机械手气动系统设计

机械手气动系统设计摘要：气动机械手是集机械、电气、气动和控制于一体的典型机电一体化产品。近年来，机械手在自动化领域中，特别是在有毒、放射、易燃、易爆等恶劣环境内与电动和液压驱动的机械手相比，显示出独特的优越性，得到了越来越广应用。本设计针对搬运机械手，设计其气动系统并设计相应的控制系统，气动系统包括气源设备，气源处理元件，润滑元件，各类传感器，方向控制阀，流量控制阀，气动执行元件，其他辅助元件；控制系统用的是PLC（可编程控制器），通过编辑合适的程序，驱动机械手按照设定好的程序运转。关键词：气动系统，机械手，PLCITheDesignofPneumaticSystemofManipulatorAbstract：Pneumaticrobotisoneofthetypicalproductswhatincludesmechanical,electrical,pneumatic,radioacitivityandcontrol.Inrecentyears,therobots,inthefieldofautomation,showauniqueadvantagewhicharecomparedwithelectricandhydraulicmanipulator,havingbeenwidelyapplied,especiallyinpoisonous,radioactive,flammable,explosiveandotherharshenvironments.Itisdesignedforconveyingmanipulator.Wedesigneitspneumaticsystemandthecontrolsystem.Pneumaticsystemconsistsofairsupplydevices,airsourcetreatmentelements,lubricantcomponents,sensors,directionalcontrolvalves,flowcontrolvalves,pneumaticactuators,andotherauxiliarycomponents.ControlsystemadpotsPLC(programmablelogiccontroller)whichhavetheappropriateprocedures,drivingaroboticarminaccordancewithsetproceduresforrunning.Keywords:pneumaticsystem,manipulator，PLCII目录1前言.11.1气动技术的发展.11.2气动机械手的应用和发展前景.11.3气动机械手的组成和分类.21.3.1气动机械手的组成.21.3.2气动机械手的分类.31.4气动系统的组成.41.5课题的提出及主要任务.51.5.1课题的提出.51.5.2课题的主要任务.62机械手总体设计方案.72.1机械手的技术参数列表.72.2机械手基本形式的选择.72.3机械手的主要部件及运动.83气动机械手的气动系统设计.93.1搬运机械手气爪的选择.93.1.1末端执行器概述.93.1.2末端执行器的运动和驱动方式.93.1.3末端执行器的设计计算.103.2机械手手臂的设计计算.133.2.1机械手手臂的具体设计方案.133.2.2升降手臂的设计.133.2.3伸缩手臂的设计.153.2.4回转臂设计.183.3气动传动系统工作原理图.203.4其他气动元件的选择.204机械手控制系统及气动回路的设计.254.1基于PLC的控制系统及回路设计.254.1.1PLC简介.25III4.1.2PLC的结构、种类.254.1.3PLC输入输出地址分配.274.1.4回路设计.294.1.5PLC程序设计.305结论.34参考文献.35致谢.3601前言1.1气动技术的发展科学家利用空气的能量完成各种活动从远古就开始了，但是这都不是真正的气动技术，真正的气动技术气源于17世纪，那时候人们发明了一个能够产生一个大气压的气动装置，大概到了19世纪，人们做出了刹车装置，并且用到了车辆的制动上，到了20世纪，随着工业的发展，人们才将其应用于工业的各个方面，并由此带动了各个领域的发展。1.汽车制造行业不管是是汽车制造业还是其他的自动化产业都应用了现代的气动技术。如：车身在每个工序的移动；点焊机焊头的快速接近，都采用了各种功能的气缸。2.电子，半导体制造行业在彩电，冰箱等家用电器产品的装配线上，在半导体芯片，印制电路等各种电子产品的装配流水线上，我们可以看到各种各式的气爪和真空吸盘，这些吸盘用来吸一些体积大，但是重量轻，气爪又难以抓取的物品。3生产自动化的实现由于气动技术良好的性能，从刚开始作为一些工业生产的辅助部件，到现在应用于自动化生产的各个领域。为减轻简单重复的劳动提供了很大帮助，也成为现在自动化领域比较出色的生产技术6。1.2气动机械手的应用和发展前景气动机械手是一种新型的机电一体化设备，它集中了操作本体，检测装置，驱动系统，能够仿人操作，完成各种作业，所有的作业可以自动完成，当然也可以手动完成，对提高生产物品质量的稳定性起着绝对重要的作用。机器人技术也是集中了智能化，控制技术，计算机，等多种学科才形成的高新技术，在当代十分活跃。一个国家的生产水平，可以用机器人的应用水平来衡量。在机械加工，冲压，锻造，热处理，电镀，喷漆，装配以及轻工业，交通运输等方面得到越来越广泛的应用，机械结构的形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制造能够独立的按程序控制实现复杂操作，使用范围广泛的1“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。1.3气动机械手的组成和分类1.3.1气动机械手的组成图1-1为机械手的典型结构。各系统相互之间的关系如方框图1-2所示。图1-1典型的机械手结构图1-2机械手方框图控制系统系统驱动系统执行机构位置检测系统2一.执行机构手部、手臂，行走机构。手部就是末端执行器，作为直接抓取工件的部分，需要对其结构进行选择，在下文有具体的分析。手臂就是增加整个机械手的自由度，使其能够伸缩，上下，使其作业范围变大，为完成任务提供方便。行走机构属于特殊的机构，由于其活动灵活，可以自由移动，比如车间的自动搬运机械装置，可以智能识别路线，将目标物品移动到目标位置。二驱动系统驱动系统是由驱动工业机械手执行机构运动的动力装置、调节装置和辅助装置组成。驱动系统包括各种类型的电动机，直流伺服的电动机，步进电动机，交流伺服电动机，液压驱动装置和气动驱动装置。当然，现在应用比较广泛的还是电动机类别的。三控制系统控制系统就是用来控制机械手按着事先规定的运动轨迹来运动的系统。控制系统可以分为程序控制系统和电气定位系统。控制系统除了可以让机械手按着事先规定的路径运动之外，还能记忆人们事先给予机械手的指令信息，按控制系统储存的信息对执行机构发出命令，并且可以对机械手整个系统监视，在发生事故时就会发生警报，可以得到及时的处理。控制系统一般由计算机和一个控制器组成。当然，控制系统可以分为集中控制和分散控制两种。这两种控制方式各有优点，集中式的控制系统比较易于控制，分散式的虽然能准确的控制，但是比较麻烦。所以在选择时，要根据我们的实际情况来设置。四位置检测装置当机械手运动到某一位置时及不管哪个位置，检测系统都会检测到其位置，并和设定的位置进行比较，然后经过一系列运算，比较得出其正确的位置，不断的调整以达到机械手准确运动的目的。1.3.2气动机械手的分类工业机械手的类型很多，但是国内并没有统一你的划分标准，所以我们在3这里以下面的标准进行分类。一按用途分类机械手可以分为专用机械手和通用的机械手：1、专用机械手适用与专用的设备和某些特定的产品，它并不适合所有的物品。它的专用性虽然适用性低，但是对于专用性来说，非常专业，在大批量生产活动中，具有无可替代的优势。2、通用机械手就其适用范围来说，要比专用性的机械手的范围要多，它可以通过调整程序来适应不同场合，它的精度也足够高，可以达到生产的目标和目的，但是只适合中小批量的自动化生产。二按驱动方式分类1、液压机械手是用液体压缩产生的能量来驱动机构的运动，它最大的特点就是：抓取的重量大，可以持续的输出，但是其对泄露需要进行很精密的处理，如果泄漏的话对工作性能有较大的影响，而且不易在高温或者低温下工作。2、气压驱动的机械手当然就是靠气压的压缩来驱动机械机构运动。它的特点也是很鲜明的：它的动作非常灵敏，介质来源也比较方便，一般空气都可以，通过处理器处理过后就可以使用，由于空气的压缩性，在抓取物品时可以柔性抓取，减小冲击，但是如果要用气动机械手去抓取同样的重量会比液压传动的要大，我们一般认为，它适合于低速轻载，粉尘多，高温的环境。3、机械传动机械手是靠机械传动机构进行传动的一种机械手，是一种专用机械手，其动力由机械机构提供。1.4气动系统的组成气动系统的构成如图1-3所示气动回路的目的就是驱动各种不用作用的机械装置，气动系统的几个控制内容是：速度，方向和力的大小。这样就可以控制生产装置相连接的各种气缸，靠方向控制阀，压力阀，和流量阀来实现三个内容的控制，即压力控制阀控制气缸输出力的大小方向控制阀控制气缸的运动方向速度控制阀控制气缸的运动速度4图1-3气动系统的构成1.5课题的提出及主要任务1.5.1课题的提出进入21世纪，我国老龄化加剧，在沿海地区出现了严重的短缺现象，我们急需要提高生产效率，进而使工作的劳动量减少，为了减少工作量，我们可以增加生产线的自动化程度，来减少这种枯燥乏味的重复性来动，把产品从一条生产线搬到另一生产线。这样做，我们就可以降低工人的劳动量了。液压传动因为其泄露问题，会对周围的元件和设别产生污染，如果有的元件不能适应这种环境就会导致他们的破坏，产生设备损失。液压传动有几个不好的缺点：手温度影响效果明显，油的温度变化时，其运动特性也会产生变化，而且将空气混入后，会产生噪音，因为其泄露的原因，我们需要制造出及其精确的液压元件适应这一缺点，但是其成本造价过于高，维修也不便。鉴于这些缺点，本机械手拟采用气压传动，气动传动的优点上面已经介绍过了，传动压力较低，作介质易于提取，而后排入大气，并不污染空气，处理方便，管道不易堵塞；在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小；动作迅速和5反映灵敏，气动系统只需很短的时间就可以启动，可以实现过载保护，便于自动控制；压缩空气可以储存在储气罐中，在发生特殊的情况下，工作不会因为这些情况停止。工作环境适应性好，在一些特殊的环境中，其优点很明显，不会因为环境的变化而引起性能的变化，成本低廉，由于其需要的压力较低，因此其气动元件所需的精度较低，成本低，易于制造，节约成本。1.5.2课题的主要任务1.完成机械手工作规划2.设计气压传动系统工作原理图和气动元件的设计计算3.设计气压工作回路和相应的PLC的程序62机械手总体设计方案2.1机械手的技术参数列表一、用途：车间皮带机之间的搬运二、设计技术参数：1、抓重：5Kg(夹持式手部)2、自由度数：3个自由度3、坐标型式：圆柱坐标4、主要运动参数：纵向手臂伸缩行程：300mm手臂伸缩速度：400mm/s横向手臂伸缩行程：200mm手臂伸缩速度：200mm/s机身回转范围：0-90机身回转速度：60/s2.2机械手基本形式的选择按机械手臂的各种不同的运动方式和不同的组合情况，用坐标形式分类的话可以分为直角式，圆柱式和球坐标式和关节式。当机械手在搬运时，手臂具备升降，收回以及回转运动。我们采用圆柱坐标式，对应的机械手会有三个自由度。图2-1是传送带搬运机械手示意图，图中的搬运机械手就是将物品从传送带A搬运到传送带B。7图2-1机械手搬运物品示意图2.3机械手的主要部件及运动本设计采用圆柱型坐标机械手，根据我们设定的任务，该机械手有3个自由度：伸缩手臂的伸缩，机身的回转和纵向手臂的伸缩。该设计的机械手有几大部件和相应的气缸：1.手部，采用平行开闭气爪，通过气缸的伸缩来带动机械结构的开闭。2.伸缩手臂，横向伸缩手臂是由一个带导杆的气缸构成。3.纵向伸缩手臂：由一个单作用气缸构成。4.回转机构：由一个摆动气缸构成。下面我们给出本方案具体的机械手示意图3-1：具体的运动流程为：横向手臂伸出，升降手臂伸出，夹紧，升降手臂收缩，摆动气缸旋转，横向手臂收缩，松开。图2-2机械手示意图83气动机械手的气动系统设计3.1搬运机械手气爪的选择3.1.1末端执行器概述末端执行器就是一个机械手的操作手，针对不同的作业任务有着不同的结构和功能的装置。其种类个数很多，与机械手的用途密切相关，我可以将其分为搬运机械手，加工机械手，测量机械手等其他种类。搬运式的末端执行器可以用来抓取和夹持，搬运各种物体。加工类的末端执行器一般都带有砂轮，铣刀，喷嘴等加工工具的机器，可以用来做简单重复的加工作业。测量型的测量末端执行器是装有传感器的特殊附加装置，用来测量和检测作业，比较高端的末端执行器。在设计机械手的末端操作器时，我们必须注意下面几个问题：1.末端执行器是根据我们要执行的任务要设计的。我们在做不同的任务时，当一种机械手不能满足需要时，我们就需要设计一种新的机械手来满足我们的需要，这时候就可以得出来，不断创造可以使机械手的应用范围变的越来越大。2.机械手的重量和需要抓取的物件的重量将是我们需要考虑的对象，为了减少负荷等。在设计机械手时需要重量小，结构紧凑，满足要求。3.机械手具有专用性和通用型机械手两种。但是通用型机械手的设计很难实现，至今也没有适用于多种场合的万能机械手出现，所以我们要提高生产效率，除了要在万能型机械手上下功夫外，我们还需要在专用型机械手上下功夫，一个做的好的专用型机械手，即使避免不了切换的麻烦，但是其自身的效率可以帮我们解决这样的问题。就成本来说，专用型机械手要比万能机械手的价格造价低很多。可以大大的节约成本。3.1.2末端执行器的运动和驱动方式9本文的工作条件为传送带之间的搬运机械手，且搬运的物品为小型的重量轻的钢制零件，所以我们可以采用平行开闭标准气爪。机械爪的驱动方式主要有三种1.气动驱动方式。通过电磁阀换向阀的换向来切换气爪的开合，用单向节流阀来控制其合闭的速度，气动驱动系统的价格较低，生产比较容易，因此只要是可以采用气动机械手的地方，我们都会采用气动机械手。为了避免抓夹时，将物品抓烂，采用气动气爪也是合适，因为空气具有一定的压缩性，可以使机械手慢慢的闭合。2.电动驱动方式。电动类的气爪其应用范围也比较大，为了得到足够大的驱动力和力矩，我们需要用到减速器。电动驱动方式能够准确的实现机械手的抓夹和位置的控制。它有的一个缺点就是等我们要求的条件使是防爆时，就不可以用电动式，因为其开启和电压变化时产生的火花会导致危险性。3.液压驱动方式。液压驱动类的我们应用很多，由于它的驱动力比较大，广泛应用于大型机械和车辆中。比如，挖掘机，千斤顶等可以输出大量力矩的场合，是其他类型机械手不具备的。由于，我们想要设计的传送带之间的搬运手以及我们要搬运的为规则的刚类零件。再根据其重量不是很大，我们采用是气动驱动方式，其介质获取方便，且反应灵敏快速，没有泄露等问题的出现。所以我们采用气动驱动方式。3.1.3末端执行器的设计计算根据上述描述，我们做的是搬运机械手，搬运的是小型可抓取的物件，所以我们采用标准气爪，不需要我们设计，可以根据表格直接选型。我们设计的机械手爪的最大夹持重量是m=5Kg。根据我们的要求，我们需要的是平行开闭气爪，其原理结构如下图3-1所示10图3-1平行开闭型气爪结构原理图1-活塞杆2-杠杆3-钢球4-手指5-导轨6-止动块7-定位销8-杠杆轴对夹持工件进行受力分析如图3-2所示，为了能够夹起物件，摩擦力2F必须大于等于工件的重量mg，搬运时不可能实现无冲击，对于冲击性，必须设定一个安全系数（由机械设计第六版可知，为了增大摩擦，一般令0.65）因此Fmg/26=59.84/(20.65)=144.12N图3-2夹持工件受力示意图由上面的计算和表3-1，我们可以选择合适的型号：MHZ-40S。11表3-1单作用气爪参数123.2机械手手臂的设计计算3.2.1机械手手臂的具体设计方案下面这是我们常见的几种结构1.双导杆手臂伸缩结构2.双活塞杆气缸结构。3.活塞杆和齿轮齿条机构。本设计中为了应用更多的气缸，不管是直线还是回转类型的运动，我们都用的是气缸。图3-3机械手运动示意图3.2.2升降手臂的设计升降手臂为机械手执行垂直升降的运动的机构。由于伸缩手臂主要承担末端执行器和夹持物件的重力。下面进行计算选择：13轴向负载力F=（m1+m2+m3）=60.907N根据表10-10，预选负载率B=25%已知P=0.5Mpa，气缸的动作时间为t=0.8S，气缸行程L=250mm由式=P60/42已知L=250mm，t=1s，B=25%，查的=1.05查得气缸的理论最大速度为=420mm/s负载的最大动能=M6=（1/26.215）0.548J1/2260.422选用CDM2B32-300（垫缓冲气缸）如图3-5图3-4垫缓冲气缸143.2.3伸缩手臂的设计伸缩手臂是水平放置的执行机械手水平伸出和收缩的机械机构，但是由于其除了要承受伸缩的力还要承受垂直方向上由末端执行器和垂直伸缩气缸产生的弯矩，使我们在选择伸缩气缸时必须保证手臂的正确的方向以及要承受的弯曲和扭转力矩。为使设计的标准化和简便化，在本设计中，伸缩手臂采用新薄型带导杆气缸（如图3-6）。图3-5新薄型带导杆气缸15根据本设计的要求，我们设计伸缩手臂的行程为200mm，气爪的重量为0.715Kg，加上气爪和连接板的重量，总质量约为8Kg，由此，伸缩手臂的最大横向负载F=mg=85.407N。根据表3-2的数据，我们选择缸径为20mm型号为MGPL32250的气缸。图3-6导杆气缸受力图表3-2带导杆气缸的参数16伸伸缩手臂做的是直线运动，因此要克服摩擦力和惯性力，所以我们要根据摩擦阻力和惯性力来确定。在计算摩擦力时，我们要根据实际的导向截面形状来计算其摩擦阻力。就如图3-7所示的结构一样。图3-7伸缩手臂受力示意图由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。在垂直方向，可近似认为=85.407N。总总导杆所受到的水平方向的摩擦力=FN摩将有关数据代入进行计算=FN=0.285.407=17.081N摩惯性力的计算：本设计要求手臂平动时V=200mm/s，在计算惯性力的时候，设置启动时间0.1s，起始的速度为V=V=200mm/s。气缸所需的驱动力F驱=F摩+F惯=17.081+1.743=11.98N气缸的理论驱动力F=1/4p其中2D气缸的内径（米）；根据设计技术参数D=32mm，p=0.5MPa代入数据进行计算得F=1/4p=1/43.140.5106=100.480N620.0162由计算的结果可知FF驱，由此我们可以知道所选的气缸满足需求173.2.4回转臂设计为了能够实现回转的要求，我们选择摆动气缸，利用压缩空气的能量驱动输出轴在一定角度范围内作往复回转运动的气动执行元件。可以实现物体的夹紧，分类。夹紧。翻转和阀门的合闭，还有机器人的手臂动作等，还必须将其固定在底座上。在本设计我们的回转臂要选用摆台MSQ系列，如图3-8所示图3-8MSQ系列摆台摆台要承受加载它上面的轴向负载F和偏心负载G总产生的弯矩M，当机械手竖直向下运动时，摆台所受的轴向负载最大，去大小有其承受的总重力和惯性力决定，即=重+惯惯性力的计算：手臂在升降时V=400mm/s，我们在计算惯性力时，设置=0.8s，V=400mm/s。t由下面公式计算：惯=总代入计算数据求得惯=总=3.108综上所述：摆台应承受的轴向负载F=F重+F惯=124.607+36.96=164.567N18由于机械手承受重物的偏心负载，必然会对摆台产生一个弯矩，在选择摆台时需保证摆台所能承受的弯矩M不能超过许用弯矩。摆台所要承受的弯矩M=L，根据前文的设计计算，知总=70N，L=243mm总代入数据求得M=L=17.01Nm13总摆台有基本型和高精度型两种类型，基本型虽然其精度不足，但是其足够满足我们的设计要求，而且其价格较低。不管是弯矩还是负载值，在选型时我们需要考虑一定的裕量。据表3-3，选择的摆台型号为MSQB100。表3-3摆台参数193.3气动传动系统工作原理图图3-9气动系统工作原理图3.4其他气动元件的选择1.气源设备的选择空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机的机械能转换成气体压力能的装置。空气压力机按工作原理来讲，可以分为，活塞式空压机，滑片式空压机，螺杆式空压机。根据我们的需要，选择螺杆式空压机，能够将我们的成本变到最低6。首先我们需要计算气缸的耗气量气爪的耗气)=0.04622(+0.1026=0.04623.22160.602=4.557垂直气缸的耗气量：)=0.04622(+0.102=0.04623.224200.602=119.616横向气缸的耗气量：)=0.04622(+0.102=0.04623.224200.602=119.616摆动气缸的耗气量计算:20设备的总耗气量：空压机的排气量选择：空机=总=1.30.761=0.98936空压机输出压力的选择=+=0.5+0.15=0.65根据表3-4，选择w-1.28表3-4空压机参数表排气量压力转速功率气缸重量外型尺寸型号m3/minMpaR/minkwmmkgmmV-0.17/80.150.810801.551*265950*300*680V-0.25/80.200.810802.265*2751000*320*680W-0.36/80.360.81080465*3901100*320*900V-0.6/80.60.89805.590*21501300*380*800W-0.9/80.90.89807.590*32001400*400*900W-1.0/80.900.89607.590*32201400*400*900W-1.2/81.00.89601195*32201450*450*1000V-1.05/101.051.084011105*255*23201600*500*1050Z-1.6/101.61.082015155*182*1400(1600*320)X2*1100W-1.5/81.50.876011100*33801650*550*10502后冷却器的选择空压机输出的压缩空气温度可达180，后冷却器的作用就是将空压机出口的高温空气冷却至40以下，将大量水蒸气和变质油雾冷凝成液体水滴和油滴，然后以便将他们清除掉6。风冷式的不要冷却水设备，不用担心水冻结等一系列问题。但是它只是用与处理进口空气温度低于100的空气，而且其处理空气的能力并不是很强。当然其优点也是非常鲜明的：占地面积要比其他的小的多，成本相对较低，结构紧凑，维修的费用也相对较低6。水冷式散热面积是风冷式的25倍，热水换均匀，故适用于进口空气温度低于200，且处理空气量较大，温度大，粉尘多的场合。根据我们设计的要求，我们选择水冷式的后冷却器。21其参数为:适用螺杆式空压机功率为22KW，额定流量为3300L/min，最高使用压力为1.0Mpa，进口空气温度5200.这些都符合要求所以我们选择HAW22系列。3减压阀的选择减压阀是将较高的进口压力调节并降低到符合使用压力要求的出口压力，并保证调节后出口压力的稳定。其他减压装置（如节流阀）虽能降压，但无稳压能力6。现在我们按表3-5进行选择表3-5减压阀参数表根据我们的需要，我们选择AR3000-02型的减压阀224.油雾器的选择油雾器是一种特殊的注油装置。它将润滑油进行雾化并注入空气流中，随压缩空气流入需要润滑的部位，达到润滑的目的，减少元件的磨损.延长元件寿命。根据表3-6选择表3-6油雾器的参数根据此表我们选择AL3000-025.方向控制阀的选择电磁换向阀是气动控制元件中最主要的元件，品种繁多，但原理无多大区别。按动作方式，有直动式和先导式。按密封形式，有弹性密封和间隙密封。按照前面的计算，已经可以选定电磁换向阀（根据现代实用气动技术选择）。分别为：SY7120-02数量2个，对应两个伸缩气缸，VFR2000数量一个对应气爪。VF4100-03对应摆动气缸6。6.流量控制阀的选择控制流量的方法很多，一类是不可调的流量控制，如细长管，孔板等；另一类是可调的流量控制，如喷嘴挡板机构，各种流量控制阀等。控制压缩空气流量的阀称为流量控制阀6。单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，故常称为速度控制阀。根据表3-7流量控制阀，对于气爪来说，我们选择AS1000-M5。对于升降气缸和伸缩气缸，我们选择AS2000-01（2个），对于摆动气缸选择AS3000-02。23表3-7流量控制阀参数244机械手控制系统及气动回路的设计4.1基于PLC的控制系统及回路设计4.1.1PLC简介20世纪60年代初，生产汽车的控制系统大多采用的是继电器控制装置，在那个年代，汽车的型号并不是很多，因此这些系统完全可以适应当时的要求，但是随着汽车的型号和品种越来越多，在我们生产时要消耗大量的时间和体力来更换这些器件。所以汽车公司开始寻求更加方便快捷的控制系统，因此提出了十项指标，即1.编程方便，现场可修改程序；2.维修方便，采用模块化结构；3.可靠性高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置；5.数据可直接送入管理计算机；6.成本可与继电器控制装置竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9.在扩展时，原系统只要很小变更；10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。4.1.2PLC的结构、种类PLC实质就是一个微型计算机，如图4-1所示：图4-1PLC的组成25一.PLC的分类有：1.小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块5。2.中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式。53.大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，实现工厂生产管理自动化。二.PLC的组成1.中央处理单元(CPU)CPU是PLC的控制中枢。它接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，而且可以对用户的错误做出判断。2.存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。PLC常用的存储器类型：RAM(RandomAssessMemory)EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory)3.输入/输出单元为了避免其输入的稳定性受到影响，我们必须对输入电路进行特殊的设计，一般采用光电耦合电路进行隔离，可以有效的防止干扰信号。它可以接受一些传感器传来的信号，并且进行处理。将弱电信号转换成我们需要的强电信号。4.电源部分PLC一般我们都采用220V的交流电源。小型整体的会在其内部装有一个开关稳压电源，会给不同的元件提供不同的电源。5.接口单元接口单元就是为了满足用户的需要，可以增加一些外接的编程器，存储器等。266.外部设备外部设备有编程器，打印机等结构，但是一般我们是不需要这个编程器的。但是他们各有各的用途。4.1.3PLC输入输出地址分配表4-1顺序控制输出输入地址分配表机械手顺序控制输入输出地址分配模块号输入端子输出端子地址号信号名称说明1I0.0自动启动按钮2I0.1单动启动按钮3I0.2手动启动按钮4I0.3停止按钮5I0.4高位限位开关6I0.5低位限位开关7I0.6左位限位开关8I0.7右位限位开关9I1.0后位限位开关10I1.1前位限位开关11I1.2手动下降按钮12I1.3手动上升按钮13I1.4手动夹紧按钮14I1.5手动左移按钮15I2.0手动右移按钮16I2.1手动顺时针旋转按钮17I2.2手动逆时针旋转按钮18I2.3A台右工作件光耦合器1Q0.0下降电磁阀2Q0.1上升电磁阀3Q0.2右移电磁阀4Q0.3左移电磁阀5Q0.4顺时针旋转电磁阀6Q0.5逆时针旋转电磁阀CPU224和EM2217Q0.6夹紧电磁阀27表4-2顺序控制内存变量分配表1信号名称地址号说明2自动启动I0.0按钮3单动启动I0.1按钮4手动启动I0.2按钮5停止I0.3按钮6高位I0.4限位开关7低位I0.5限位开关8左位I0.6限位开关9右位I0.7限位开关10后位I1.0限位开关11前位I1.1限位开关12手动下降I1.2按钮13手动上升I1.3按钮14手动夹紧I1.4按钮15手动左移I1.5按钮16手动右移I2.0按钮17手动顺时针旋转I2.1按钮18手动逆时针旋转I2.2按钮19A台右工作件I2.3光耦合器20下降Q0.0电磁阀21上升Q0.1电磁阀22右移Q0.2电磁阀23左移Q0.3电磁阀24顺时针旋转Q0.4电磁阀25逆时针旋转Q0.5电磁阀26夹紧Q0.6电磁阀27夹紧定时器T101TON定时器28放松定时器T102TON定时器29自动方式标志M0.0BOOL30单动方式标志M0.1BOOL31手动方式标志M0.2BOOL32一周期结束标志M0.3BOOL284.1.4回路设计图4-2气动系统图上面这图是气动系统的工作原理图，1Y等代表的是电磁铁，电磁铁接通后，气缸就会随着运动，当然他们是有顺序的运动。里面加有油雾器，冷却器，减压阀等辅助装置。还有控制流量大小和方向的单向节流阀。表4-3电磁铁动作顺序表动作顺序1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y伸缩手臂左移+升降手臂下降+夹紧+升降手臂上升+摆动气缸逆时针转+伸缩气缸右移+松开摆动气缸顺时针转+上面这个表格就是事先规定的的电磁铁顺序的列表，电磁铁的接通顺序就是按照这个+号来确定的根据这些表格，我们设计出了下面的PLC程序，分为自动控制和手动控制两种，完全按照表格中的顺序运动。已经通过PLC软件调试过，能过按照规定的程序运动。294.1.5PLC程序设计我们设置了手动和自动两种控制模式，因此写入了两个子程序主程序30SBR-031SBR-132335结论本设计的气动机械手的比较简单，对应的气动系统也相对简单，设计比较合理，能够满足部分形状不同的物件的转移、夹取、安装等功能，方便快捷。其设计主要考虑以下几个方面：1.机械手的运动规划设定运动路径，规划好机械手要实现的动作，对后面的气动系统的研究有很大的影响。2.气动系统的设计根据要实现的操作，进行气动元件的选择，使每个气动元件可以符合回路要求。3.控制系统的设计为了实现自动化的操作和无限的循环，我们需要设计合理的控制程序来实现这个目的。本设计采用的是PLC，来控制。由于本人才疏学浅，有不恰当的地方和不准确