三自由度启动机械手及控制系统设计【说明书论文-开题-任务书-无CAD图】
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毕业设计（论文）题 目 三自由度气动机械手及控制系统设计 学生姓名 闫迹 学 院 机械与电气工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 32016151A 学 号 32016151011 指导教师 王春峰 摘 要对于三自由度气动机械手及控制系统的研究，要求有对于机械手结构设计和控制系统设计。按照要求要根据拾取的对象来确定三自由度的行程、气缸的选型及附属机构的设计，以及要完成结构图纸的绘制。本次气缸选择为单杆式双作用的气缸。三个自由度分别是机械手的上下、伸缩及旋转。机械手的上下运动和收缩运动由气缸推动，将热能转化成机械能，带动手臂运动。机械手的旋转运动是由电机所驱动的。利用可编程逻辑控制器控制三自由度机械手进行装配动作的控制，系统采用日本三菱FX2N作为控制核心，采用交流电机，电磁阀作为执行单元，对三自由度机械手的各个部位进行动作调试，通过PLC控制技术实现对装配运动操作的协调控制工作，实现并且满足自动装配，自动传输两方面等功能，通过GX Works2编程软件实现机械手装配流水线系统控制的基本功能，并利用PLC对应的仿真软件对程序进行调试。关键词：机械手；气动；plc；三自由度；装配流水线ABSTRACTFor the study of the three degree of freedom pneumatic manipulator and control system, the structural design and control system design of the manipulator are required. According to the requirements, the stroke of three degrees of freedom, the selection of cylinder and the design of auxiliary mechanism should be determined according to the picked object, and the drawing of structural drawing should be completed. This time, single rod double acting cylinder is selected. The three degrees of freedom are the up and down, extension and rotation of the manipulator. The up and down movement and contraction movement of the manipulator are driven by the air cylinder, which converts the heat energy into mechanical energy and drives the arm movement. The rotating motion of the manipulator is driven by the motor, which can complete 360 degree rotation. The system uses Mitsubishi FX2N as the control core, AC motor and solenoid valve as the execution unit to debug the action of each part of the three freedom manipulator. Through the PLC control technology, the coordinated control of the assembly movement operation is realized and the automatic assembly is satisfied Through gxworks2 programming software, the basic function of manipulator assembly line system control is realized, and the program is debugged by the corresponding simulation software of PLC.Key words： mechanical arm；air-operated；plc；three degree of freedom；assembly line目 录第一章 绪论11.1引言11.2三自由度机械手的简介11.3三自由度气动机械手的应用现状和发展前景1第二章 机械手的总体选取方案22.1机械手的工作原理22.2机械手坐标系的选取32.3驱动机构的选择 42.4传感器的选型及应用4第三章 三自由度气缸的确定53.1机械手的气动分析53.2机械手手部计算53.3夹紧气缸的确定7第四章 机械手结构设计94.1机械手参数94.2手部结构104.3机械手手臂机构设计104.4机械手腰部和基座设计124.5机械手总体结构13第五章 控制系统方案设计145.1控制系统的设计要求145.2控制器方案的选择145.3控制系统方案的设计15第六章 系统软件设计176.1 系统运行流程图176.2 系统I/O地址分配表186.3 系统主电路的设计206.4 PLC外部电路的设计216.5程序项目的创建226.6 梯形图的设计与分析236.7 系统的仿真调试26结束语30致 谢31参考文献32三江学院2016届本科生毕业设计（论文）第1章 绪论1.1引言在机械加工行业，一些工位为物体的捡取。这种一般动作简单，重复几率高。目前对这种需求，我们有很多拾取机械。目前机械手的结构形式是直角坐标式，而一些操作要圆周运动，要具有旋转功能的操作机械。针对现有技术的不足，本设计是一种结构简单、操作方便、可实现多种运动形式的三自由度机械手。1.2三自由度机械手的简介在自动化装配生产上，机械手将单个或多个工件快速的从一个位置准确的抓取到目标位置。机械手的应用提高了生产效率，容易实现自动化，使用较多的机械手是三自由度机械手。1.2.1三自由度机械手的构成三自由度机械手由执行机构、驱动机构与控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件的部件。控制系统是通过对机械手自由度电机的控制，完成特定动作。来接收传感器反馈的信息，形成闭环控制。1.3三自由度气动机械手的应用现状和发展前景机械手用在机床加工、铸锻方面。生产过程中，机械手的驱动方式、定位精度大部分不能满足易脆易损坏物品的需求。各种机械手的研究成为热点，其趋势是：机械结构向模块化，可重构化发展。机械手作业的准确性与各种环境中完成作业的能力，在经济领域的发展前景很好。机械手的应用为生产效率有所上升，可以自动化控制。所以说三自由度气动机械手具有很广阔的发展前景。第2章 机械手的总体选取方案2.1机械手的工作原理机械手主要由驱动系统、执行机构、控制系统和位置检测装置组成。在PLC的控制下，使用气压传动实现执行机构的相应部位运动。位置检测装置将实际位置反馈给控制系统，并与设定位置比较，控制系统再进行调整，使执行机构达到设定地方。2.1.1执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。 （1）手部 手部是与物件接触的部件。分为吸附式和夹持式，手部采用夹持式。传动机构采用齿轮齿条式。 （2）手臂 机械手的手臂由驱动手臂运动的部件与驱动源配合，实现手臂运动。（3）立柱 立柱是支承手臂的部件。 （4）机座 机械手执行机构的各部件和驱动系统安装在机座上，起支撑和连接的作用。2.1.2驱动系统 驱动系统是驱动机械手执行机构运动。由调节装置、动力装置与辅助装置组成。2.1.3控制系统 控制系统是控制机械手按规定运动的系统。机械手用的是PLC程序控制的系统，PLC控制机械手按规定的程序运动，并记忆人们输入机械手的指令信息，这时按照控制系统的信息对执行机构发出指令。2.1.4位置检测装置 控制机械手执行机构的位置，与设定的位置进行比较，随后通过控制系统调整，并随时将实际位置反馈给控制系统，使执行机构以一定的精度到达设定位置。2.2机械手坐标系的选取本次论文设计，主要是抓取小型轻便类的零件，所以要求机械的抓取精度要高，灵活性好，并且要有好的耐用度，有以下四种类型机械手可供选择：2.2.1直角坐标型直角坐标系特点是操作机手臂有三个移动关节，优点是结构刚度好，不过占空间大，效率低。2.2.2圆柱坐标型操作机手臂有一个移动和回转关节 ，优点是结构刚度好，缺点是运动轨迹简单。圆柱坐标式机械手适用于搬运和测量工作。2.2.3球坐标型操作机手臂有一个移动与两个回转关节。优点是结构紧凑，缺点是控制系统设计难，机械结构复杂。2.2.4关节型操作机手臂像人的上肢关节，有三个回转关节。优缺点是运动轨迹复杂，手臂刚度差。综上所述：本次设计选择圆柱坐标型。2.3驱动机构的选择 驱动机构是机械手的重要组成部分。由于动力源不同，机械手驱动方式共有三种:气动；液压；电驱动。 (1)气动方式出力小，成本低，控制简单，不易控制位置跟速度。(2)液压方式功率重量比大，低速平稳，可用于易爆环境。 (3)电驱动方式1）步进驱动:功率小，开环控制，控制简单。 2）直流驱动:调速性能好，效率较高。 3）交流驱动:成本较低，调速性差。 根据设计内容确定圆柱坐标型机械手，利用电机驱动实现机械手的旋转；利用气缸驱动手臂的上下；由于机械手工作范围不大可以采用气缸驱动手臂的伸缩，手部用夹持式，用小气缸夹紧。2.4传感器的选型及应用机械手通过感知器的内部传感器检测自身状态，实现与环境信息交互，控制器指挥机械手完成任务。传感器提供反馈信息。传感器利用传感器把被测物件的变化量测出来，反馈给控制设备修正。在机械手闭环系统中，将被控对象的相关参数通过检测反馈给控制系统，大大提升了机械手的精准度。2.4.1传感器的分类 内部传感器:检测机器人本身状态的传感器。（1）位置传感器：典型的传感器是电位计，检测以电阻中心为基准位置的移动距离。（2）角度传感器：属于回转式编码器。 外部传感器:检测机器人所处环境及状况的传感器。（1）物体识别/探测传感器：如视觉传感器，利用摄像机等（2）距离传感器：摄像机做距离传感器（3）力觉传感器：检测力和力矩施加地点大小方向的传感器第三章 三自由度气缸的确定3.1机械手的气动分析气动用压缩空气为动力源，带着机械完成伸缩跟旋转。由于空气可压缩，吸入空气压缩储存，空气有了弹力，随后控制元件控制方向，带执行元件旋转与伸缩。吸入多少就会排出多少，不会消耗空气成分，所以说是节能环保。气动技术的优点:（1）装置轻便、维护简单。压力等级低、故使用安全；（2）工作介质是空气，排气处理简单，不污染环境。气动技术的缺点:（1）气缸低速运动时，由于摩擦力比例大，气缸低速稳定性比不上液压缸。3.2机械手手部计算手部驱动力计算：设其工件重量G=1kg，V型手指的角度2=，b=30mm,R=15mm,摩擦系数=0.25。（1）采用摩擦锁紧方式，计算夹紧力。根据公式：式中：m-工件质量（kg）；g-重力加速度（）；a-动态运动时产生的加速度（）；S-安全系数；-V型手抓张开的角度；-气抓夹头与工件的摩擦因素。查表得=0.25则 = =45.44N45N驱动力为： = =180(N)实际驱动力：根据机械手传动方式，取=0.93，并取=1.4.若被抓取工件处在静止状态时,=1+=1。=45=67.7468（N）所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为68N。3.3夹紧气缸的确定3.3.1气缸工作压力的确定表3-1 气压负载常用的工作压力负载F/N50000压力p/MPa5-7由液压与气压传动表3-1取气缸工作压力p=0.46MPa3.3.2选定气缸缸径此论文使用的气缸属于双向作用气缸。活塞左行时活塞杆产生推力,活塞右行是活塞杆产生拉力。式中： - 活塞杆上推力（N）； - 活塞杆拉力（N）； - 气缸工作时的总阻力（N）；p - 气缸工作压力（Pa）；D - 气缸内径（mm）；d - 活塞杆直径（mm）。气缸工作时的阻力与运动部件的惯性力，密封处的摩擦力等因素有关，综合这些因素可以用载荷率带入公式计算，则气缸的静推力和静拉力，在计入载荷率后是：有了载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。载荷率一般取=0.35-0.6时，气缸的动态参数和工作频率就有了很高的保障。若气缸工作频率低，大多是匀速运动，其载荷率取=0.7-0.83。综合上述分析气缸的直径：代入数据可得： = =15.34（mm）查机械设计手册取整后得：D=15（mm）。又d/D=0.2-0.3，得活塞杆直径：d=（0.2-0.3）D=3-4.5（mm）。圆整后得活塞杆直径d=4mm。3.3.3缸筒壁厚与外径缸筒直接承受空气压缩压力，一定要有厚度。气缸缸筒壁厚一般是气缸内径的十分之一，已知气缸内径D=15mm，所以在此估算气缸缸壁壁厚=1.5mm。则缸筒外径=15+（1.52）=18（mm）。3.3.4手部活塞杆行程计算活塞杆位移量=2R =5.2mm活塞行程与它的使用场合跟工作机构行程比有关。一般不使用满行程，免得活塞与缸盖碰撞，一般为保证夹紧效果，要在计算行程上多加12-22mm行程余量。L=5.2+22=27.2mm查机械设计手册后圆整为L=27mm第四章 机械手结构设计4.1机械手参数4.1.1用途用于生产车间物体，工件的搬运。机械手可以减省工人、提高效率、降低成本、提高产品品质。它的基本作用是从指定位置抓取工件到另外一个指定的位置进行装配。所以机械手有很广泛的用处。4.1.2设计参数（1）机械手最大抓重： 2kg （2）自由度数： 3自由度（3）机械手坐标形式： 圆柱坐标（4）手指开合度数： 75度（5）支座旋转度数： 360度（6）手臂行程参数 伸缩行程: 200mm 伸缩速度： 200mm/s升降行程： 100mm 升降速度： 100mm/s （7）定位精度： 0.65mm4.2手部结构本论文中采用夹持式结构，由手抓和传力机构组成。传力结构本次用齿轮齿条式。 根据需求确定圆柱坐标型机械手。考虑本次设计的机械手工作范围不大，使用气缸驱动手臂实现伸缩；手抓则采用夹持式，使用小气缸驱动夹紧。机械手首部结构设计如图4-1所示。 1-夹紧气缸 2-气缸挡板 3-密封圈 4-扇齿轮 5-中间齿轮 6-手抓 7-工件 8-V型手抓 图4-1 机械手爪结构图4.3机械手手臂机构设计4.3.1设计要求（1） 手臂的结构和尺寸应满足机器人提出的工作空间要求。（2）要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓 冲和限位装置提高定位精度。（3）尽量减小手臂重量，提高响应速度。本设计中手臂由气缸驱动实现伸缩运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，防止手臂在活塞杆上转动，确保手臂随机座转动。机械手臂结构图如图4-2所示。1-臂架底座 2-气缸挡板 3-活塞 4-气缸5-密封圈 6-气缸端盖 7-导杆图4-2 机械手手臂结构图 4.4机械手腰部和基座设计 通过安装在支座上的电机驱动转动壳体转动，从而实现机械手的旋转，通过气缸实现手臂上下移动。该设计使用环形轴承的支承结构。它由电动机直接驱动连接转动的支撑架，接而带动手臂转动。根据承受载荷及力方向，该支撑轴承选用双向推力球轴承;转动选用了双列圆锥滚子轴承。 机械手腰部和基座机构图如图4-3所示。1- 连接座 2-气缸 3-活塞杆 4-活塞 5-缸筒 6- 电机 7-基座图4-3 机械手腰部和基座机构图4.5机械手总体结构如图4-4所示水平移动气缸放在水平机架上，水平移动导杆跟气缸连接板连接，垂直升降气缸与垂直升降导杆安装在垂直气缸连接板上，电机连接在机架上。 本次机械手设计，水平移动气缸充气时，在水平导杆的导向下，机械手臂在水平方向移动。垂直升降气缸充气时，在垂直导杆的导向下，连带着水平气缸及其附属机构上下运动。电机驱动机械手臂做旋转运动，可以转动360，来完成手爪绕旋转轴的运动。手爪部分采用齿轮齿条传动，用可靠性键连接，这样就有手爪的水平移动、垂直移动以及旋转移动。在拾取工件时，水平移动气缸收缩，在水平移动导杆的导向作用下，机械手臂移向进行收缩，这时在垂直升降气缸的作用下，垂直升降导杆伸出，在垂直导杆的导向下，气动手爪向下移动，同时在手抓部气缸的作用下，手爪张开，到达应拾取的物体的位置时，在气缸作用下，手爪闭合夹住工件。然后在垂直升降气缸作用下，手爪收缩，向上运动到达指定位置，后水平移动气缸伸出，使水平导杆达到指定位置，然后在电机的驱动下，使整个机械手臂绕旋转轴转动，直至到达指定位置，然后垂直升降气缸伸出，到达指定位置后气抓松开，将工件放在指定位置。然后回到原位，这就是拾取工件的一个循环。图4-4 机械手结构图第5章 控制系统方案设计5.1控制系统的设计要求本次三自由度气动机械手主要应用在装配生产线上，系统主要是通过机械手来实现零件的整个自动搬运装配过程，提高生产力，降低劳动成本，减少经济损失，本系统主要是利用交流电机，电磁阀，指示灯等驱动元件来实现装配产线的自动化控制，在工作产线中，如果检测到有物料经过后，系统开始启动，驱动机械手伸出，伸出到位后，机械手下降，下降的位置由行程开关控制，当下降到达位置后，机械手手抓抓紧零件，然后机械手的手抓提升复位，复位完毕后，机械手手臂缩回，缩回到位，此时机械手开始旋转，一开始往右方向进行旋转，旋转到位后，机械手手臂开始伸出，伸出到位后，机械臂手抓再次下降，下降到达指定的地方，手抓松开，工件掉落在传送带上，当物料检测开关检测到有零件时，传送带开始工作，把零件输送到下一个工位，传送带运行一段时间后自行结束运行，接着开始新的一轮动作。其中机械臂的升降控制，机械臂的伸缩控制，机械臂的旋转控制为气动控制，电机的输送控制为交流电机控制。5.2控制器方案的选择本次主要是对三自由度的启动机械臂进行控制，控制的方法有很多，分别为继电器控制气动，单片机控制气动，PLC控制气动，不同的控制方案设计出来的内容大幅度差异，在进行设计之前要选择合适的设计方案，电气设计方案一般分为接触器系统，PLC控制系统，单片机控制系统等，设计一个合适的、便捷的控制系统涉及到多方面的知识，要满足系统的方便维修，要满足系统的监控功能，要满足系统的运行需求等，因此同时满足上述这些条件的方案才是最合理的方案。（1）单片机方案的选择单片机控制系统在需要领域中都有应用，其是一个微机系统，单片机处理器芯片都比较小，在制造业中也有广泛的应用，比如在家用电器热水器，空调设备，洗衣机设备，电冰箱设备等小型电气设备中都有应用到，由于单片机控制系统体积小，占用面积小，因此在家电领域中具有很高的地位，单片机在交流电机系统中，系统的特点还是较为明显的，比如单片机处理芯片的体积小，芯片价格便宜，这样就可以使得电机系统的安装位置有很大的空间，并且可以降低很大的成本设计费用。（2）PLC方案的选择三自由度机械臂控制系统采用PLC进行控制，那么可以实现三自由度机械臂系统的自动化控制过程，通过PLC进行三自由度机械臂的控制可以实现高效率的动作控制，同时具有简单方便的修改特点，PLC控制系统专门应用于工业自动化行业里面，PLC 可编程控制器，是一个专门用于自动化控制的控制器，在PLC运行的时候，其内部的CPU是通过持续扫描的运行方式来进行程序的控制，输入端口把外部硬件采集的信号传递到PLC中，接着自动化控制器PLC通过编程好的逻辑程序对输出端口进行驱动，比如对电机，点电磁阀等负载进行驱动，以此来实现设备自动化的控制。（3）继电器方案的选择传统的电气控制系统为继电器控制系统，很多控制系统，如PLC系统，单片机系统的发展，都是在继电器系统上延伸而出的，继电器控制系统是一个由众多低压电器元件组合而成的系统，其控制方式依赖电路的连接，是通过众多电气连线的方式来实现机械的动作的，这种单一的控制风格也导致了继电器系统的控制方式简单，继电器系统具有不需要编程，不需要指定的语言去设计系统，具有操作简单的特点。（4）方案的确认通过分析比较得知PLC作为系统内的存储单元而单独存在。其使用次数是没有任何限制的。因此与前两类控制方法相比具有较为明显的优势，可靠性更强。因此，PLC控制是当前电气控制技术中心较为实用，应用度较高，且可靠性最强的一类控制方式，具有明显的优势，可以广泛应用在生产线控制领域的改造和革新方面。因此本次控制系统PLC控制方法来进行。5.3控制系统方案的设计本设计是以PLC为控制核心的三自由度气动机械手的控制，三自动度气动机械臂来实现装配生产线的控制，通过1个三菱FX2N PLC控制对应的电机来控制电机带动传动机构，搭配电磁阀抓取货物，搭配电磁阀实现机械臂的摆动，伸缩，升降，通过传感器检测货物，行程开关等完成单元的设计。本控制系统以传感器为感应元件，PLC识别控制，电机驱动技术，从而实现械手装配生产线自动装配的控制功能。机械手装配生产线控制系统主要由传感器、交流电机、指示灯、按钮、电磁阀、PLC等组成，如图5-1所示。FX2N PLC开始按钮气动伸缩电机控制行程开关检测气动升降电机控制停止按钮气动旋转电机控制光电开关检测指示灯状态显示电机传动输送控制图5-1 控制系统原理图本次气动三自由度机械手控制系统的设计，其是采用以PLC为核心的控制系统， PLC的输入信号有两种输入模式，其分别为模拟量输入和开关量输入，本次机械手装配生产线系统中采用到的都是开关量，开关量输入有启动按钮、紧急停止按钮、行程开关检测装置，光电开关检测装置等，PLC的输出信号包含对传动电机、指示灯以及电磁阀门的控制，控制系统原理图如图5-1所示，这样的机械手装配生产线制系统整体搭配起来，生产效率就大大提高。第六章 系统软件设计6.1系统运行流程图图6-1为此次三自由度气动机械臂控制系统的运行流程图，系统用于装配生产线的运行，系统启动后，PLC上电自动进行初始化控制，当初始化完成后，系统启动，物料检测1开关检测到零件后，系统开始控制机械手的手臂运行，开始准备把零件进行夹紧搬运到其他工作地方，系统循环控制，完成一次零件的装配搬运后，再次检测到了工件后循环装配搬运动作。图6-1 系统运行流程图6.2系统l/O地址分配表通过对机械手装配生产线控制系统的分析，可以看出控制系统输入部分主要由按钮，光电传感器，接近开关等组成，通过计算发现控制系统共需要12个输入地址，控制系统详细的输入地址分配见表6-1。表6-1 输入地址分配输入地址分配表序号检测名称地址元件元件符号备注1系统启动X000按钮SB02系统停止X001按钮SB13物料1检测X002传感器SQ14物料2检测X003传感器SQ25伸出到位X004传感器SQ36下降到位X005传感器SQ47夹紧到位X006传感器SQ58上升到位X007传感器SQ69缩回到位X010传感器SQ710左转到位X011传感器SQ811右旋到位X012传感器SQ912系统复位X013按钮SB2通过对械手装配生产线控制系统的分析，可以看出控制系统输出部分主要由状态指示灯，蜂鸣器，电磁阀，交流电机等组成，通过计算发现控制系统共需要12个输出地址，控制系统详细的输出地址分配见表6-2。表6-2 输出地址分配 输出地址分配表序号检测名称地址元件元件符号备注1系统启动灯Y000指示灯HL12系统停止灯Y001指示灯HL23物料1有料灯Y002指示灯HL34手臂伸出Y003继电器KA15手抓下降Y004继电器KA26手抓夹紧Y005继电器KA37手抓上升Y006继电器KA48手臂缩回Y007继电器KA59手臂左转Y010继电器KA610手臂右旋Y011继电器KA711输送带Y012接触器KM112系统原位Y013指示灯HL46.3系统主电路的设计如图6-2所示为本次系统的主电路原理图，L1,L2,L3为三相动力线，N为零线，QF为断路器，在控制系统中主要起到总开关的作用，其同时具有低压保护的功能，FU为熔断器，在控制系统里面主要是短路保护，KM为接触器，在控制系统里面主要是通断电机的作用，KM接通，皮带电机开始运转，FR为热继电器，在控制系统里面主要是过载保护的作用，起到对电机的保护功能。图6-2系统主电路6.4PLC外部电路的设计如图6-3所示为本次系统的PLC接线图，接线图为三菱PLC的输入输出端的接线示意，图纸上方的L和N为控制器的输入端供电电压，PE为控制器的接地保护，COM为输入端的公共端，COM可以接负极，也可以接正极，不同的接法会导致接法不同，也就是使得PLC的输入端极性不同，比如COM接到24V正极，那么就是NPN输入，比如COM接到24V的负极，那么就是PNP输入，也就会导致输入端的传感器类型的不同，其中X0-X13为输入端的端口，图纸下方的COM1-COM3为公共端的输出端，接到24V负极，Y0-Y13为电机，指示灯，蜂鸣器的端口接线。图6-3 PLC外部接线图6.5程序项目的创建如图6-4所示，打开GX2软件后，点击创建新项目选项，然后点击浏览要存储位置的路径，然后点击确定。图6-4 程序项目的创建如图6-5所示，可以对PLC的CPU类型进行选择，可以选择FX，根据实际使用情况进行选择合适的类型，然后程序语言选择为梯形图，然后点击确定。图6-5 CPU类型的选择如上图6-6所示，选择完毕后，点击确定进入下一步，然后选择符号表的选项，进入符号地址的定义界面，定义完毕后便可以进行程序的设计。图6-6 定义符号表如图6-7所示，进入编程界面，在该界面可以根据系统所需要的内容进行编写。图6-7 编程界面6.6 梯形图的设计与分析 如图6-8所示，当系统按钮X0接通后，PLC内部输出辅佐信号M0，且M0自锁，当系统急停按钮X1接通后，M0才会断开。图6-8 梯形图如图6-9所示，当按钮X1接通时，系统停止标志，输出Y1止指示灯，同时利用区间复位指令来使得Y0-Y30间复位，区间复位M2-M100内部信号。图6-9 梯形图如图6-10所示，M8002上电后，系统进入S0步骤待命，等待系统的启动，当系统启动灯Y0接通时，且系统原位指示灯Y13接通，那么物料1开关检测到工件后，开始进入S20步骤，准备自动执行。图6-10 梯形图如图6-11所示，物料1有料灯接通，此时T0定时运行2S时间，当2S定时完毕后，进入下一步骤，S21接通。图6-11 梯形图如图6-12所示，机械手的手臂开始伸出，伸出到位后，行程开关X4接通，此时进入S22步骤。图6-12 梯形图如图6-13所示，机械手伸出到位后，那么开始定时1S时间，进行短暂的延时吗，定时结束后进入步骤S24。图6-13 梯形图如图6-14所示，此时手爪下降，下降到位后，X5接通，进入步骤S26，当步骤完成后，定时器T4开始定时，定时时间为2秒。图6-14 梯形图如图6-15所示，在步骤S28中，手爪开始运行，抓紧零件，当夹紧到位后，X6开关接通，此时进入S29步骤。图6-15 梯形图如图6-16所示，系统进入短暂的等待后，手爪开始上升，上升到位，X7信号接通，此时输出S32状态步骤，系统一步一步运行，直到系统工件的装配搬运结束。图6-16 梯形图6.7系统的仿真调试设计完梯形图后，那么采用GX Works2软件里面的仿真进行对梯形图的调试。如图6-17所示点击模拟开始/停止按钮，那么进入梯形图仿真调试环节。图6-17 调试仿真1如图6-18所示，启动仿真软件后，那么PLC开始写入程序，模拟下载到实物设备的过程，当写入完成后，仿真启动窗口关闭，开始对设计的梯形图进行调试。图6-18 调试仿真2如图6-19所示，仿真启动完毕后，出现蓝色的触点，蓝色的触点表示当前处于接通的情况，白色的触点则表示尚未接通。图6-19 仿真启动完毕如图6-20所示，点击在线选项，选择PLC监视-选择软元件的监控，调出输出端口Y的监控界面。图6-20 监控界面如图6-21所示，进行仿真的过程中，对于需要接通的按钮右键-调试-打开当前值更改菜单栏，那么对当前输入信号X0点击ON状态，那么系统X0自动接通。图6-21 进行调试仿真如图6-22所示，进行仿真的过程中，如果系统启动，那么X0系统启动按钮接通，此时输出M0启动标志，M0输出且自锁，此时系统运行灯Y0也接通。图6-22 进行调试仿真2如图6-23所示系统启动处在原位状态。图6-23 系统原位显示结束语本次论文是对于三自由度气动机械手及控制系统的研究，要求有对于机械手结构设计和控制系统设计。按照要求要根据拾取的对象来确定三自由度的行程、气缸的选型及附属
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