 5.1 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 13 6 機械手的PLC控制 15 6.1 可編程序控制器的選擇及工作過程 15 6.1.1 可編程序控制器的選擇 15 6.1.2 工作過程 15 6.2 機械手可編程序控制器控制方案 16 6.2.1 系統(tǒng)簡介 16 6.2.2 工業(yè)機械手的工作流程 16 6.2.3 機械手工作時序圖 16 結論 21 參考文獻 22 致謝 26 . . 1 緒論 1.1 氣動機械手概述 氣動機械手由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化設備[3]。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用[1]。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” [4]。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率:可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現(xiàn)安全生產[1]。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。 1.2 機械手的組成和分類 1.2.1 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成[4]。各系統(tǒng)相互之間的關系如方框圖1-1所示。 圖1-1 機械手組成方框圖 1.2.2 機械手的分類 一、按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種[4]: （1）專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置[4]。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點[1]，適用于大批量的自動化生產的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上下料機械手和加工中心[3]。 （2）通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手[3]。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產品種的中小批量自動化的生產[4]。 二.按驅動方式分 （1）液壓傳動機械手 液壓傳動機械手以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手[3]。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏[1]。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作[4]。 （2）氣壓傳動機械手 氣壓傳動機械手以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手[3]。其主要特點是:介質李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低[1]。 （3）機械傳動機械手 機械傳動機械手是由機械傳動機構(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅動的機械手[3]。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的[1]。 1.3 國內外發(fā)展狀況 國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢: （1）工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元[2]。 （2）機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化：由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。 （3）工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 1.4 課題的提出及任務 進入21世紀，隨著我國人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動生產率，降低工人的勞動強度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，將機械手，應用于工業(yè)自動化生產線，把工業(yè)產品從一條生產線搬運到另外一條生產線，實現(xiàn)自動化生產，減輕產業(yè)工人大量的重復性勞動，同時又可以提高勞動生產率。 本課題將要完成的主要任務如下: (1) 進行氣動機械手的總體研究，并進行整體運動方式設計； (2) 設計氣動機械手氣路設計，進行關鍵部件的設計計算； (3) 設計氣動機械伸縮、回轉臂部分結構，進行關鍵部件的設計計算； （4）PLC控制系統(tǒng)的設計及編程。 2 機械手的設計方案 2.1 機械手的坐標形式與自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標型式可分為直角座標式、圓柱座標式、球座標式和關節(jié)式[3]。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉運動，因此，采用圓柱座標型式。相應的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。 2.2 機械手的手部結構方案設計 為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當工件是棒料時，使用夾持式手部，當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。 2.3 機械手的手腕方案設計 考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉結構，實現(xiàn)手腕回轉運動的機構為回轉氣缸。 2.4 機械手驅動方案設計 由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用氣壓傳動方式。 2.5 機械手技術參數(shù)列表 一.用途： 用于自動輸送線的上下料。 二.設計技術參數(shù): （1）抓重： 0.5 （2）自由度數(shù)： 4個自由度 （3）座標型式：圓柱座標 （4）手臂運動參數(shù)： 伸縮行程100mm 伸縮速度40mm/s 升降行程50mm 升降速度100mm/s 回轉范圍 回轉速度 （5）手腕運動參數(shù)： 回轉范圍 回轉速度 （6）手指夾持范圍：棒料: 5~ 20 （7）手腕運動參數(shù)： 回轉范圍 回轉速度 （8）手指夾持范圍： 棒料: （9）定位方式：行程開關 （10）定位精度： （11）驅動方式：氣壓傳動 （12）控制方式：點位程序控制(采用PLC) 3 手腕結構設計 3.1 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞x軸轉動回轉運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉運動的機構，應用最多的為回轉油(氣)缸。 3.2 手腕的驅動力矩計算 3.2.1 手腕轉動時所需要的驅動力矩 手腕的回轉、上下和左右擺動均為回轉運動，驅動手腕回轉時的驅動力矩必須克服手腕起動時所產生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動件的中心與轉動軸線不重合所產生的偏重力矩.圖3-1所示為手腕受力的示意圖。 1.工件 2.手部 3.手腕 圖4-1手碗回轉時受力狀態(tài) 手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算： （3-1） 式中: - 驅動手腕轉動的驅動力矩() - 慣性力矩() 參與轉動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉缸的動片)對轉動軸線所產生的偏重力矩() 下面以圖4-1所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算： （1）手腕加速運動時所產生的慣性力矩M慣 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉動時的角速度為，起動過程所用的時間為，則： （3-2） 式中:- 參與手腕轉動的部件對轉動軸線的轉動慣量 - 工件對手腕轉動軸線的轉動慣量 若工件中心與轉動軸線不重合，其轉動慣量為： （3-3） 式中： - 工件對過重心軸線的轉動慣量 - 工件的重量(N) - 工件的重心到轉動軸線的偏心距(cm) - 手腕轉動時的角速度(弧度/s) - 起動過程所需的時間(s) — 起動過程所轉過的角度(弧度) （2）手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產生的偏重力矩M偏 + () （3-4） 式中: - 手腕轉動件的重量(N) - 手腕轉動件的重心到轉動軸線的偏心距(cm) 當工件的重心與手腕轉動軸線重合時，則 3.手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 （3-5） 式中: ，- 轉動軸的軸頸直徑(cm) - 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承 ,- 處的支承反力(N)，可按手腕轉動軸的受力分析求解， 根據(jù),得： （3-6） （3-7） 同理，根據(jù),得： （3-8） 式中：- 的重量(N) — 如圖4-1所示的長度尺寸(cm) 4 手臂伸縮、升降回轉氣缸的尺寸計算和校核 4.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設計與校核 4.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設計 手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產的標準氣缸，參看此公司生產的各種型號的結構特點，尺寸參數(shù)，結合本設計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內徑為100/63。 4.1.2 尺寸校核 1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內徑半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設計使用壓強, 則驅動力： （4-1） 測定手腕質量為50kg,設計加速度，則慣性力： （4-2） 2.考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數(shù), （4-3） 總受力 （4-4） 所以標準CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求。 4.1.3 導向裝置 氣壓驅動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結構時，應該采用導向裝置。具體的安裝形式應該根據(jù)本設計的具體結構和抓取物體重量等因素來確定，同時在結構設計和布局上應該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉中心的慣量。導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設計中才用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。 4.1.4 平衡裝置 在本設計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側加裝平衡裝置，裝置內加放砝碼，砝碼塊的質量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調節(jié)，務求使兩端盡量接近平衡。 4.2 手臂升降缸的尺寸設計與校核 4.2.1 尺寸設計 （1）．測定手腕質量為80kg,則重力： （4-5） （2）．設計加速度，則慣性力： （4-6） 考慮活塞等的摩擦力，設定一摩擦系數(shù)， （4-7） 總受力 （4-8） 所以設計尺寸符合實際使用要求。 4.3 手臂回轉缸的尺寸設計與校核 4.3.1 尺寸設計 氣缸長度設計為,氣缸內徑為,半徑R=105mm,軸 半徑,氣缸運行角速度=，加速度時間0.5s,壓強 （4-9） 4.3.2 尺寸校核 測定參與手臂轉動的部件的質量,分析部件的質量分布情況，質量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉動慣量： （4-10） （） （4-11） 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設定一摩擦系數(shù) （4-12） 總驅動力矩： （4-13） 設計尺寸滿足使用要求。 5 氣動系統(tǒng)設計 5.1 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 圖6-1為該機械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機（排氣壓力大于0.4-0.6MPa）通過快換接頭進入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調壓閥、油霧器，進入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。 圖5-1 機械手氣壓傳動原理圖 表5-1 氣動元件 序 號 型 號 規(guī) 格 名 稱 數(shù) 量 1 QF-44 手動截止閥 1 2 儲氣缸 2 3 QSL-26-S1 分水濾氣器 1 4 QTY-20-S1 減壓閥 1 5 QIU-20-S1 油霧器 1 6 YJ-1 壓力繼電器 1 7 Q24DH-10-S1 二位五通電磁滑閥 1 8 Q24D2H-10-S1 二位五通電磁滑閥 4 9 Q24D2H-15-S1 二位五通電磁滑閥 1 10 單向節(jié)流閥 2 11 LI-25 單向節(jié)流閥 2 12 快速排氣閥 1 各執(zhí)行機構調速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進行調速，這種方法的特點是結構簡單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可以加快啟動速度，也可調節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調節(jié)手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度調節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸側的排氣節(jié)流，可用來調整回轉液壓緩沖器的背壓大小。 為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器。這樣可以省去電磁閥和切換調節(jié)閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。 電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應來確定的。 6 機械手的PLC控制 6.1 可編程序控制器的選擇及工作過程 6.1.1 可編程序控制器的選擇 目前，國際上生產可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等[11]?？紤]到本機械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器[12]。 6.1.2 工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式，具體的工作過程可分為4個階段[12]。 第一階段是初始化處理： 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的[11]。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/O狀態(tài)表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)[12]。開機時，CPU首先使I/O狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。當確認其硬件工作正常后，進入下一階段。 第二階段是處理輸入信號階段： 在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/O狀態(tài)表中存放[8]。在同一掃描周期內，各個輸入點的狀態(tài)在I/O狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響[9]，因此不能造成運算結果混亂，保證了本周期內用戶程序的正確執(zhí)行。 第三階段是程序處理階段： 當輸入狀態(tài)信息全部進入I/O狀態(tài)表后，CPU工作進入到第三個階段[8]。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據(jù)各I/O狀態(tài)和有關指令進行運算和處理[9]，最后將結果寫入I/O狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。 第四階段是輸出處理階段： 段CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結果寫入到I/O狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中[10]。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅動輸出繼電器線圈，控制被控設備進行各種相應的動作[8]。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。 6.2 機械手可編程序控制器控制方案 6.2.1 系統(tǒng)簡介 控制對象為圓柱座標氣動機械手。它的手臂具有三個自由度，即水平方向的伸、縮，豎直方向的上、下，繞豎直軸的順時針方向旋轉及逆時針方向旋轉。另外，其末端執(zhí)行裝置— 機械手，還可完成抓、放功能。以上各動作均采用氣動方式驅動，即用五個二位五通電磁閥(每個閥有兩個線圈，對應兩個相反動作)分別控制五個氣缸，使機械手完成伸、縮、上、下、旋轉及機械手抓放動作。其中旋轉運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉化為旋轉運動。這樣，可用PLC的8個輸出端與電磁閥的8個線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵，從而使機械手按預先安排的動作序列工作.如果欲改變機械手的動作，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六個動作末端均放置一限位開關，以檢測動作是否到位，如果某動作沒有到位，則出錯指示燈亮。 6.2.2 工業(yè)機械手的工作流程 此機械手用于自動輸送線的上下料。當按下機械手啟動按鈕之后，機械手有如下動作： 先右轉至右限位開關動作(1DT通電) 下降至下限位開關(5DT通電) 手腕逆時針轉動90 (7DT通電) 手臂伸長至限位開關(3DT通電) 檢查有無物品，若有物品，手爪抓緊(9DT通電) 手臂收縮至限位開關(4DT通電) 上升至上限位開關(6DT通電) 左轉至左限位開關動作(2DT通電) 手腕順時針轉動 (8DT通電) 手臂伸長至最長(3DT通電) 手爪松開(10DT通電) 延時 手臂收縮最短(4DT通電)。至此，一個工作循環(huán)完畢。 6.2.3 機械手工作時序圖 1.I/O分配 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點的數(shù)目，選用OMRON C28P型PC，它有16個輸入點， 標號為0000-0015， 12個輸出點，標號為0500-0511。 表6-1 I/O分配 輸入 輸出 啟動 0000 手臂左轉 0500 停止 0001 手臂右轉 0501 手抓抓緊 0002 手臂伸長 0502 左轉限位開關 0003 手臂收縮 0503 右轉限位開關 0004 手臂上升 0504 伸長限位開關 0005 手臂下降 0505 收縮限位開關 0006 手臂逆轉 0506 上升限位開關 0007 手臂順轉 0507 下降限位開關 0008 手臂抓緊 0508 逆轉限位開關 0009 手臂放松 0509 順轉限位開關 0010 物品檢測 0011 2.梯形圖設計 根據(jù)機械手的邏輯時序圖及I/O分配，畫出控制梯形圖，如附圖所示。由梯形圖可以看出： (1)手臂左轉的條件：左轉不到位(0003為OFF)，收縮到位(0006為ON),上升到位(0007為ON)，手腕逆轉到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON),無右轉命令(0501為OFF)。 (2)手臂右轉的條件：右轉不到位(0004為OFF)，上升到位(0007為ON),收縮到位(0006為ON)，手腕順轉到位(0010為ON)，手爪放松(0002為OFF),無左轉命令(0500為OFF)。 (3)手臂伸長的條件：伸長不到位(0005為OFF)，無收縮命令(0503為OFF)，并且滿足下列條件之一：1)右轉到位(0004為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉到位(0009為ON)，手爪放松(0002為OFF)； 2)左轉到位(0003為ON)，上升到位(0007為ON)，手腕順轉到位(0010為ON)，手爪抓緊(0002為ON)。 (4)手臂收縮的條件：收縮不到位(0006為OFF)，無伸長命令0502為OFF，并且滿足下列條件之一：1)右轉到位(0004為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON)； 2)左轉到位(0003為ON)，上升到位(0007為ON)，手爪抓緊(0002為ON)，手腕順轉到位(0010為ON)。 (5)手臂上升的條件：上升不到位(0007為OFF)，無下降命令(0505為OFF)，收縮到位(0006為ON)，手腕逆轉到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON)，右轉到位(0004為ON). (6)手臂下降的條件：下降不到位(0008為OFF)，無上升命令(0504為OFF)，右轉到位(0004為ON)，收縮到位(0006為ON)，手腕順轉到位(0010為ON)，手爪放松(0002為OFF)。 (7)手腕逆轉的條件：逆轉不到位(0009為OFF)，無順轉命令(0507為OFF)，右轉到位(0004為ON)，收縮到位(0006為ON)，下降到位(0008為ON),手爪放松(0002為OFF)。 (8)手腕順轉的條件：順轉不到位(0010為OFF)，無逆轉命令(0506為OFF)，左轉到位(0003為ON)，收縮到位(0006為ON)，上升到位(0007為ON),手爪抓緊(0002為ON)。 (9)手爪抓緊的條件：手爪未抓到物品(0002為OFF)，無放松命令(0509為OFF)，并且滿足下列條件之一：1)右轉到位(0004為ON)，伸長到位(0005為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉到位(0009為ON)，檢測到有物品(0011為ON), 2)左轉到位(0003為ON)，伸長到位(0005為ON)，上升到位(0007為ON)，手腕順轉到位(0010為ON)。 (10)手爪放松的條件：手爪抓緊(0002為ON)，無抓緊命令(0508為OFF),并且滿足下列條件一：1)左轉到位(0003為ON)，伸長到位(0005為ON),上升到位(0007為ON)，手腕順轉到位(0010為ON)。 2)左轉到位(0003為ON),上升到位(0007為ON)，手腕順轉到位(0010為ON)，收縮到位(0006為ON)。另外，當按下停止按鈕時，手臂停止動作，即手臂停止在不定的位置。 3.機械手控制程序 控制程序如表6-2,6-3 表6-2 地址 指令 數(shù)據(jù) 地址 指令 數(shù)據(jù) 0000 LD 0000 0038 AND 0007 OR 1000 AND 0010 AND NOT 0001 AND 0002 OUT 1000 AND NOT 0006 LD 1000 OR LD IL(02) AND NOT 0502 LD NOT 0003 OUT 0503 AND 0006 LD 0006 AND 0007 AND 0009 AND 0009 AND 0002 AND 0002 AND 0004 AND NOT 0501 AND NOT 0007 OUT 0500 AND NOT 0505 LD 0004 OUT 0504 AND 0008 LD 0004 AND 0009 AND 0006 AND NOT 0002 AND 0010 LD 0003 AND NOT 0003 AND 0007 AND NOT 0009 AND 0010 AND NOT 0507 AND 0002 OUT 0506 OR LD LD 0003 AND NOT 0005 AND 0006 AND NOT 0503 AND 0007 OUT 0502 AND NOT 0002 LD 0004 AND NOT 0010 AND 0008 AND NOT 0506 AND 0009 OUT 0507 AND 0002 LD 0004 AND NOT 0006 AND 0005 LD 0003 AND 0008 表6-3 地址 指令 數(shù)據(jù) 地址 指令 數(shù)據(jù) 0076 AND 0009 AND 0011 LD 0003 AND 0005 AND 0007 AND 0010 OR LD AND NOT 0002 AND NOT 0509 OUT 0508 LD 0003 AND 0007 AND 0010 AND 0002 AND 0005 LD 1001 OR LD AND NOT TIM(01) OUT 1001 LD 1001 TIM00 LD 0003 AND 0005 AND 0007 AND 0010 LD 0003 AND 0007 AND 0010 OR LD AND 0002 AND NOT 0508 OUT 0509 LD NOT TIM00 AND 1001 OR LD 0111 ILC(03) 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結論”以前的所有正文內容都要編寫在此行之前。 . . 結論 （1）本次設計的是氣動通用機械手，相對于專用機械手，通用機械手的自由度可變，控制程序可調，因此適用面更廣。 （2）采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。工作環(huán)境適應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境,同時成本低廉。 （3）通過對氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度,節(jié)省了 大量時間和避免了不必要的重復勞動，同時做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。 （4）機械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設定PLC程序來實現(xiàn)。可以根據(jù)機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。 參考文獻 [1] 張建民.工業(yè)機器人.北京:北京理工大學出版社，1988. 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