0099-机械手-气动机械手的设计及其PLC控制系统【SW三维模型+说明书】
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机械手
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控制系统
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三维
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仿单
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摘 要
本文设计了一种气动搬运机械手，其控制部分采用PLC控制系统。论文首先对气动机械手的功能进行分析，确定了总体方案，并设计了驱动系统原理图。由设计参数对机械手的主要组成部分进行选型，并对其进行三维建模，用于演示其工作原理。然后，根据控制要求，对PLC进行了选型，编写出了控制系统的梯形图程序，并绘制出了硬件接线图。
关键词：机械手，PLC，气压传动
- 内容简介：
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1 论文题目： 气动机械手的设计及其 制系统 2 摘 要 本文设计了一种气动 搬运 机械手 ，其控制部分采用 制系统 。论文首先 对 气动机械手的 功能进行分析，确定了总体方案 ，并设计了 驱动系统原理图 。由设计参数对机械手的主要组成部分进行 选型， 并对其进行 三维建模，用于演示其工作原理。然后，根据控制要求，对 行了选型，编写出了控制系统的梯形图程序，并绘制出了硬件接线图。 关键词 ：机械手， 压传动 3 目 录 1 绪论 . 1 计背景 . 1 前国内外有关机械手的研究状况 . 2 文的主要研究内容 . 2 2 机械手系统的结构和总体设计方案 . 3 械手的功能分析 . 3 械手的执行机构及 运动分析 . 4 械手的驱动系统 . 5 械手的检测系统 . 5 3 机械手结构的设计 . 5 械手的技术参数 . 6 爪的选型 . 6 缩缸的选型 . 7 降缸的选型 . 7 动缸的选型 . 8 4 机械手的三维建模 . 9 件的三维建模 . 9 爪的建模 . 9 缩缸的建模 . 10 降缸的建模 . 10 动缸的建模 . 10 械手的装配 . 11 械手运动仿真 . 11 5 制系统的软件设计 . 12 介绍 . 12 定义 . 12 优点 . 12 分类 . 13 选型 . 13 统控制要求 . 15 序设计 . 16 形图语言介绍 . 16 形图程序 . 16 械手的工作分析 . 18 动工作方式 . 18 动工作方式 . 19 6 制系统的硬件设计 . 19 感器的选择 . 19 件接线图 . 19 7 结束语 . 20 4 致谢 . 21 参考文献 . 22 1 1 绪论 由于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域的需要，能代替人的 繁重劳动以实现 生产的机械化和自动化、，在有害环境下操作以保护人身安全的机械手得到了广泛的应用。 机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一，它可以根据各种自动化设备的工作需要，按照预定的控制程序动作。因此，在机械加工、冲压、锻造、铸造、装配和热处理等生产过程中被广泛用来搬运工件，借以减轻工人的劳动强度；也可以自动取料、上料、卸料和自动换刀的功能，气动机械手是机械手的一种，它具有结构简单，重量轻，动作迅速、平稳、可靠和节能等优点。 机械手 技术涉及到力学、机械学、液压气压传动、自动控制、传感器和计算机等多学科领域，是一门跨学科的综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新 编程的多功能机器，它有多自由度，可代替人的劳动，以便在复杂、恶 劣的环境中工作。 计背景 工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和适应各种复杂环境的能力，在国民经济领域中有着广阔的发展和应用前景。 在机械工业中，机械手的应用意义可以概括 如下： （ 1） 提 高生产过程的自动化程度。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 （ 2） 改善劳动条件、避免人身事故 。 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险 的 或 是 根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作 ，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 （ 3）可以减少人力，便于有节奏地生产 。 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。 2 综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。 但是，目前，在一些企业中使用的气动机械手仍然采用继电器 弊端主要表现在 :大量的机械触点 电弧烧蚀和机械磨损 ，可靠性降低 且寿命短；触点的机械动作频率 低且存在抖动现象，控制精度低 ；接线多而复杂，一旦系统构成后就很难增加或改变功能 。因此，灵活性和扩展性差。 随着可编程控制器技术（ 快速发展，其强大的控制功能不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且能实现 模拟量控制，具有可靠性高、抗干扰能力强、易于扩展、 易 实现工艺连锁和可在线修改等优点。 因此在工艺自动化领域起到了举足轻重的作用。基于对工厂控制系统的强大干扰能力的要求，对气动机械手进行了 制，从根本上解决了上述弊端。 前国内外有关机械手的研究状况 机械手的发展历程 大体分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务，它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统 柔性制造单元的重要一个环节。 目前，日本、美国和欧盟在气动技术和气动机械手方面最为领先。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用相对较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经广泛应用于汽车等行业，并为国家的发展与进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研制出高性能的气动机械手奠定了坚实的技术基础。由于气动机械手有结构简单，易实现无级调速、过载保护、复杂动作等诸多优点，气动机械手将会越来越广泛应用于工业、军事、航空、医疗、生活等诸多领域。 文的主要研 究内容 本文研究的主要内容为气动机械手 的设计及其 制系统 ，包含的内容如下： 论文首先介绍了机械手 的结构 功能 和总体设计方案 ， 并 设计了机械手的 驱动系统 。接着 是 依据机械手的技术参数，对气动机械手的主要组成部件进行了设计选型 ，然后又对 了较为全面的 介绍， 对系统所需的 行了 选型 ，并 3 确定了系统 I/O 点的分配，最后编写了系统的梯形图程序，并绘制出了 硬件接线图。 2 机械手 系统的结构 功能 和 总体 设计 方案 气动机械手主要由控制系统、驱动系统、执行机构以及位置检测系统 4 部分组成。 其控制系统采用 制 。 械手 的 功能 分析 气动机械手搬运工件的工作过程示意图如图 1 所示。图中传送带 A、 B 由电机驱动，光电开关用于检测工件，当光电开关检测到工件时，传送带 A 停止运动，同时给气动机械手发出一个信号，气动机械手便将工件从传送带 A 上搬运到传送带 B 上。 工 件传 送 带 带 开 关气 爪 伸 缩 缸升 降 缸摆 动 缸底 座图 1 机械手工作过程示意图 机械手动作过程如图 2 所示 。 4 初 始 位 置手 臂 伸 出夹 紧 工 件手 臂 缩 回立 柱 上 升 顺 时 针 转 动手 臂 伸 出松 开 工 件手 臂 缩 回逆 时 针 转 动立 柱 下 降传 感 器 检 测 到 工 件 机械手动作过程 械手的 执行机构 及运动分析 图 3 为气动机械手的结构示意图，它由气爪 夹持机构 、 手臂平移机构 、 手 臂升降 机构 和 手臂回转机构和各种固定支架等 部分组成 。 该机械手具有三个自由度 ，在气压驱动下可实现升降、伸缩、回转运动及气爪的夹紧与松开动作。 气动机械手的结构示意图 A 气爪， B 伸缩缸， C 升降缸 ， D 齿轮齿条式摆动缸 气爪 A 活塞的运动可实现对工件的夹紧和松开。伸缩缸 B 可实现手臂的伸出和缩回动作。升降缸 C 用于实现立柱的上升与下降。摆动缸 D 有两个活塞，分别装在带齿条的活塞杆两头，齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转，从而实现立柱及长臂的回转运动。 5 械手的 驱动系统 机械手的全部执行机构均有气压驱动，主要由气源及气源处理装置、气爪、伸缩气缸、升降气缸、摆动气缸及控制阀组成 ，如图 4 所示。各种执行气缸均采用单向节流阀来调节机械手的运动速度。通过对单电控电磁阀通断电的控制，使机械手执行相应的动作，再配合检查系统，即可让机械手按照某种控制要求实现自动的顺序动作。 图 4 驱动系统原理图 械手的 检测 系统 检查系统 主要由 检查工件的光电开关和 设置在气爪夹紧与松开，手臂伸缩、升降 与 回转气缸上的 8 各限位磁性开关组成 。光电开关用来检测是否有工件，其检测结果 作为机械手控 制系统的输入信息。 磁性开关的作用是对机械手的行程进行检测和判断，其检测结果亦作为机械手控制系统的输入信息，从而控制机械手，使其按照程序规定的顺序动作 。 3 机械手结构的设计 气动机械手系统均采用标准型气动元器件，不需要进行尺寸设计，只需根据设计要求选型即可。 论文选用 动元件， 司 为世界 级的气动元件研发、制造、销售商。在日本本土更拥有庞大的市场网络 。 品以其品种齐全、可靠性高、经济耐用、能满足众多领域不同用户的需求而闻名于世。 6 动元件超过 11000 种基本系列， 610000 余种不同规格 ，主要包括气动洁净设备、电磁阀、各种气动压力、流量、方向控制阀、各种形式的气缸、摆缸、真空设备、气动仪表元件及设备，以及其他各种传感器与工业自动化元器件等。 械手的技术参数 （ 1） 夹取工件重量： （ 2） 工作气压： （ 3） 主要运动参数： 伸缩缸行程： 150降缸行程 100转缸转动角度 90。 爪的选型 机械手系统采用 支点开闭型 气爪 。 气爪夹持工件的受力分析如图 5 所示，由图可知，两个手指的总夹持力产生的摩擦力为2F 必须大于夹持工件的重力 虑到 搬运工件时加速度及冲击力等，必须设定一个安全系数 S，故应满足 2 F 即： 2式中： F 气爪夹持力（单位 N） ； S 安全系数，取 S=3； 图 5 工件受力分析图 m 夹持工件质量， m= g 重力加速度， g= 气爪夹头与工件的摩擦 因数，一般 = = 则所需夹持力 3 0 . 5 9 . 8 492 0 . 1 5F N N， 由表 1 可知，双作用比单作用夹持力矩要大些，故选择双作用动作方式。初选缸径为 25查知力臂 E 为 27算出所需夹持力矩 M=F E=49 m=m， 依据表 1 可知， 选择气爪型号为 满足要求 。 E 7 表 1 标准型气爪 动作方式 型号 缸径 持力矩（ N m） 开闭角度 (两侧 ) 双作用 10D 10 0 16D 16 20D 20 25D 25 作用 7S 7 0 10S 10 0 16S 16 20S 20 25S 25 缩缸的选型 伸缩缸行程为 150件质量 虑到气爪及连接板的重量，总质量约为 1伸缩缸的最大横向负载为 F=虑到一定冗余量，根据表 2 可选定伸缩缸型号为 150。 表 2 气缸最大横向负载 缸径（ 轴承的种类 行程 (40 50 75 100 125 150 175 200 250 12 4 13 26 22 19 17 15 13 11 5 30 23 18 15 12 11 10 8 16 3 21 37 32 27 24 22 20 16 4 47 35 28 23 20 17 15 12 20 8 35 87 75 66 59 54 49 42 01 90 70 58 62 54 48 43 35 25 4 49 116 100 88 79 71 65 55 32 118 93 77 80 70 62 55 45 降缸的选型 机械手升降缸是支撑和驱动伸缩缸的部件，用来实现机械手的升降运动，这些机构直接构成机身躯干与地底座相连。为了设计合理的运动机构，要和伸缩缸、气爪、工件一起考虑。 工件、气爪、伸缩缸及连接板总重量约为 2以，升降缸最大轴向负 载为 F=虑到气压的波动等影响，由气缸工作气压为 合表 3，选择气缸缸径为 50 8 表 3 双作用气缸输出力表 缸径 负载率 为 50%时气缸允许输出力 使用空气压力 0 2 6 0 5 2 0 0 3 8 09 80 01 126 151 176 100 118 157 197 236 275 根据气缸缸径，结合表 4 选择升 降缸系列为 列。由升降缸行程为100选择气缸型号为 100。 表 4 气缸系列选择表 气缸系列 气缸缸径 6 20 25 32 40 50 63 80 100 列 小型不锈钢缸筒系列 列 紧凑型、轻型不锈钢缸筒系列 列 铝制缸筒、轻型 列 拉杆型中缸系列 列 列 紧凑，薄型 动缸的选型 摆动气缸位于机械手的底部，与底座相连，它承担着机械手的全部重量，故对摆动气缸的承载能力要求很高。同时，摆动气缸要带动整个机械手的回转，故 9 要求其在回转是要保证整个机械手的平稳性。根据设计参数，机械手要实现 90 的回转运动， 本文采用齿轮齿条式回转气缸，实用 列，其特点为：该系列摆动气缸采用含油轴承，使活塞杆无需加油润滑；气缸本体，前后盖经过阳极硬质氧化处理，不仅具有耐腐蚀性耐磨性，而且更显外观小巧精美；气缸采用耐高温材料，使气缸在 150 摄氏度高温条件下， 仍能正常工作；气缸活塞上有一个永久磁铁，它可触发安装在气缸上的感应开关，用来检测气缸的运动位置。由气缸摆动角度选择气缸型号为 4 机械手的三维建模 依据选择出来的气缸型号，查阅其相关尺寸，并考虑到建模的难度，对其进行简单的三维建 模，以演示其工作过程。三维建模主要包含三部分：零件的建模、机械手的 装配和 运动 仿真。 论 文采用 件进行三维建模， 司是专业从事三维机械设计，工程分析和产品数据管理软件开发与营销的跨国公司。其软件产品 1995 年问世以来，以其优异的性能，易用性和创新性，极大地提高了机械设计工程师的设计效率。在于同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位，成为三维机械设计软件的标准。自 1996 年以来， 司已为数千家中国制造企业的产品开发提高完整的信息化解决方案及服务。并在领域为企业的信息化建设提供了完整的，使用的解决方案，在航空、航天、铁道、兵器、电子、机械等领域拥有广泛的用户。 件包含零件建模、装配设计、工程图与钣金等模块，还与高 级图形渲染软件 级有限元分析软件 构运动学分析软件品数据管理 (件 及数控加工等软件无缝集成。 首创了自上而下的全相关设计，并凭借高效运行的装配设计使之成为实作技术 5。 件的三维建模 对机械手的主要组成部分 ：气爪、伸缩缸、伸缩缸和摆动缸 进行简单的三维建模，用来仿真气动机械手的工作过程。主要零件的尺寸参考 动元件的尺寸。 爪的建模 夹紧机构 的模型 如图 6 所示 ， 杆 3 的往复移动 通过杆 2 带动杆 1 摆动，从而实现对工件的夹紧与放松。气缸活塞的运动可实现杆 3 的运动。 10 在气爪零部件的建模过程中，主要用到的操作有拉伸、拉伸切除、 旋转等常用命令 ，这些命令在后面伸缩缸和升降缸的建模过程中也常用到。 气爪的三维模型图如图 7 所示。 杆 1杆 3杆 2杆 1杆 2图 6 气爪模型图 图 7 气爪三维模型图 缩缸的建模 伸缩缸的三维装配图如图 8 所示。 降缸的建模 升降缸 的 三维装配图如图 9 所示。 图 8 升降缸三维模 型图 图 9 伸缩缸三维模型图 动缸的建模 摆动缸采用齿轮齿条式，通过齿条的线性移动带动齿轮的转动，从而实现整个机械手臂的回转。 齿轮的设计是通过 件的插件生成的，在插件中给定齿轮的参数（模数 m、齿数 z、齿宽 B）便可直接生成齿轮。轴承是在插件的标准库中直接调用的，亦不需绘制。 摆动缸的三维模型图如图 10 所示。 11 图 10 摆动气缸三维模型图 械手的 装配 对机械手的各主要组成部分进行装配， 以底座为首要基准，遵循从下往上、从左 往右的原则进行装配 。 装配的主要的顺序为：先摆动缸，在升降缸，最后为气爪部分。气动机械手的 三维装配图如图 11 所示。 图 11 机械手三维模型图 械手运动 仿真 根据机械手的动作过程对机械手的装配图进行三维仿真，从而演示气动机械手的工作原理及工作过程。 机械手的动作顺序为：手臂伸出 夹紧工件手臂缩回手臂上升手臂顺时针转动手臂伸出松开工件手臂缩回手臂逆时针转动手臂下降 。 12 该气动机械手具有 四个自由度，在运动仿真时，每一步仿真，都只能有一个自由度。故在仿真时，每一步都应限定三个自由度，留下一 个自由度，否则，将得不得理想的仿真效果。 5 制系统的软件设计 控制系统的软件设计主要是指程序的设计，在设计程序之前，对 了简单介绍，包括定义、优点和分类，其次是根据控制系统所需要的 I/O 点数，选择 型号，最后编写了控制系统的梯形图程序。 介绍 随着微电子技术的快速发展， 制造成本不断下降，而其功能大大增强。目前在先进工业国家中 成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业领域，例如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸 、纺织、环保、交通、建筑、食品、娱乐等各行各业。特别是在轻工行业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以 用机床、塑料机械、包装机械、灌装机械、电镀自动线、电梯等电器设备中。 益跃居工业生产自动化三大支柱 即 器人（ 计算机辅助设计 /制造（ 的首位 3。 定义 可编程逻辑控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算 术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计 3。 优点 （ 1） 编程简单 于编程的梯形图与传统的继电器接触控制线路图有许多相似之处，对于具有一定电工知识和文化水平的人员，都可以在较短的时间内学会编制程序的步骤和方法。 （ 2） 可靠性高 专门为工业控制而设计的，在设计与制造过程中均采用了诸如屏蔽、滤波、隔离、无触点、精选元器件等多层次有效的抗干扰措施，因此可靠性很高 ，平均无故障时间间隔为 2 万小时以上。此外 具有很强的自诊断功能，可以迅速方便地检查、判定出故障，缩短检修时间。 13 （ 3） 通用性好 种多，档次也多，可由各种组件灵活组合成不同的控制系统，以满足不同的控制要求。同一台 要改变软件则可实现控制不同的对象或不同的控制要求。 （ 4） 功能强大 进行逻辑、定时、计数、和步进等控制，能完成 A/、数据处理和通信联网等任务，具有很强的功能。随着 术的迅猛发展，各种新的功能模块不断得到开发，使 功能日益齐全，应用领域也得到进一步 拓展。 （ 5） 体积小、重量轻、易于实现机电一体化 由于 用半导体集成电路，因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。 （ 6） 设计、施工和调试周期短 软件编程来取代硬件接线，使其构成的控制系统结构简单，安装、使用方便，而且商品化的 块功能齐全，程序的编制、调试和修改也很方便，因此可大大缩短 制系统的设计、施工、和投产周期 1。 分类 目前 产厂家的产品种类众多，型号规格也不统一，其分类也没有统一的标准，通常可有 3 种形式分类。 （ 1） 按结构形式分类 根据结构形式 不同 分为整体式、模块式和单板式三种。 （ 2） 按功能分类 按 具有的功能不同，可分为低档机、中档机、高档机三档。 （ 3） 按 I/O 点数和程序容量分类 I/O 点数和内存容量可分为超小型机、小型机、中型机和大型机 4 类，见表 53。 表 5 类 分类 I/O 点数 程序容量 超小型机 2048 13上 选型 本文选择松下电工 列 日本松下电工株式会社继小型机列之后又开放的小型 品。它集 I/O、通信等诸多功能模块与一体，具有体积小、功能强和性能价格比高等特点，适用单机、小规模控制，在 14 机床、纺织、电梯控制等领域得到了广泛的应用，特别适合在我国的中小企业推广应用。 其特点如下： （ 1） 超小型尺寸，具有世界上最小的安装面积，宽 25 9060 （ 2） 轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆； （ 3） 从 I/O 10 点到最大 I/O 128 点的选择空间； （ 4） 拥有广泛的应用领域。 控制系统有自动工作方式启动按钮 1 个，手动工作方式启动按钮 1 个，自动方式停止按钮 1 个， 1 个光电开关，自动工作方式的 8 个传感器，手动工作方式的 8 个单步工作方式按钮， 2 个继电器， 4 个电磁阀，共需 20 个输入点和 6 个输出点。根据系统的 I/O 点数要求，选择 列 主机。其输入点数为 16，输出点数为 16，不能满足控制要求，故需要对控制单元进行扩展，根据控制要求选择 扩展单元。 扩展后 I/O 口的地址编号如下： 主机：输入端 出端 扩展单元：输入端 I/O 点分配如表 6 所示。 15 表 6 I/O 点分配表 名称 连接的外部设备 功能说明 动工作方式按钮 动自动工作方式命令 动工作方式按钮 动手动工作方式命令 止按钮 止命令 电开关 测有无工件 磁开关 测气爪 A 夹紧工件到位 磁开关 测气爪 A 松开工件到位 磁开关 测伸缩缸 B 退回到位 磁开关 测伸缩缸 B 伸出到位 磁开关 测立柱下降到位 磁开关 测立柱上升到位 磁开关 测齿轮缸 D 顺时针转动到位 磁开关 测齿轮缸 D 逆时针转动到位 紧按钮 紧工件 开按钮 开工件 臂按钮 臂缩回 臂按钮 臂伸出 降按钮 柱下降 升按钮 柱上升 时针转动按钮 柱顺时针转动 时针转动按钮 柱逆时针转动 电器 制电机 1 继电器 制电机 2 电磁阀 制气爪 A 夹紧工件 磁阀 制伸缩缸 B 伸出 磁阀 制升降缸 C 上升 磁阀 制齿轮缸 D 转动 统控制要求 机械手控制系统的要求： （ 1） 按下启动按钮，传送带 A、 B 运动，当光电开关检测到工件时，传送带 A 停止，同时，机械手动作； （ 2） 机械手有自动和手动工作方式两种； （ 3） 自动工作方式设有停止按钮，当按下停止按钮，机械手完成当前工作循环便停止工作； （ 4） 若启动手动工作方式，待结束时应使各气 缸回到原位，方可再次按下自动按钮。 16 序设计 梯形图是 用的编程语言，采用梯形图气动对机械手的控制系统进行编程，实现其控制要求。 形图语言介绍 梯形图在形式上沿袭了传统的继电器 接触器控制图，是在原继电器 接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将 继电器的触点、线圈、定时器、计数器等）和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示 入、输出之间控制关系的图形。由于它在 继电器接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过了传统的继电接触控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前用的最多的 程语言 3。 形图程序 根据控制要求，编写机械手控制系统的 形图程序，如图 12 所示。 17 图 12 形图程序 18 械手的工作分析 机械手具有手动 /自动两种工作方式，两种工作方式的运动情况分析如下。 动工作方式 （ 1） 按下自动工作方式按钮 电器 电，传送带 A、 光电开关检测到有工件到来时，传送带 A 停止运动，同时，电磁阀 B 缸的主控阀处于左位，手臂伸出。 （ 2） 当手臂伸出到位时，传感器 测到，电磁阀 电，使 A 缸的主控阀处于左位，气爪夹紧工件。 （ 3） 当夹紧工件到位时，传感器 测到，电磁阀 电，使 B 缸的主控阀处于右位，手臂缩回，同时，传送带 A 运动，待检测到下一个工件时才会停止运动。 （ 4） 当手臂缩回到位后，传感器 测到，电磁阀 电，使 C 缸的主控阀处于左位，立柱上升。 （ 5） 当立柱上升到位时， 传感器 测到，电磁阀 电，使 D 缸的主控阀处于左位，摆动气缸顺时针转动。 （ 6） 当顺时针转动到位时，传感器 测到，电磁阀 次得电，使B 缸的主控阀处于右位，手臂伸出。 （ 7） 当手臂伸出到位时，传感器 次检测到，电磁阀 电，使 爪松开工件。 （ 8） 当气爪松开工件到位时，传感器 测到，电磁阀 电，使 臂缩回。 （ 9） 当手臂缩回到位时，传感器 测到，电磁阀 电，使 D 缸的主控阀处于右位，摆动气缸逆时针转动。 （ 10） 当逆时针转 动到位时，传感器 测到，电磁阀 电，使 柱下降，一个工作循环介绍。 （ 11） 若在上一个循环结束之前，光电开关已检测到工件，机械手会接着重新开始下一个工作循环；若在上一个循环介绍时，还未检测到工件，机械手便会停止工作，直至检测到下一个工件时才开始新的循环。 （ 12） 当按下停止按钮 ，机械手在完成当前工作循环后，停止工作，并使继电器 电，传送带 A、 B 均停止工作；当再次按下自动工作方式启动按钮 ，系统又会开始新的工作。 19 动工作方式 当按下手动 工作方式按钮 ，就可利用按钮可对机械手的每一个动作单独进行控制，例如，按下伸臂按钮 臂伸出；按下顺时针转动按钮 种工作方式便于机械手在维修时的调整，结束手动工作方式时，应是机械手回到初始位置，之后方可按下自动工作方式，否则，可能出错。 6 制系统的硬件设计 控制系统的硬件设计主要是指 外部接线图首先绘出了系统所用到的两种传感器的接线图，然后绘出了 外部接线图。 感器的选择 气动 机械手 的 控制系统采用光电开关用来检测工件的有无，其接线方法如图13 所 示；采用两线式磁性开关来检测 气缸活塞 是否移动到位，其接线方法如图14 所示。 图 13 磁性开关接线图 图 14 光电开关接线图 件接线图 绘制
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