机械手动作的模拟2.doc

1 概述 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及。 机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand。它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。 可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。 2 硬件设计 2.1 控制要求 图2.1为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图2.2所示，有八个动作。 图2.1 机械手的工作示意图 面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。 原位 下降 夹紧 上升 右移 左移 上升 放松 下降 图2.2 机械手的动作序位图 2.2 选择PLC的型号 选取市场的需求大和应用广泛的西门子PLC，如S7-200。对其进行简要说明如下： S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC） 图2.4 S7-200 PLC的硬件系统结构 图2.5为一个基本的S7-200 Micro PLC系统。它包括一个S7-200 CPU 模块，一台个人计算机(PC)，STEP 7-Micro/win32(4.0版)编程软件，以及一条通讯电缆。为了使用个人计算机(PC)，你必须配备下列三种设备的一种：PC/PPI 电缆一条、一个通讯处理器(CP)卡和多点接口(MPI)电缆、或一块MPI卡和配套的电缆。其中PC/PPI电缆价格便宜，用得最多。 图2.5 S7-200 Micro PLC 系统的组成 PLC模块的选择：采用CPU226模块，具有40个I/O点，其中输入点24个，输出点16个。可带7个扩展模块。用户程序存储器容量为6.6K字。内置高速计数器，具有PID控制器的功能。有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通信口。具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由协议的通信能力。运行速度快、功能强，完全适用于要求较高的中小型控制系统。 2.3 系统设计流程图 图2.6为机械手动作的模拟控制系统整体设计流程图： 图2.6 系统整体设计流程图 2.4 I/O分配表 I/O点的地址分配表如下表： 表2.1 I/O点的地址分配表 输入点 输出点 启动按钮 SB1 I0.0 夹紧电磁阀 YV2