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溫州大學(xué)畢業(yè)論文 基于PLC控制的機(jī)械手設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 1
引言 1
1.機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 2
1.1設(shè)計(jì)要求 2
1.2運(yùn)動(dòng)形式的選擇 2
1.3驅(qū)動(dòng)方式的選擇 4
1.4總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.機(jī)械手手部設(shè)計(jì) 6
2.1結(jié)構(gòu)分析 6
2.2計(jì)算分析 6
3.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
3.1機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)的控制要求 11
3.2機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置 13
3.3機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)的PLC程序 14
4.動(dòng)畫(huà)制作 18
4.1建立機(jī)械手模型 18
4.2制作機(jī)械手的動(dòng)畫(huà) 18
結(jié)束語(yǔ) 26
致謝 26
參考文獻(xiàn) 26
附錄 27
摘 要
機(jī)械手設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，檢測(cè)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，是機(jī)械、電子、檢測(cè)、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。本課題通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，設(shè)計(jì)出機(jī)械手的總體方案，重點(diǎn)闡述了手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)硬軟件的設(shè)計(jì)，完成了整個(gè)系統(tǒng)工作的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的基本搬運(yùn)功能，達(dá)到了預(yù)期要求，具有一定的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手 PLC 動(dòng)畫(huà)
引 言
隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人類活動(dòng)的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用正迅速向社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展，也從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。像海洋開(kāi)發(fā)、宇宙探測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂(lè)等行業(yè)都提出了自動(dòng)化各機(jī)器人化的要求。隨著機(jī)器人的產(chǎn)生和大量應(yīng)用，很多領(lǐng)域，許多單一、重復(fù)的機(jī)械工作由機(jī)器人（也稱機(jī)械手）來(lái)完成。
工業(yè)機(jī)器人是一種能進(jìn)行自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作機(jī),?廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。
機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序來(lái)抓取、搬運(yùn)工件或夾持工具，機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)機(jī)的上下料、數(shù)控設(shè)備的自動(dòng)換刀裝置中。機(jī)械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能組成，主要完成移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、抓取等動(dòng)作。
控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其正確與否?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種數(shù)定運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它將邏輯運(yùn)算、順序控制、時(shí)序、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用指令形式存放在存儲(chǔ)器中，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。與繼電器控制線路相比，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單、使用方便；設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少；功能完善、通用性強(qiáng)；體積小、能耗低等特點(diǎn)。因此，機(jī)械手控制系統(tǒng)越平越多的由可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
1.機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)要求：
1.機(jī)械手能夠完成從一個(gè)工作點(diǎn)取物體旋轉(zhuǎn)一定角度，放到另一個(gè)工作點(diǎn)上。
2.要求完成手抓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行夾緊力的計(jì)算分析。初值給定如下：
工件質(zhì)量m=0.1kg
摩擦系數(shù)μ=0.15
重力加速度g=9.8m/s2
垂直加速度a=0.3g=2.94m/s2
水平加速度a=0.3g=2.94m/s2
回轉(zhuǎn)半徑r=0.5m
角速度ω＝3.5rad/s
角加速度β＝2.1rad/s2
安全系數(shù)S=1.45
夾角φ＝45°
3.要求選用PLC作為控制系統(tǒng)。
1.2運(yùn)動(dòng)形式的選擇：
根據(jù)主要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇運(yùn)動(dòng)形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。常見(jiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式有四種，下面分別論述其特點(diǎn)，然后確定運(yùn)動(dòng)形式。
1.直角坐標(biāo)型機(jī)器人
直角坐標(biāo)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示，它在x,y,z軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，3個(gè)關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線相互垂直，它主要用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料，也可用于高精度的裝卸和檢測(cè)和作業(yè)。這種形式的主要特點(diǎn)是：
(1)在三個(gè)直線方向上移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易想象。
(2)計(jì)算比較方便。
(3)由于可以兩端支撐，對(duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，其剛性最大。
(4)要求保留較大的移動(dòng)空間，占用空間較大。
(5)要求有較大的平面安裝區(qū)域。
(6)滑動(dòng)部件表面的密封較困難，容易被污染。
2.圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人
圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-2所示，R、θ和x為坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)，其中R是手臂的徑向長(zhǎng)度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。這種形式的主要特點(diǎn)是：
(1)容易想象和計(jì)算。
(2)能夠伸入形腔式機(jī)器內(nèi)部。
(3)空間定位比較直觀。
(4)直線驅(qū)動(dòng)部分難以密封、防塵及防御腐蝕物質(zhì)。
(5)手臂端部可以達(dá)到的空間受限制，不能到達(dá)靠近立柱或地面的空間。
3.極坐標(biāo)型機(jī)器人
極坐標(biāo)型機(jī)器人又稱為球坐標(biāo)機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示，R，θ和β為坐標(biāo)系的坐標(biāo)。其中θ是繞手臂支撐底座垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角，β是手臂在鉛垂面內(nèi)的的擺動(dòng)角。這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡表面是半球面。其特點(diǎn)是：
(1)在中心支架附近的工作范圍較大。
(2)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封。
(3)覆蓋工作空間較大。
(4)坐標(biāo)系較復(fù)雜，較難想象和控制。
(5)直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封問(wèn)題。
(6)存在工作死區(qū)。
4.多關(guān)節(jié)機(jī)器人
多關(guān)節(jié)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-4所示，它是以其各相鄰運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)角位移作為坐標(biāo)系的。θ、α和φ為坐標(biāo)系的坐標(biāo)，其中θ是繞底座鉛垂軸的轉(zhuǎn)角，φ是過(guò)底座的水平線與第一臂之間的夾角，α是第二臂相對(duì)于第一臂的轉(zhuǎn)角。這種機(jī)器人手臂可以達(dá)到球形體積內(nèi)絕大部分位置，所能達(dá)到區(qū)域的形狀取決于兩個(gè)臂的長(zhǎng)度比例。其特點(diǎn)是：
(1)動(dòng)作較靈活，工作空間大。
(2關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)處容易密封防塵。
(3)工作條件要求低，可在水下等環(huán)境中工作。
(4) 適合于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
(5)運(yùn)動(dòng)難以想象和控制，計(jì)算量較大。
(6)不適于液壓驅(qū)動(dòng)。
圖1-1 直角坐標(biāo)型 圖1-2 圓柱坐標(biāo)型
圖1-3 極坐標(biāo)型 圖1-4 多關(guān)節(jié)型
選擇方案的準(zhǔn)則：
1.滿足設(shè)設(shè)計(jì)要求：機(jī)械手能夠旋轉(zhuǎn)一定角度。
2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于計(jì)算分析。
分析比較以上四種運(yùn)動(dòng)形式，確定選用圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人。
1.3驅(qū)動(dòng)方式的選擇：
機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、氣動(dòng)式、和電動(dòng)式。下面將三種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分析比較。
1.液壓驅(qū)動(dòng)
機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
(1)液壓容易達(dá)到較高的壓力（常用液壓為2.5～6.3MPa），體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；
(2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；
(3)液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；
(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤(rùn)滑性能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長(zhǎng)。
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是：
(1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃爆炸等危險(xiǎn)；
(2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高；
(3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起故障。
液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。
2.氣壓驅(qū)動(dòng)
與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：
(1)壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速；
(2)利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備；
(3)空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)；
(4)氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。
它的不足之處是：
(1)壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6MPa，若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大；
(2)空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難；
(3)壓縮空氣的除水問(wèn)題是一個(gè)很重要的問(wèn)題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生銹，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。
氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)多用于點(diǎn)位控制、抓取、開(kāi)關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人。
3.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)器人。伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人。交、直伺服電動(dòng)機(jī)一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場(chǎng)合。
本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手的特點(diǎn)：
1.點(diǎn)位控制進(jìn)行搬運(yùn)工作，采用順序控制方式。
2.負(fù)載小，精度要求不高。
3.要求成本低。
根據(jù)以上特點(diǎn)，確定選用氣壓驅(qū)動(dòng)。
1.4總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)圓柱坐標(biāo)型運(yùn)動(dòng)方式和氣壓驅(qū)動(dòng)方式的選定，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)由擺動(dòng)氣缸、雙聯(lián)氣缸、單聯(lián)氣缸和氣爪組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1-5所示。
圖1-5 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)圖
2.機(jī)械手手部設(shè)計(jì)
2.1結(jié)構(gòu)分析
機(jī)械手的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是用來(lái)握持工件的部件。常用的手部按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類，本課題采用夾持類手部。夾持類手部又可分夾鉗式、托勾式和彈簧式。本課題選用夾鉗式，它是工業(yè)機(jī)器人最常見(jiàn)的一種手部。手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可分回轉(zhuǎn)型、平動(dòng)型和平移型。回轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)是當(dāng)手爪夾緊和松開(kāi)物體時(shí)，手指作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被抓物體的直徑大小變化時(shí)，需要調(diào)整手爪的位置才能保持物體的中心位置不變。平動(dòng)型的特點(diǎn)是手指由平行四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)手爪夾緊和松開(kāi)物體時(shí)，手指姿態(tài)不變，作平動(dòng)。和回轉(zhuǎn)型手爪一樣，夾持中心隨被夾持物體直徑的大小而變。平移型的特點(diǎn)是當(dāng)手爪夾緊和松開(kāi)工件時(shí)，手指作平移運(yùn)動(dòng)，并保持夾持中心固定不變，不受工件直徑變化的影響。為便于夾持避免固定中心的麻煩，采用平移型，圖2-1所示的是靠導(dǎo)槽保持手指作平移運(yùn)動(dòng)。手部結(jié)構(gòu)也采用氣壓驅(qū)動(dòng)。
圖2-1 手部裝配圖
2.2計(jì)算分析
因工件運(yùn)動(dòng)速度引起視在重量增加情況下的夾緊力計(jì)算
機(jī)器人手臂停止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始的直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合，所以伴隨有速度和加速度.工件有了加速度，其視在重量就變化。設(shè)機(jī)械手手部縱向中心線上所加的驅(qū)動(dòng)力為P，P＝氣缸有效截面積×使用的氣壓×η.作用在一個(gè)指尖上的夾緊力為Q（方向沿手指的運(yùn)動(dòng)方向）.設(shè)兩個(gè)手指以摩擦力2μQ，工件重量為G=mg.夾起工件要計(jì)算的是單個(gè)手指所必須的力Q.
1.垂直上升的情況
如圖2-2所示，工件以加速度a垂直上升，要使工件不掉下，下式必須成立.
得
代入數(shù)據(jù)，得
圖2-2 工件垂直上升時(shí)受力分析圖
2.水平旋轉(zhuǎn)的情況
機(jī)械手部繞垂直軸以半徑r作水平旋轉(zhuǎn)，工件夾緊面與旋轉(zhuǎn)圓弧切線方向平行，如圖2-3所示。
切線方向：
主法線方向：
副法線方向：
聯(lián)立上式，求解得
代入數(shù)據(jù)，得
|注塑模具|沖壓模具|工藝夾具|減速器|變速器|機(jī)械手|機(jī)器人|汽修設(shè)計(jì)|數(shù)控加工編程|數(shù)控改造|數(shù)控機(jī)床|液壓設(shè)計(jì)|機(jī)電PLC控制|單片機(jī)|專用組合機(jī)床|污水處理工程|化工設(shè)備類|自動(dòng)生產(chǎn)線類|三維造型類-UG-PRE-SW|鉆床類|礦用機(jī)械|農(nóng)用機(jī)械|專用機(jī)械|本科精品設(shè)計(jì)|部分下載|
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后指：
由于是機(jī)械手部機(jī)構(gòu)，QF=QR,所以結(jié)果Q必須滿足下式
代入數(shù)據(jù)，得
圖2-4 工件水平直進(jìn)時(shí)受力分析圖
綜上所述，得
由于考慮到設(shè)計(jì)的機(jī)械手的安全問(wèn)題，應(yīng)再乘上一個(gè)安全系數(shù)S。
夾緊力Q與壓強(qiáng)的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，如圖2-5所示。
由設(shè)計(jì)要求得知夾持長(zhǎng)度L＝25mm,根據(jù)圖2-5可知所加的壓強(qiáng)約為0.5MPa.
圖2-5 夾緊力、夾持長(zhǎng)度、壓強(qiáng)關(guān)系圖
3.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)的控制要求
3.1.1機(jī)械手移動(dòng)工件的基本結(jié)構(gòu)、工作流程和工作原理
1.機(jī)械手移動(dòng)工件的基本機(jī)構(gòu)
機(jī)械移動(dòng)工件的基本結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。
圖3-1 機(jī)械移動(dòng)工件的基本結(jié)構(gòu)圖
2.機(jī)械手移動(dòng)工作的工作流程
機(jī)械手移動(dòng)工件單個(gè)工作流程示意圖如圖2-2所示。
機(jī)械手移動(dòng)工件的單個(gè)工作流程由復(fù)位到初始位置、將機(jī)械手移動(dòng)到工件處、夾緊工件、將工件移動(dòng)到目標(biāo)位置、放下工件和移動(dòng)到初始位置6個(gè)過(guò)程組成。機(jī)械手移動(dòng)工件通過(guò)PLC平控制，可以實(shí)現(xiàn)這6個(gè)過(guò)程全自動(dòng)依次運(yùn)行。
3.機(jī)械手移動(dòng)工件的工作原理
由于本機(jī)械手采用氣動(dòng)傳動(dòng)，為方便檢測(cè)，選用磁性開(kāi)關(guān)作為傳感器。安裝在氣缸外部即可。機(jī)械手移動(dòng)工件通過(guò)磁性限位開(kāi)關(guān)與電磁閥來(lái)控制。
(1)機(jī)械手左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左移、右移、上移、下移分別通過(guò)左轉(zhuǎn)電磁閥、右轉(zhuǎn)電磁閥、左移電磁閥、右移電磁閥、上移電磁閥、下移電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的最大位置由左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)SL0、右轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)SL1、左移限位開(kāi)關(guān)SL2、右移限位開(kāi)關(guān)SL3、上移限位開(kāi)關(guān)SL4、下移限位開(kāi)關(guān)SL5來(lái)控制。
(2)放松、夾緊工件通過(guò)放松電磁閥、夾緊電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。夾緊工件通過(guò)定時(shí)器控制，根據(jù)實(shí)際情況，夾緊時(shí)間設(shè)為3秒。放松工件通過(guò)放松限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制。
(1)按下啟動(dòng)按按鈕，系統(tǒng)先檢查機(jī)械手是否在初始位置，若不是機(jī)械手先進(jìn)行復(fù)位，然后再進(jìn)入機(jī)械手正式工作狀態(tài)。按下停止按扭，等機(jī)械手運(yùn)行到初始位置后，再停車。按下急停按鈕，斷開(kāi)PLC外部負(fù)載電源和氣動(dòng)裝置電源，系統(tǒng)立即停止。
開(kāi) 始
復(fù)位
移到工件處
夾緊工件
放下工件
移動(dòng)初始位置處
移到目標(biāo)處
結(jié)束
圖3-2 機(jī)械手移動(dòng)工件單個(gè)工作流程
3.1.2設(shè)備控制要求
該系統(tǒng)要求機(jī)械手能自動(dòng)進(jìn)行工作，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要求回轉(zhuǎn)半徑最小，要具體控制要求如下：
(1)按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行自檢查機(jī)械是否在初始位置，不是的話先進(jìn)行復(fù)位工作，然后進(jìn)行正式工作。
(2)復(fù)位工作控制要求如下：
① 機(jī)械手首先上移，直到運(yùn)動(dòng)到最上端。
② 上移后，機(jī)械手開(kāi)始右移。
③ 右移完成后，機(jī)械手開(kāi)始左轉(zhuǎn)，至此，復(fù)位工作完成。
(3)正式工作控制要求如下：
① 機(jī)械手開(kāi)始左移，一直運(yùn)動(dòng)到最左端。
② 運(yùn)行到最左端后，機(jī)械手開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。
③ 到達(dá)最下端后，機(jī)械手開(kāi)始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時(shí)間由定時(shí)器控制，定時(shí)為3秒。
④ 機(jī)械手開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最上端。
⑤上移后，機(jī)械手開(kāi)始右移。
⑥ 右移完成后，機(jī)械手開(kāi)始右轉(zhuǎn)，直到右轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)。
⑦ 右轉(zhuǎn)完成后，機(jī)械手下移。
⑧ 運(yùn)行到最低位置后，機(jī)械手把工件松開(kāi)，一直到放松限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)。
⑨ 工件松開(kāi)后，機(jī)械手開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。
⑩ 到達(dá)最上端后，機(jī)械手開(kāi)始左轉(zhuǎn)，真到左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)，此時(shí)機(jī)械手已加到初始位置。
(4)該系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)循環(huán)工作。正常停車時(shí)，要求機(jī)械手回到初始位置時(shí)才能停車。急停時(shí)，切斷所有電源，系統(tǒng)停止運(yùn)行。重新啟動(dòng)后，由于急停時(shí)機(jī)械手位置的不確定性，要進(jìn)行復(fù)位工作。
3.2機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置
3.2.1PLC選型
由于機(jī)械手控制系統(tǒng)的輸入/輸出接點(diǎn)少，要求性價(jià)比高，編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，機(jī)身小巧，故選用三菱公司的FX1N-24MR-001型號(hào)。市場(chǎng)為3330元。該機(jī)有14個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)輸出點(diǎn)，輔助繼電器1536點(diǎn)，定時(shí)器256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器235點(diǎn)，數(shù)據(jù)寄存器8000點(diǎn)。
3.2.2系統(tǒng)資源分配
1.I/O觸點(diǎn)分配
根據(jù)系統(tǒng)控制要求，I/O分配如表3-1所示。
表3-1 I/O觸點(diǎn)分配表
輸入設(shè)備
輸入地址
輸出設(shè)備
輸出地址
左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)SL0
X000
左轉(zhuǎn)電磁閥
Y000
右轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)SL1
X001
右轉(zhuǎn)電磁閥
Y001
左移限位開(kāi)關(guān)SL2
X002
左移電磁閥
Y002
右移限位開(kāi)關(guān)SL3
X003
右移電磁閥
Y003
上移限位開(kāi)關(guān)SL4
X004
上移電磁閥
Y004
下移限位開(kāi)關(guān)SL5
X005
下移電磁閥
Y005
放松限位開(kāi)關(guān)SL6
X006
放松電磁閥
Y006
啟動(dòng)按鈕
X007
夾緊電磁閥
Y007
停止按扭
X010
2.定時(shí)器部分
這個(gè)控制系統(tǒng)夾緊工件需要定時(shí)器來(lái)控制夾緊程度。時(shí)間設(shè)為3秒。定時(shí)器分配如表3-2所示。
表3-2 定時(shí)器分配
定時(shí)器
功能
T0
夾緊工件時(shí)定時(shí)3s
3.2.3硬件電路接線圖
硬件電路接線圖如圖3-3所示。
COM0 COM1
X000 Y000
X001 Y001
X002 Y002
X003 Y003
X004 COM2
X005 Y004
X006 Y005
X007 Y006
X010 Y007
SL0
SL1
SL2
SL3
SL4
SL5
SL6
start
stop
～～
～
電源
左轉(zhuǎn)
右轉(zhuǎn)
左移
放松
右移
上移
下移
·
夾緊
FX1N-24MR-001
圖3-3 硬件電路接線圖
3.3機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)的PLC程序
3.3.1編程軟件
采用三菱公司編程軟件FXGP/WIN-C，其界面如圖3-4所示。
3.3.2程序流程圖
根據(jù)系統(tǒng)控制要求，畫(huà)出程序流程圖。見(jiàn)附件1。
3.3.3狀態(tài)圖
此程序用步進(jìn)指令編寫(xiě)比較方便直觀。根據(jù)流程圖。可畫(huà)出狀態(tài)圖，如圖3-5所示。
3.3.4梯形圖
見(jiàn)附錄
3.3.5語(yǔ)句表
見(jiàn)附錄
圖3-4 FXGP/WIN-C界面
X005
Y005
Y006
S29
X001
S30
Y002
S22
X003
S23
X000
Y000
S0
S20
X007
S21
X004
Y004
Y003
M8002
初始脈沖
啟動(dòng)按鈕
S24
X002
S25
X005
Y005
Y007
T0
T0
K30
Y004
S26
X004
S27
S28
X003
Y003
Y001
S33
X000
Y000
Y004
X004
S32
X006
S31
停止按鈕
按下結(jié)束
X010
圖2-5 狀態(tài)圖
4.動(dòng)畫(huà)制作
為了使視覺(jué)動(dòng)態(tài)效果逼真突出，選用優(yōu)秀的三維動(dòng)畫(huà)軟件3ds max來(lái)制作。
4.1建立機(jī)械手模型
機(jī)械手的建模比較簡(jiǎn)單，通過(guò)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)基本體與擴(kuò)展基本體即可建立氣缸、氣爪等。如圖4-1，4-2所示。
圖4-1 圖4-2
創(chuàng)建六角螺母時(shí)，先創(chuàng)建圖形中的多邊形。再通過(guò)修改\修改器列表，選擇擠出，完成六邊形的拉伸。如圖4-3，4-4所示。
通過(guò) 將創(chuàng)建好的幾何體進(jìn)行裝配，再通過(guò)復(fù)合對(duì)象中布爾操作將幾何體中的重疊部分切除。如圖4-5所示。
最終的機(jī)械手模型如圖4-6所示。
4.2制作機(jī)械手的動(dòng)畫(huà)
3d max 基礎(chǔ)動(dòng)畫(huà)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)激活自動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)按鈕，為物體的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等變換參數(shù)記錄動(dòng)畫(huà)。制作機(jī)械手的動(dòng)畫(huà)，還要用到層次式關(guān)系和FK。首先了解什么是層次關(guān)系。比如我們要制作人的手臂動(dòng)畫(huà)。我們希望這樣來(lái)控制：對(duì)人物的上臂作旋轉(zhuǎn)操作，上臂的運(yùn)動(dòng)自動(dòng)帶動(dòng)了小臂、手腕、手掌、手指等肢體的運(yùn)動(dòng)。這種用一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)其他肢體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)關(guān)系在3ds max 中我們稱其為層次關(guān)系。在這個(gè)動(dòng)畫(huà)關(guān)系中，上臂的運(yùn)動(dòng)決定了小臂的運(yùn)動(dòng)，小臂會(huì)跟隨上臂的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；那么在3ds max 中上臂稱為小臂的父物體，小臂則稱為上臂的子物體。
圖4-3
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