水果抓取機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、水果抓取機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。 摘要 水果抓取機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是在控制系統(tǒng)的指令下，能將水果迅速、靈活、準(zhǔn)確、可靠地抓起并運(yùn)送到指定位置， 因此本文采用PLC可編程控制器作為水果抓取機(jī)械手的控制系統(tǒng)，氣壓驅(qū)動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作流程和輸入輸出要求來選PLC的型號(hào)并確定I/O接口，最后進(jìn)行程序的編輯與調(diào)試，從而使機(jī)械手完成最后的裝夾任務(wù)。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手 可編程控制器 水果抓取手 PLC 控制設(shè)計(jì) ABSTRACT The fruit captures the

2、 manipulator control system's design requirements is under control system's instruction, can the fruit rapid, nimble, accurate, work reliably and ship to assigns the position, therefore this article uses the PLC programmable controller to capture manipulator's control system as the fruit, the gas dr

3、ive takes the driving mechanism, chooses PLC according to manipulator's movement flow and the input output request the model and the determination I/O connection, finally carries on the procedure the edition and the debugging, thus causes the manipulator to complete the final attire to clamp the dut

4、y. Keyword: Manipulator Programmable controller Fruit capture PLC Control design 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 目 錄 III 前言 IV 1 機(jī)械手的介紹 1 1.1 機(jī)械手的概述 1 1.2 機(jī)械手的工作過程 2 1.3 機(jī)械手的工作方式 3 1.4氣動(dòng)機(jī)械手 3 1.5 機(jī)械手的工作原理 5 2 抓取水果機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作任務(wù) 8 2.1 確定所需要的的用戶I/O設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù) 8 2

5、.2選擇PLC 10 3 水果抓取機(jī)械手控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 13 3.1 總體結(jié)構(gòu) 13 3.2 手動(dòng)操作程序 14 3.3 自動(dòng)操作程序 15 3.4程序的下載、安裝和調(diào)試 19 總結(jié) 21 參考文獻(xiàn) 22 致謝 23 附錄Ⅰ 24 前言 自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，機(jī)器人技術(shù)不再局限于傳統(tǒng)的工業(yè)和制造業(yè)，已被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。如我國(guó)研發(fā)出特種機(jī)器人、農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人。 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)械手的是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有

6、人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手，能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。 對(duì)于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可

7、以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對(duì)所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來編寫程序。 機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來越廣泛。 在社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)中，如何進(jìn)一步發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械化的作用，從而推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，是農(nóng)機(jī)工作者所面臨的新課題。我國(guó)雖是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；⒕_化、某些地域呈現(xiàn)出勞動(dòng)力不足的現(xiàn)象，在加之蘋果、桃子等水果的分類挑選是一項(xiàng)勞動(dòng)密集型工作，以及水果生產(chǎn)對(duì)時(shí)令的要求，勞動(dòng)力問題很難解決。廣大果農(nóng)由于不能及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)水果進(jìn)行抓取包裝，從而使水果生產(chǎn)受到很大的影響。水果抓取機(jī)械手的應(yīng)用可以提高勞動(dòng)

8、生產(chǎn)率，解決勞動(dòng)力不足問題、改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境、防止農(nóng)藥、化肥等化學(xué)藥品對(duì)人體的傷害、提高勞動(dòng)作業(yè)質(zhì)量等。下面介紹采用先進(jìn)的可編程控制器PLC作為機(jī)械手的控制系統(tǒng)，可以克服以前繼電器控制的諸多缺點(diǎn)，利用PLC作為可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)平穩(wěn)，準(zhǔn)時(shí)，準(zhǔn)確地工作。 1 機(jī)械手的介紹 1.1 機(jī)械手的概述 機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(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

9、是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物

10、體 ，需有 6個(gè)自由度 。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù) 。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如： (1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。 (2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。 (3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)/ (4)可

11、在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。 (5)宇宙及海洋的開發(fā)。 (6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式。機(jī)械式機(jī)械手 ；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 ；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn) 物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。 1.2 機(jī)械手的工作過程 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除

12、了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。 1、機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。 下降 上升 下限位開關(guān) 夾緊電磁閥 下降電磁閥 原點(diǎn) 上限位開關(guān) 右移電磁閥 右移 左移 下降電磁閥 下降 下限位開關(guān) 夾緊電磁閥 上升 1 3 2 4 5 6 7 8 上限位開關(guān) 右位 起動(dòng)

13、（a）機(jī)械手的動(dòng)作過程分解 左/右 上/下 夾/松 手動(dòng) 連續(xù) 單周期 單步 復(fù)位 起動(dòng) 停止 控制面板 圖1 機(jī)械手的動(dòng)作過程分解(a)及操作面板圖(b) 機(jī)械手的動(dòng)作過程分解圖如圖1所示。從原點(diǎn)開始按下起動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)按夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限開關(guān)，上升電磁閥斷電，機(jī)械手上升停止；同時(shí)接同右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位時(shí)，碰到右限開關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手右移停止。若此時(shí)工作臺(tái)上無工件，則光

14、電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過8步動(dòng)作完成了一個(gè)周期。 1.3 機(jī)械手的工作方式 機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種。自動(dòng)操作又分為單步，單周期（主要用于調(diào)試）和連續(xù)操作方式。 手動(dòng)操作：就是用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一中運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制，例如，當(dāng)選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手上升

15、：按下停止按鈕，機(jī)械手下降。當(dāng)選擇左/右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手左移；按下停止按鈕，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊/放松運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。 單步操作：每按依次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。 單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，然后停止在原起始點(diǎn)位置。 連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。 在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止。重新起動(dòng)時(shí)，須用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手又重新開始連續(xù)操作。 在工作中若按一下復(fù)位

16、按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)，自動(dòng)停止。 1.4氣動(dòng)機(jī)械手 　氣動(dòng)機(jī)械手是指一壓縮空氣為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:極為方便，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。 本設(shè)計(jì)所用的機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制，其中，上升/下降和左移和右移分別有雙線圈二位電磁閥控制。例如當(dāng)下降電磁閥通電是，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

17、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。同樣，左移/右移分別由左右電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松夾緊由一個(gè)單線圈二位電磁閥（稱夾緊電磁閥控制）。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊，該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。 當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降是，為了確保安全，必須在右工作臺(tái)上無工件時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到右工作臺(tái)上的工件尚未搬走時(shí)，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降。 基于PLC的機(jī)械手控制設(shè)計(jì)隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展

18、，其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡(jiǎn)便以及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn)，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動(dòng)機(jī)械手主要作用是完成水果的抓取工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件貨物運(yùn)輸更快捷、便利。 1.4.1氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖2所示，機(jī)械手為三自由度氣壓式圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手，主要由機(jī)座、腰部、水平手臂、垂直手臂、氣爪等部分組成。手臂及氣爪采用氣缸等氣動(dòng)元件。對(duì)應(yīng)的物料分揀裝置由4個(gè)普通氣缸構(gòu)成，用以裝放部同大小的水果，然后再由機(jī)械手抓取、搬運(yùn)和分類堆放。 圖2機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)使

19、，左限位開關(guān)和上限位開關(guān)被壓合，起動(dòng)以后，機(jī)械手延-z方向移向A（工步1）,夾緊水果后返回到原位（工步2），再延x方向移向B，放下水果（工步3），最后返回到原位（工步4）完成一次循環(huán)，上述過程若采用常規(guī)的繼電器控制，則很難識(shí)別以下兩種情況：一是機(jī)械手向下移動(dòng)時(shí)，不能識(shí)別是向A點(diǎn)，還是向B點(diǎn)；二是在2、3工步，是先回到原點(diǎn)，然后向右，還是直接由A點(diǎn)向右移到B點(diǎn)。采用PLC的步進(jìn)功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)這一動(dòng)作過程進(jìn)行控制，不僅能有效的避免上上述動(dòng)作的二義性，而且使整個(gè)控制過程準(zhǔn)確、直觀。 1.4.2氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)組成 機(jī)械手控制系統(tǒng)共有五部分組成：支撐架、電磁閥、限位開關(guān)、氣缸、氣動(dòng)夾具。各部分由不

20、銹鋼材料組成。 （1）氣缸是QGB-Q系列的，屬于雙電控帶閥氣缸，為自己保持式，電磁換向閥有記憶作用，當(dāng)切斷電信號(hào)時(shí)，閥位不變，氣缸活塞位置保持不變，系統(tǒng)不受突然斷電的干擾。氣缸的工作壓力為0.15~0.8Mpa。 （2）限位開關(guān)共有四個(gè)：上/下限、左/右限。 在機(jī)械手控制中，除了要對(duì)垂直手臂升降氣缸、氣爪等普通氣缸進(jìn)行控制外，考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，對(duì)這種混合驅(qū)動(dòng)機(jī)械手采用PLC作為核心控制器，上述各控制對(duì)象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作，PLC采用上海香島機(jī)電有限公司的ACMY-S80 系列PLC 系統(tǒng)主要由機(jī)械、電氣、控制三大

21、部分組成。其機(jī)械部分主要是機(jī)械手裝置，由氣缸、支承裝載工件的機(jī)構(gòu)組成。電氣部分有檢測(cè)傳感器（4個(gè)限位開關(guān)，1個(gè)光電傳感器）、電磁控制閥(其中2個(gè)雙線圈電磁閥和1個(gè)單線圈電磁閥)，汽缸(2個(gè)滑動(dòng)缸，1個(gè)擺動(dòng)缸)，控制部分選用ACMY-S80可編程控制器。 在升降氣缸和氣爪上都安裝有磁性開關(guān)傳感器，用于檢測(cè)氣缸活塞的位置。通過這些傳感器的信號(hào)，在PLC的控制下，就能夠?qū)瑝K氣缸和氣爪對(duì)應(yīng)的電磁閥進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣缸的動(dòng)作。 各氣缸是由電磁閥控制。電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；電磁閥并不限于液壓還是氣動(dòng)；電磁閥用一般者用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓鋼控

22、制，所以就會(huì)用到電磁閥。 電磁閥控制氣缸的工作原理，電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同的氣管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來檔住或漏出不同的排氣的孔，而進(jìn)氣孔是常開的，氣體就會(huì)進(jìn)入不同的排氣管，然后通過氣的壓力來推動(dòng)氣缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過控制電磁鐵的電 流就控制了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。 1.5 機(jī)械手的工作原理 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌

23、跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)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)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置. (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。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。回轉(zhuǎn)型

24、手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)比較復(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)取決于被抓取物件的表面形狀、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)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 2、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(shì)) 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

25、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)。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，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、機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，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)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。它由動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有

26、液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，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(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)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(cè)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)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使

27、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 機(jī)械手的抓取能力可參照鉗爪式手部的有關(guān)公式，結(jié)合機(jī)械手的幾何參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。由于殼體重量較輕(≤2　kg)，夾緊缸內(nèi)徑d=40 mm，所以在氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有足夠大的夾緊力。 由于外氣源工作壓力較低，抓舉力較小，剛好適用于抓取水果，不至于把水果抓爛，氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題. 壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流

28、程不致突然中斷 2 抓取水果機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作任務(wù) 水果抓取機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是能在控制系統(tǒng)的指令下，能將水果迅速，靈活，準(zhǔn)確，可靠地抓起并運(yùn)送到指定位置，因此設(shè)計(jì)要考慮到運(yùn)動(dòng)的速度，加速度等情況。 機(jī)械手抓取水果的動(dòng)作過程為：在原位下降（由立柱的升降氣缸控制，下降過程中手指始終張開一定的角度，以保證不會(huì)損傷水果）——抓取蘋果（由手腕旋轉(zhuǎn)氣缸和手部夾緊氣缸共同完成，通過視覺識(shí)別系統(tǒng)來確定水果的分類）——上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降和旋轉(zhuǎn)由氣缸共同完成，將水果送至對(duì)應(yīng)的傳送帶上方）——下降（由立柱升降氣缸實(shí)現(xiàn)，將水果送至傳送帶上）——張開手指并放下水果（該過程由于受部夾緊氣缸完

29、成）——上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降氣缸共同完成，機(jī)械手臂還原至初始位置）。 機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而氣缸馬達(dá)又由相應(yīng)的電磁換向閥控制。例如下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；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。同樣，左移/右移分別由放松電磁閥和夾緊電磁閥控制，上轉(zhuǎn)/下轉(zhuǎn)分別由上轉(zhuǎn)電磁閥和下轉(zhuǎn)電磁閥。 2.1 確定所需要的的用戶I/O設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù) 2.1.1輸入設(shè)備——用以產(chǎn)生輸入控制信號(hào) 本設(shè)計(jì)中應(yīng)包括： （1）操作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)：有手動(dòng)，單步，單周期，循環(huán)等4個(gè)位置可供選擇。 （2）手動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)：

30、應(yīng)有上/下，左/右，夾緊/放松，等3個(gè)位置可供選擇。 （3）起動(dòng)，停止及復(fù)位按鈕。 （4）位置檢測(cè)元件：機(jī)械手的動(dòng)作是按行程原則進(jìn)行控制的。其上限，下限，左限，右限的位置分別用限位開關(guān)來檢測(cè)。 （5）無工件檢測(cè)元件：右工作臺(tái)上無工件用光電開關(guān)來檢測(cè)。開關(guān)及按鈕在操作屏上的布置如圖3,所示.各限位開關(guān)幾光電開關(guān)的配置見圖1. 左/右 上/下 夾/松 手動(dòng) 連續(xù) 單周期 單步 復(fù)位 起動(dòng) 停止 圖3操作面板布置圖 其中光電開關(guān)(光電傳感器)是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱,它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射,由同步回路選通電路,從而檢測(cè)物體有無的。 限位開關(guān)

31、是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)極限位置的電氣開關(guān)。限位開關(guān)主要就是限定位置，比如行車之類的，當(dāng)?shù)侥┒宋恢茫尬婚_關(guān)就觸動(dòng)，停止繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，不至于出軌，假如光靠機(jī)械阻擋制動(dòng)不僅不利于設(shè)備，也浪費(fèi)電能。 2.1.2輸出設(shè)備——由PLC的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件 本設(shè)計(jì)中應(yīng)包括下降電磁閥，上升電磁閥，夾緊電磁閥，放松電磁閥，左移電磁閥，右移電磁閥。 為了機(jī)械手處于原點(diǎn)進(jìn)行指示，還配置1個(gè)原點(diǎn)指示的指示燈。 各配置的設(shè)置圖見圖1 根據(jù)所確定的用戶輸入設(shè)備及輸出設(shè)備，可畫出PLC的I/O連接圖,如圖4所示。由圖可見，PLC共需要15點(diǎn)輸入，6點(diǎn)輸出。 運(yùn)動(dòng)選擇 1000 1001 100

32、2 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014 2000 2001 2002 2003 2004 2005 起動(dòng)按鈕 下限位開關(guān) 上限位開關(guān) 右限位開關(guān) 左限位開關(guān) 光電開關(guān) （無工件檢測(cè)） 手動(dòng) 單步 單周期 連續(xù) 左/右 夾/松 上/下 復(fù)位 操作方式選擇 下降沿電磁閥 夾緊電磁閥 上升電磁閥 左移電磁閥 右移電磁閥 原點(diǎn)指示 停止按鈕 ACMY——S80

33、 圖4 PLC I/O連接圖 由于不同機(jī)型的PLC，其I/O點(diǎn)的編號(hào)不同，因此應(yīng)根據(jù)所選擇的機(jī)型，對(duì)PLC的I/O點(diǎn)分配編號(hào)。由圖4給出的是ACMY-S80所對(duì)應(yīng)的I/O點(diǎn)編號(hào)。 2.2選擇PLC 該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制，且所需的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型抵擋機(jī)PLC即可人。 另外，從PLC的功能方面考慮，該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)控制，可以用一般PLC具有的移位寄存器和移位指令來編程，但若選擇具有步進(jìn)指令功能的PLC，則實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制就更加非常方便。 再者，由于所需的I/O點(diǎn)數(shù)為15和6點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，PLC的I/O點(diǎn)基本上可不留余量。結(jié)合書上所介紹的

34、PLC可選用GE-I（I/O點(diǎn)數(shù)分別為15和9）和ACMY-S80(I/O點(diǎn)數(shù)為24和16點(diǎn))PLC均能滿足要求。本設(shè)計(jì)介紹ACMY-S80 PLC來實(shí)現(xiàn)水果抓取機(jī)械手控制系統(tǒng)。 當(dāng)然，具有選擇何種機(jī)型，還需要比較價(jià)格，配件，維修等方面的因素，使之更加經(jīng)濟(jì)合理。 ACMY系列PLC是上海香島機(jī)電有限公司的產(chǎn)品，有ACMY-S256和ACMY-S80兩個(gè)品種。屬小型抵擋PLC，其中ACMY-S80為更小型化的產(chǎn)品，它與ACMY-S256相互兼容。本設(shè)計(jì)使用ACMY-S80。 2.2.1 ACMY-S80PLC的特點(diǎn) （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC

35、由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制

36、場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控

37、制打開了方便之門。 （4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 （5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 2.2.2 ACMY系列PLC的內(nèi)部構(gòu)成 ACMY系列PLC采用整體式結(jié)構(gòu)， CPU板、存儲(chǔ)器、I/O板、等基本單元以及電源

38、均組裝在主機(jī)內(nèi)，形成一個(gè)整體。整個(gè)PLC由主機(jī)、編程器及其其它外圍設(shè)備、I/O擴(kuò)展機(jī)等部分組成。 主機(jī)上面有外圍設(shè)備插口，可以插入編程器，EPROM寫入器、EPROM用戶卡、A/D、D/A模塊、高速計(jì)數(shù)器、RS232C聯(lián)機(jī)通信接口等。其中編程器是組成PLC系統(tǒng)的基本部分，其它外圍設(shè)備可根據(jù)用戶需要來配置。 圖5 ACMY系列PLC的結(jié)構(gòu) CPU EPROM （系統(tǒng)程序） RAM （用戶程序） 輸入單元 輸出單元 外設(shè)接口 擴(kuò)展接口 用戶 輸入設(shè)備 用戶 輸出設(shè)備 I/O 擴(kuò)展機(jī) 外圍設(shè)備 （編程器 EPROM 寫

39、入器 用戶卡 A/D，D/A 高速計(jì)數(shù)器 RS232C） 編程器用于程序的寫入和修改，用戶程序通過編程器上的按鍵寫入到主機(jī)內(nèi)的RAM中，然后由CPU加以處理，再通過輸出端子，將CPU的輸入信號(hào)送給用戶輸出設(shè)備。 EPROM寫入器用于將存儲(chǔ)在主機(jī)RAM中的程序?qū)懭氲紼PROM芯片中去，幾固化用戶程序；還可將固化在EPROM芯片中的程序讀入到主機(jī)餓RAM中。 EPROM用戶卡為寫入了程序的EPROM提供就位插座，然后通過外設(shè)I/O接口與主機(jī)連接，并讓主機(jī)按EPROM中的程序運(yùn)行。 A/D、D/A模塊用于將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量供主機(jī)處理，日然后可用開關(guān)量輸出或通過模塊的D/A口將

40、數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，可構(gòu)成實(shí)時(shí)反饋控制。 高速計(jì)數(shù)器由6位BCD高速可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成，用以實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)。 RS232C聯(lián)機(jī)通信接口用于與IBM微機(jī)或兼容機(jī)連接。 2.2.3 ACMY系列PLC的功能 ACMY系列PLC具有邏輯操作、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷等基本功能，主要用于邏輯控制。 ACMY-S256對(duì)于,另外還具備A/D,D/A模塊ii、高數(shù)計(jì)數(shù)器模塊、RS232C聯(lián)機(jī)通信接口模塊供擴(kuò)展功能使用，以實(shí)現(xiàn)模擬量輸入、輸出，數(shù)據(jù)的傳送、比較、變換、算術(shù)運(yùn)算、高數(shù)計(jì)數(shù)以及與IBM微機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)通信，以便用圖形方式進(jìn)行編程、調(diào)試及監(jiān)控等。 對(duì)于ACMY-S80系列，只具備

41、RS232C聯(lián)機(jī)通信接口。 2.2.4 ACMY系列PLC的使用條件 （一）工作環(huán)境 （1）工作溫度：0-55℃ （2）存放溫度：-20-65℃ （3）濕度：（35-85）%RH（不凝結(jié)） （4）空氣：無腐蝕性氣體。 （二）電源 （1）電壓：AC 220V±15%V，110V±15%V。 （2）頻率：50Hz。 （3）功率小于或等于25W （4）耐壓：AC1500V、50Hz，1min(I/O端子和接地端) （5）抗干擾強(qiáng)度：1000VP-P、脈寬10us矩形波 （6）抗振強(qiáng)度：16.7 Hz、3mm雙振幅（x、y、z三個(gè)方面?zhèn)€30 min） 3水果抓取機(jī)

42、械手控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 3.1 總體結(jié)構(gòu) 首先先畫出流程圖，如圖6 開始 處于原點(diǎn) 按起動(dòng)按鈕 向下運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)到底部 夾緊水果 計(jì)時(shí)3s 向上運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)到頂部 向右運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)到最右端 機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)到底部 松開水果 向上運(yùn)動(dòng) 計(jì)時(shí)2s 運(yùn)動(dòng)到頂部 向右運(yùn)動(dòng) 圖6機(jī)械手動(dòng)作流程圖 根據(jù)以上流程圖，作出相應(yīng)編程。本設(shè)計(jì)用ACMY-S80實(shí)現(xiàn)為了便于編程，先繪制出整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)框圖，如圖7所示 手動(dòng)程序 JME JMP JMP

43、 1008 1010 1009 單步時(shí) 斷開 1010 單周期 斷開 連續(xù)時(shí) 斷開 1000 KEEP 手動(dòng)時(shí)斷開 1008 1009 1014 自動(dòng)程序 JME R S 圖7總程序結(jié)構(gòu)圖 在總程序結(jié)構(gòu)圖中運(yùn)用了JMP跳步指令和JME跳步結(jié)束指令。這兩對(duì)指令是成對(duì)使用，用于程序的跳轉(zhuǎn)，其功能為當(dāng)JMP前的邏輯關(guān)系為ON時(shí)，則JMP和JME之間的程序停止執(zhí)行，而跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行JME以下的程序。在JMP和JME之間個(gè)邏輯行的繼電器保持在觸點(diǎn)接通以前。當(dāng)JMP前的邏輯關(guān)系為OFF時(shí)，則不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)功能，程序仍照樣按順序執(zhí)行。 3.2 手動(dòng)操作程序 在

44、手動(dòng)操作方式下，各種動(dòng)作都是按鈕操作實(shí)現(xiàn)的，其控制程序自動(dòng)操作而另行設(shè)計(jì)。手動(dòng)操作控制很簡(jiǎn)單，可以很方便地按一般繼電器控制線路來設(shè)計(jì)，其梯形圖8。 為了安全，機(jī)械手的左/右移動(dòng)，只有當(dāng)機(jī)械手處于上限位置時(shí)才能進(jìn)行，因此，需在左/右移動(dòng)的電路中設(shè)置上限聯(lián)鎖保護(hù)。 另外，由于左/右、上/下運(yùn)動(dòng)采用雙線圈二位電磁閥控制，兩線圈不能同時(shí)通電，因此在左/右、上/下的電路中設(shè)置了互鎖環(huán)節(jié)。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)置于“左/右“時(shí)，如機(jī)械手處于上限位置，則按起動(dòng)按鈕機(jī)械手右移；按停止按鈕時(shí)，機(jī)械手左移。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)置于“夾緊/放松“時(shí)按起動(dòng)按鈕時(shí)機(jī)械手執(zhí)行夾緊動(dòng)作，按停止按鈕時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)開

45、關(guān)置于“上/下”位置時(shí)，按起動(dòng)按鈕時(shí)下降，按停止按鈕時(shí)上升。 1011 2003 2004 2003 1006 2004 左移 夾/松 下降 上升 右移 1000 1002 R 1013 2000 2000 2002 2001 KEEP 1012 1000 1006 1000 1006 2002 圖8 手動(dòng)操作梯形圖 3.3 自動(dòng)操作程序 根據(jù)ACMY-S80移位寄存器的功能，便可設(shè)計(jì)機(jī)械手自動(dòng)操作的梯形圖程序，該系統(tǒng)是按順序動(dòng)作的典型步進(jìn)控制，因此用步進(jìn)指令可以較容易地實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)利

46、用步進(jìn)指令編程的具體梯形如圖9所示。 1002 1004 左限 2004 右移 SFT 3000 3007 3003 1003 3004 1001 3005 5001 3006 1002 3007 1004 2005 1006 停止 3004 1005 1001 2

47、000 下限 3000 R 3005 2001 KEEP S 3001 3001 5000 3002 1002 3007 4000 單步 1008 起動(dòng) 1000 IN CP R 1000 3000 1001 3001 5000 3002 1002 1002 1000 1002 1004 3000 3001 3002 3003 3004 3005 3006 3006 3003 1003 3005 3007 右限 2002 2003

48、 TIM 5001 放松計(jì)時(shí) 0020 左移 夾緊 計(jì)時(shí) 0030 上升 下降 原點(diǎn)指示 圖9自動(dòng)操作梯形圖程序 3.3.1移位寄存器的使用 在ACMY-S80中，可使用輸出繼電器（2000-2715），輔助繼電器（3000-3715，4000-4715），斷電保護(hù)繼電器（6000-6715）作移位寄存器，并利用移位指令（SET）進(jìn)行編程。 移位寄存器有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端IN，一個(gè)時(shí)鐘脈沖端CP（移位輸入端）和一個(gè)復(fù)位端R，每一個(gè)輸入端由任意邏輯繼電器來控制。 ACMY-S80中的移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端（IN）的數(shù)據(jù)是移位輸入信號(hào)（CP）到來時(shí)移入第一位，并且在移

49、位輸入消失后還能保持。以后每送入一個(gè)移位輸入信號(hào)，移位寄存器的數(shù)據(jù)便從第一位開始依次向后移位。此外，ACMY-S80的移位寄存器的末位信號(hào)街道數(shù)據(jù)輸入端，可構(gòu)成環(huán)形移位寄存器，能更方便地實(shí)現(xiàn)連續(xù)（循環(huán)）控制。 使用移位寄存器時(shí)，必須標(biāo)明第一個(gè)寄存器（第一步）的編號(hào)和最后一個(gè)寄存器（最后一步）的編號(hào)。由圖9中標(biāo)出了第一個(gè)寄存器的編號(hào)為3000，最后一個(gè)寄存器的編號(hào)為3007，一共可移8位（步）。 3.3.2該梯形圖的控制原理分析 （1） 連續(xù)及單周期 在連續(xù)及單周期操作方式下，單步輸入點(diǎn)1008斷開，輸入繼電器1008的常閉觸點(diǎn)閉合，將移位寄存器的移位輸入直接接入CP端。 當(dāng)機(jī)械手

50、處于原點(diǎn)時(shí)，壓下上限位開關(guān)和左限位開光，輸入點(diǎn)1002和1004接通，2005接通，原點(diǎn)指示燈亮。 按下起動(dòng)按鈕，輸入繼電器1000接通。其兩對(duì)常開觸點(diǎn)在移位寄存器IN端和CP端同步接通（送入“1”信號(hào) ），CP端的“1”態(tài) 移入3000，2000接通，下降電磁閥得電，機(jī)械手下降，上限位開關(guān)復(fù)位，1002斷開，IN端置“0“。 下降到底碰到下限位開關(guān)后，輸入繼電器1001接通，2000斷開，下降停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)，將3000的“1”，移入到3001，IN端的“0“態(tài)移到3000。3001的常開

51、觸點(diǎn)將2001置“1”并保存，夾緊電磁得電，機(jī)械手夾緊工作，同時(shí)3001得常開觸點(diǎn)接通5000，開始夾緊計(jì)時(shí)。 5000延時(shí)3s后，其常開觸點(diǎn)閉合，產(chǎn)生移位信號(hào)，將3002置“1”，3001置“1，3002的常開觸點(diǎn)將2002接通，上升電磁閥得電，機(jī)械手上升。 此時(shí)，下限開關(guān)復(fù)位，1001斷開，機(jī)械手上升到頂部碰到上限位開關(guān)，1002接通，上升停止。同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)將3002的“1”移到3003，IN端置“0“移入3002，同時(shí)2003得電，機(jī)械手右移，上限位開關(guān)復(fù)位，1002斷開，右移到位時(shí)碰到右限位開關(guān)，1003接通，右移電磁閥斷電，2003短開，右移停止。同時(shí)將3003的”1“移

52、到3004，IN端的”0“移到3003，同時(shí)檢測(cè)右工作臺(tái)無工件1005接通，2000接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底部碰到下限位開光時(shí)1001接通，同時(shí)將3004的”1“移入3005并保持，IN端的”0“移入3004，3005常開觸點(diǎn)接通，夾緊電磁閥失電，機(jī)械手放松， 5001開始放松計(jì)時(shí)，5001延時(shí)2秒后，其常開觸點(diǎn)閉合產(chǎn)生移位信號(hào)將3006置“1“，3005置”0“，3006的常開觸點(diǎn)將2002接通，上升電磁閥得電，機(jī)械手上升。上升到頂部碰到上限位開關(guān)，1002接通，上升電磁閥斷電，2002斷開，上升停止。同時(shí)3007置“1”，3006置“0”，3007的常開觸點(diǎn)接通2004，

53、機(jī)械手開始左移。 當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作完成了最后一步，即左移回到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)，輸入繼電器1004接通，2004斷開，左移停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)。如果是連續(xù)操作，則4000接通，3000又置“1“，3007置“0”，又開始第二周期的循環(huán)動(dòng)作。如果是單周期操作方式，則4000斷開，IN端置“0”，3000保持“0“態(tài)，因此不再循環(huán)工作。 運(yùn)行中，如按下停止按鈕，則1006接通，移位寄存器復(fù)位，機(jī)械手停止動(dòng)作，必須用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后再重新起動(dòng)自動(dòng)操作程序。 （2）單步操作 在單步操作方式下，單步輸入點(diǎn)1008接通，輸入繼電器1008的常閉觸點(diǎn)斷開，將移位寄存器的移

54、位信號(hào)經(jīng)輸入寄存器1000的常開觸點(diǎn)接入CP端。這樣只有按下起動(dòng)按鈕，輸入繼電器1000接通時(shí)，才能將移位信號(hào)送入CP端移位寄存器才能移位。每按一次起動(dòng)按鈕，移位寄存器的的狀態(tài)移一位，機(jī)械手的動(dòng)作完成一步后自動(dòng)停止。 指令如下： LD 1002 AND 1004 OUT 2005 LD 1000 AND 1002 AND 1004 LD 3007 AND 4000 OR LD AND NOT 3000 AND NOT 3001 AND NOT 3002 AND NOT 3003 AND

55、NOT 3004 AND NOT 3005 AND NOT 3006 LD 1000 LD 3000 AND 1001 OR LD；串聯(lián)模塊的并聯(lián) LD 3001 AND 5000 OR LD LD 3002 AND 1002 OR LD LD 3003 AND 1003 OR LD LD 3004 AND 1001 OR LD LD 3005 AND 5001 OR LD LD 3006 AND 1002 OR LD LD

56、 3007 AND 1004 LD 1002 AND 1004 OUT 2005 LD 1000 AND 1002 AND 1004 LD 3007 OR LD LD NOT 1008 OR 1000 AND LD；并聯(lián)模塊的串聯(lián) LD 1006 SFT 3000 3007 LD 3004 AND 1005 OR 3000 AND NOT 1001 OUT 2000 LD 3001 LD 3005 KEEP 2001

57、 LD 3001 TIM 5000 # 0030 LD 3002 OR 3006 AND NOT 1002 OUT 2002 LD 3003 AND NOT 1003 OUT 2003 LD 3005 TIM 5001 # 0020；計(jì)時(shí)2秒 LD 3007 AND NOT 1004 OUT 2004 3.4程序的下載、安裝和調(diào)試 將各個(gè)輸入/輸出端子和實(shí)際控制系統(tǒng)中的按鈕、按所需控制設(shè)備連接，完成硬件的安裝。打開機(jī)

58、械手移動(dòng)程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試，通過編程器將程序?qū)懭隦AM后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)程序無誤后，才能正式運(yùn)行。 調(diào)試的步驟如下： 1. 校對(duì)程序 用“ENTER-/+”鍵對(duì)程序全部指令自下而上或自上而下地逐條進(jìn)行校對(duì)，若發(fā)現(xiàn)某一條指令有錯(cuò)，應(yīng)重新鍵入正確指令，若需要校對(duì)程序中的某一條指令的內(nèi)容，顯示屏及指示燈即顯示指令的內(nèi)容。 2. 進(jìn)行輸入輸出狀態(tài)的模擬試驗(yàn) 輸出端不接負(fù)載，輸入端接模擬開關(guān)，用以模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)試。 3. 聯(lián)機(jī)調(diào)試 經(jīng)過輸入輸出狀態(tài)的模擬調(diào)試，確認(rèn)程序無誤后，便可將主機(jī)與用戶輸入輸出設(shè)備相連，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。在開機(jī)后使主機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)若ERR燈未

59、亮，RUN燈閃光，表示程序正常運(yùn)行。如果被控的機(jī)械設(shè)備工作不正常，則表 明輸入輸出設(shè)備有故障，應(yīng)著重檢查輸入輸出設(shè)備以及它們和PLC之間的連接情況，或查看程序是否有不妥之處。 上述針對(duì)機(jī)械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制裝置的特性，結(jié)構(gòu)緊湊、控制可靠，目前在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好。作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，它還可以通過RS-485總線或CC-Link總線與生產(chǎn)線上的其它PLC及控制器組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的自動(dòng)化生產(chǎn)控制。 可編程控制器（Programmable Logic controller，簡(jiǎn)稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控

60、制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動(dòng)控制問題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。 PLC提供了較完整的編程語言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。 總結(jié) 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督

61、操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡(jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊，高可靠性、在機(jī)械手控制的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用，學(xué)習(xí)PLC的目的，最終

62、要把它應(yīng)用到實(shí)際的控制系統(tǒng)中。 機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。 對(duì)于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對(duì)所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來編寫程序。 機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來越廣泛。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，我遇到了很多設(shè)計(jì)方面的問題。為了弄懂相關(guān)的知識(shí)，掌握相關(guān)技術(shù)，我翻閱了大量的書籍和資料，并積極利用互聯(lián)網(wǎng)豐富的資源找取答案，從中的收獲

63、是非常豐富的。從這次設(shè)計(jì)中我有了很深的體會(huì)，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艱辛的努力。 參考文獻(xiàn) [1] [2] 賀哲榮等.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì).西安：西安電子科技大學(xué)出版設(shè).2006 [3] 王會(huì). 基于PLC 的水果抓取機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).［Ｊ］機(jī)械工程師.2007 [4] 廖常初主編.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)（第4版）。重慶：重慶大學(xué)出版社，2002 [5] 陳立定.吳玉香，蘇開才編，電氣控制與可編程控制器。廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001 [6] 王永華主編.現(xiàn)代電氣及可編程控制器原理及應(yīng)用。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002 [7] 王衛(wèi)星等

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