氣動機械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計

.畢 業(yè) 設(shè) 計氣動機械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書題目名稱：氣動機械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計具體要求：（原始數(shù)據(jù)、試驗方案、手段及預(yù)期結(jié)果）結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，查閱相關(guān)書籍及資料，深入理解設(shè)計課題的要求，完成設(shè)計任務(wù)，具體要求如下：1. 收集相關(guān)資料，氣動機械手的工作原理，確定總體設(shè)計方案，做開題報告，翻譯一篇與該課題有關(guān)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(zhuǎn)。3. 抓握零件直徑，最大重量0.5kg。4. 總結(jié)設(shè)計過程，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，準(zhǔn)備答辯，按照論文撰寫規(guī)范書寫畢業(yè)設(shè)計論文，并做好答辯前的準(zhǔn)備工作?；緝?nèi)容如下： 本課題將要完成的主要任務(wù)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(shè)計；(2) 設(shè)計氣動機械手氣路設(shè)計，進行關(guān)鍵部件的設(shè)計計算；(3) 設(shè)計氣動機械伸縮、回轉(zhuǎn)臂部分結(jié)構(gòu)，進行關(guān)鍵部件的設(shè)計計算； (4) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)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(zé)人意見簽名：年 月 日 氣動機械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)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(biāo)形式，氣動技術(shù)的特點，PLC控制的特點及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。本文對機械手進行總體方案設(shè)計，確定了機械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機械手的技術(shù)參數(shù)。同時，設(shè)計了機械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計了機械手的手腕結(jié)構(gòu)，計算出了手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩。設(shè)計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)。設(shè)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(zhì)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(shè)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(shè)計達到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。關(guān)鍵詞工業(yè)機器人；機械手；氣動；PLCPneumatic manipulator arm structure designAbstractThis 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Abstract1 緒論11.1 氣動機械手概述11.2 機械手的組成和分類11.2.1 機械手的組成11.2.2 機械手的分類11.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r21.4 課題的提出及任務(wù)22 機械手的設(shè)計方案42.1 機械手的坐標(biāo)形式與自由度42.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計42.3 機械手的手腕方案設(shè)計42.4 機械手驅(qū)動方案設(shè)計42.5 機械手技術(shù)參數(shù)列表43 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計63.1 手腕的自由度63.2 手腕的驅(qū)動力矩計算63.2.1 手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩64 手臂伸縮、升降回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸計算和校核94.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核94.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計94.1.2 尺寸校核94.1.3 導(dǎo)向裝置104.1.4 平衡裝置104.2 手臂升降缸的尺寸設(shè)計與校核104.2.1 尺寸設(shè)計104.3 手臂回轉(zhuǎn)缸的尺寸設(shè)計與校核114.3.1 尺寸設(shè)計114.3.2 尺寸校核115 氣動系統(tǒng)設(shè)計135.1 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖136 機械手的PLC控制156.1 可編程序控制器的選擇及工作過程156.1.1 可編程序控制器的選擇156.1.2 工作過程156.2 機械手可編程序控制器控制方案166.2.1 系統(tǒng)簡介166.2.2 工業(yè)機械手的工作流程166.2.3 機械手工作時序圖16結(jié)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(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)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(shè)備3。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用1。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” 4。生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)1。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，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。1.2 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(gòu)、驅(qū)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(guān)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)4。二.按驅(qū)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(qū)動執(zhí)行機構(gòu)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(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏1。但對密封裝置要求嚴(yán)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(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手3。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)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(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)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(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r國外機器人領(lǐng)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(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)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(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；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(wù)進入21世紀(jì)，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(chǎn)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(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。本課題將要完成的主要任務(wù)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(shè)計；(2) 設(shè)計氣動機械手氣路設(shè)計，進行關(guān)鍵部件的設(shè)計計算；(3) 設(shè)計氣動機械伸縮、回轉(zhuǎn)臂部分結(jié)構(gòu)，進行關(guān)鍵部件的設(shè)計計算；（4）PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計及編程。2 機械手的設(shè)計方案2.1 機械手的坐標(biāo)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(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3。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)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(gòu)，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(jié)構(gòu)方案設(shè)計為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時，使用夾持式手部，當(dāng)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(shè)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(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。2.4 機械手驅(qū)動方案設(shè)計由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)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(shù)參數(shù)列表一.用途：用于自動輸送線的上下料。二.設(shè)計技術(shù)參數(shù):（1）抓重： 0.5（2）自由度數(shù)： 4個自由度（3）座標(biāo)型式：圓柱座標(biāo)（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(zhuǎn)范圍 回轉(zhuǎn)速度 （5）手腕運動參數(shù)： 回轉(zhuǎn)范圍 回轉(zhuǎn)速度（6）手指夾持范圍：棒料: 5 20 （7）手腕運動參數(shù)： 回轉(zhuǎn)范圍 回轉(zhuǎn)速度（8）手指夾持范圍： 棒料:（9）定位方式：行程開關(guān)（10）定位精度：（11）驅(qū)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(jié)構(gòu)設(shè)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(diào)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(yīng)復(fù)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(guān)。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(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸。3.2 手腕的驅(qū)動力矩計算3.2.1 手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)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(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算： （3-1）式中: - 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩() - 慣性力矩() 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)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(chǎn)生的慣性力矩M慣若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 - 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量為： （3-3）式中： - 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 - 工件的重量(N) - 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm) - 手腕轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過的角度(弧度)（2）手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + () （3-4）式中: - 手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N) - 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm) 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則3.手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 （3-5）式中: ，- 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)氣缸的尺寸計算和校核4.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核4.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)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(nèi)徑半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計使用壓強,則驅(qū)動力： （4-1） 測定手腕質(zhì)量為50kg,設(shè)計加速度，則慣性力： （4-2） 2.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), （4-3） 總受力 （4-4） 所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。4.1.3 導(dǎo)向裝置氣壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)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(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。4.1.4 平衡裝置在本設(shè)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(cè)重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)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(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。4.2 手臂升降缸的尺寸設(shè)計與校核4.2.1 尺寸設(shè)計（1）測定手腕質(zhì)量為80kg,則重力： （4-5） （2）設(shè)計加速度，則慣性力： （4-6） 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)， （4-7） 總受力 （4-8） 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求。4.3 手臂回轉(zhuǎn)缸的尺寸設(shè)計與校核4.3.1 尺寸設(shè)計氣缸長度設(shè)計為,氣缸內(nèi)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(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： （4-10）（） （4-11） 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) （4-12）總驅(qū)動力矩： （4-13） 設(shè)計尺寸滿足使用要求。5 氣動系統(tǒng)設(shè)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(diào)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1QF-44手動截止閥12儲氣缸23QSL-26-S1分水濾氣器14QTY-20-S1減壓閥15QIU-20-S1油霧器16YJ-1壓力繼電器17Q24DH-10-S1二位五通電磁滑閥18Q24D2H-10-S1二位五通電磁滑閥49Q24D2H-15-S1二位五通電磁滑閥110單向節(jié)流閥211LI-25單向節(jié)流閥212快速排氣閥1各執(zhí)行機構(gòu)調(diào)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(diào)速，這種方法的特點是結(jié)構(gòu)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(diào)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(diào)節(jié)手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度調(diào)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(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)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(diào)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(yīng)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(chǎn)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。考慮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(shè)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(wù)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(dāng)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(nèi)，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(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段：當(dāng)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(guān)指令進行運算和處理9，最后將結(jié)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(jié)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(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進行各種相應(yīng)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(biāo)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(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)。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(qū)動，即用五個二位五通電磁閥(每個閥有兩個線圈，對應(yīng)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(zhuǎn)及機械手抓放動作。其中旋轉(zhuǎn)運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)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(yù)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(guān)，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(dāng)按下機械手啟動按鈕之后，機械手有如下動作：先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動作(1DT通電) 下降至下限位開關(guān)(5DT通電) 手腕逆時針轉(zhuǎn)動90 (7DT通電) 手臂伸長至限位開關(guān)(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(guān)(4DT通電) 上升至上限位開關(guān)(6DT通電) 左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動作(2DT通電) 手腕順時針轉(zhuǎn)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(biāo)號為0000-0015， 12個輸出點，標(biāo)號為0500-0511。 表6-1 I/O分配輸入輸出啟動 0000手臂左轉(zhuǎn) 0500停止 0001手臂右轉(zhuǎn) 0501手抓抓緊 0002手臂伸長 0502左轉(zhuǎn)限位開關(guān) 0003手臂收縮 0503右轉(zhuǎn)限位開關(guān) 0004手臂上升 0504伸長限位開關(guān) 0005手臂下降 0505收縮限位開關(guān) 0006手臂逆轉(zhuǎn) 0506上升限位開關(guān) 0007手臂順轉(zhuǎn) 0507下降限位開關(guān) 0008手臂抓緊 0508逆轉(zhuǎn)限位開關(guān) 0009手臂放松 0509順轉(zhuǎn)限位開關(guān) 0010物品檢測 0011 2.梯形圖設(shè)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(zhuǎn)的條件：左轉(zhuǎn)不到位(0003為OFF)，收縮到位(0006為ON),上升到位(0007為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON),無右轉(zhuǎn)命令(0501為OFF)。(2)手臂右轉(zhuǎn)的條件：右轉(zhuǎn)不到位(0004為OFF)，上升到位(0007為ON),收縮到位(0006為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，手爪放松(0002為OFF),無左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到位(0004為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪放松(0002為OFF)； 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到位(0004為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON)； 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，上升到位(0007為ON)，手爪抓緊(0002為ON)，手腕順轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON)，右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到位(0004為ON)，收縮到位(0006為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，手爪放松(0002為OFF)。(7)手腕逆轉(zhuǎn)的條件：逆轉(zhuǎn)不到位(0009為OFF)，無順轉(zhuǎn)命令(0507為OFF)，右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的條件：順轉(zhuǎn)不到位(0010為OFF)，無逆轉(zhuǎn)命令(0506為OFF)，左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到位(0004為ON)，伸長到位(0005為ON)，下降到位(0008為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，檢測到有物品(0011為ON), 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，伸長到位(0005為ON)，上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到位(0003為ON)，伸長到位(0005為ON),上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)。 2)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON),上升到位(0007為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，收縮到位(0006為ON)。另外，當(dāng)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)0000LD00000038AND0007OR1000AND0010AND NOT0001AND0002OUT1000AND NOT0006LD1000OR LDIL(02)AND NOT0502LD NOT0003OUT0503AND0006LD0006AND0007AND0009AND0009AND0002AND0002AND0004AND NOT0501AND NOT0007OUT0500AND NOT0505LD 0004OUT0504AND0008LD0004AND0009AND0006AND NOT0002AND0010LD0003AND NOT0003AND 0007AND NOT0009AND0010AND NOT0507AND0002OUT0506OR LDLD0003AND NOT0005AND0006AND NOT0503AND0007OUT0502AND NOT0002LD0004AND NOT0010AND0008AND NOT0506AND0009OUT0507AND0002LD0004AND NOT0006AND0005LD0003AND0008表6-3地址指令數(shù)據(jù)地址指令數(shù)據(jù)0076AND0009AND0011LD0003AND0005AND0007AND0010OR LDAND NOT0002AND NOT0509OUT0508LD0003AND0007AND0010AND0002AND0005LD1001OR LDAND NOTTIM(01)OUT1001LD1001TIM00LD0003AND0005AND0007AND0010LD0003AND0007AND0010OR LDAND0002AND NOT0508OUT0509LD NOTTIM00AND1001OR LD0111ILC(03)千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。.結(jié)論（1）本次設(shè)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(diào)，因此適用面更廣。（2）采用氣壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。工作環(huán)境適應(yīng)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(fù)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(shè)定PLC程序來實現(xiàn)?？梢愿鶕?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(xué)出版社，1988.2 蔡自興.機器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略.機器人技術(shù)，2001, 4.3 王雄耀.近代氣動機器人(氣動機械手)的發(fā)展及應(yīng)用.液壓氣動與密封，1999. 4 嚴(yán)學(xué)高，孟正大.機器人原理.南京:東南大學(xué)出版社，1992.5 機械設(shè)計師手冊.北京:機械工業(yè)出版社，1986.6 黃錫愷，鄭文偉.機械原理.北京:人民教育出版社，1981.7 成大先.機械設(shè)計圖冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.8 鄭洪生.氣壓傳動及控制.北京:機械工業(yè)出版社，1987.9 吳振順.氣壓傳動與控制.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.10 徐永生.氣壓傳動.北京:機械工業(yè)出版社，1990, 5.11 胡學(xué)林. 可編程控制器(基礎(chǔ)篇). 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003.12 胡學(xué)林. 可編程控制器(實訓(xùn)篇). 北京: 電子工業(yè)出版社, 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