四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】和坐標形式，氣動技術的特點，PLC控制的特點及國內外的發展狀況。了機械手的技術參數。手腕結構，計算出了手腕轉動時所需的驅動力矩和回轉氣缸的驅動力矩。機械手的手臂結構。統工作原理圖的參數化繪制進行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質量。手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出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。

　　

【正文】 工作方式。具體的工作過程可分為 4個階段。 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對輸入輸出狀態的詢問是針對輸入輸出狀態 暫存器而言的。輸入輸出狀態暫存器也稱為 I/0狀態表 .該表是一個專門存放輸入輸出狀態信息的存儲區。其中存放輸入狀態信息的存儲器叫輸入狀態暫存器 。存放輸出狀態信息的存儲器叫輸出狀態暫存器。開機時， CPU首先使 I/0狀態表清零，然后進行自診斷。當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對輸入狀態進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態信息送到 I/0狀態表中存放。在同一掃描周期內，各個輸入點的狀態在 I/0狀態表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此 不能造成運算結果混亂，保證了本周期內用戶程序的正確執行。 第三階段是程序處理階段。 當輸入狀態信息全部進入 I/0狀態表后， CPU工作進入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據各 I/0狀態和有關指令進行運算和處理，最后將結果寫入 I/0狀態表的輸出狀態暫存器中。 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，并將運算結果寫入到 I/0狀態表狀態暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅動輸出繼電器線圈，控制被控設備進行各種相應的動作。然后， CPU又返回執行下一個循環的掃描周期。 可編程序控制器的使用步驟 在可編程序控制器與被控對象 (機器、設備或生產過程 )構成一個自動控制系統時，通常以七個步驟進行 : 四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現 33 (1)系統設計 即確定被控對象的動作及動作順序。 (2)I/0分配 即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應的輸入端號 。哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，并分配相應的輸出端號 .此外，對用到的可編程序控制器內部的計數器、定時器等也要進行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號來識別信號的。 (3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖 概念相同，表達了系統中全部動作的相互關系。如果使用圖形編程器 (LCD或 CRT)，則畫出梯形圖相當于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對簡易編程器，則往往要經過下一步的助記符程序轉換過程。 (4)助記符機器程序 相當于微機的助記符程序，是面向機器的 (即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同 )，用簡易編程器時，應將梯形圖轉化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。 (5)編制程序 即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。這項工作在編程器上進行。 (6)調試程序 即檢查程序是否能正確完成邏 輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設計 (包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調試 )也可在別的工具上進行。如 IBMPC機，只要這個機器配有相應的軟件。 (7)保存程序 調試通過的程序，可以固化在 EPROM中或保存在磁盤上備用。 機械手可編程序控制器控制方案 系統簡介 控制對象為圓柱座標氣動機械手。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及逆時針方向旋轉。另外，其末端執行裝置 — 機械手，還可完成抓、放功能。以上各動作均采用氣動方式驅動 ，即用五個二位五通電磁閥 (每個閥有兩個線圈，對應兩個相反動作 )分別控制五個氣缸，使機械手完成伸、縮、上、下、旋轉及機械手抓放動作。其中旋轉運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉化為旋轉運動。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，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。 工業機械手的工作流程 此機械手用于自動輸送線的上下料。 當按下機械手啟動按鈕之后，機械手有如下動作 : 先右轉至右限位開關動作 (1DT通電 ) ?下降至下限位開關 (5DT通電 ) ?手腕逆時針轉動 90? (7DT通電 ) ?手臂伸長至限位開關 (3DT通電 ) ?檢查有無物品，若有物品，手爪四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現 34 抓緊 (9DT通電 ) ?手臂收縮至限位開關 (4DT通電 ) ?上升至上限位開關 (6DT通電 ) ?左轉至左限位開關動作 (2DT通電 ) ?手腕順時針轉動 900 (8DT通電 ) ?手臂伸長至最長(3DT通電 ) ?手爪松開 (IODT通電 ) ?延時 ? 手臂收縮最短 (4DT通電 )。至此，一個工作循環完畢。 機械手工作時序圖如附圖所示 4, 1/0分配 根據系統輸入輸出點的數目，選用 OMRON C28P型 PC，它有 16個輸入點， 標號為 00000015。 12個輸出點，標號為 05000511. 梯形圖設計 (如附圖所示 ) 根據機械手的邏輯時序圖及 1/0分配，畫出控制梯形圖，如附圖所示。由梯形圖可以看出 : (1)手臂左轉的條件 :左轉不到位 (0003為 OFF)，收縮到 位 (0006為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕逆轉到位 (0009為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON),無右轉命令 (0501為 OFF). (2)手臂右轉的條件 :右轉不到位 (0004為 OFF)，上升到位 (0007為 ON),收縮到位 (0006為 ON)，手腕順轉到位 (0010為 ON)，手爪放松 (0002為 OFF),無左轉命令 (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)右轉到位 (0004為 ON)，下降到位 (0008為 ON)，手腕逆轉到位 (0009為 ON)，手爪放松(0002為 OFF)。 2)左轉到位 (0003為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉到位 (0010為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON). 四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現 35 (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)右轉到位 (0004為 ON)，下降到位 (0008為 ON)，手腕逆轉到位 (0009為 ON)，手爪抓緊(0002為 ON)。 2)左轉到位 (0003為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON)，手 腕順轉到位 (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)，手腕逆轉到位 (0009為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON)，右轉到位 (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)，右轉到位 (0004為 ON)，收縮到位 (0006為 ON)，手腕順轉到位 (0010 為 ON)，手爪放松 (0002為 OFF). (7)手腕逆轉的條件 :逆轉不到位 (0009為 OFF)，無順轉命令 (0507為 OFF)，右轉到位 (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)手腕順轉的條件 :順轉不到位 (0010為 OFF)，無逆轉命令 (0506為 OFF)，左轉到位 (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)右轉到位 (0004為 ON)，伸長到位 (0005為 ON)，下降 到位 (0008為 ON)，手腕逆轉到位 (0009為 ON)，檢測到有物品 (0011為 ON), 2)左轉到位 (0003為 ON)，伸長到位 (0005為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉到位 (0010為 ON) (9)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)左轉到位 (0003為 ON)，伸長到位 (0005為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉到位 (0010為 ON). 2)左轉到位 (0003為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉到位 (0010為 ON)，收縮到位 (0006為 ON).另外，當按下停止按鈕時，手臂停止動作，即手臂停止在不定的位置。 機械手控制程序 四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現 36 四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現 37 第八章 結論 本次設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，因此適用面更廣。 采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現過載保護，便于自動控制。 工作環境適應性好，不會因環境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小， 不會污染環境。同時成本低廉。 通過對氣壓傳動系統工作原理圖的參數化繪制，大大提高了繪圖速度， 節省了大量時間和避免了不必要的重復勞動，同時做到了圖紙的統一規范。 機械手采用 PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優點，無論是進 四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現 38 行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設定 PLC程序來實現?？梢愿鶕? 機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。 致 謝 經過一個月的學習，本次畢業設計已經接近尾聲。作為以為專科的畢業生的畢業設計，由于經驗缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，很多時候會走一些彎路，如果沒有老師的指導，以及一起設計的同學們的幫助，想要完成這個畢業設計是不容易的。他們使我在設計的 過程中不僅學到了很多知識，還明白了團隊精神，我們設計組的各位老師和同學們就是一個團隊。 在這里首先要感謝我的指導老師李燕老師，老師平日里工作繁多，但在本次設計中無論從選題、開題還是從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計及制圖等過程中都給予了我悉心指導。她不僅治學嚴謹而且為人師表，教給我們的不僅是書本上的知識，還有為人處世的積極態度，這些寶貴知識將積極影響我今后的學習和工作，再次表示衷心感謝。感謝你們在此此間對我的關懷和幫助，這份幫助使我在這段日子里可以專心于設計，使我真正體會到 師生之間的友誼，這種感覺是那嘛的美好，再次感謝老師的鼓勵和幫助。 其次要感謝和我一起做畢業設計的各位同學，和曾經在各個方面給與過我幫助的伙伴們。在大學生活即將結束的最后的日子里，我們再一次驗證了團結就是力量這句真理，把一個龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿的完成了。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學到了本次課題所涉及的新知識，更讓我得到了知識以外的東西，就是團結和友誼。雖然畢業在即，我們各自心中通過這次實習更加增進了友誼，心中更加多了一份不舍，使我們更加珍惜這段晚來的友誼。 在老師和同學們的幫助下，我的 專業知識得到了進一步的提高，在整個設計過程中我也體會到了堅持的重要性，對待任何困難都要有堅持不懈的心理和斗志，才能在學習的過程中取得更多的知識和經驗。 知識是人類進步的階梯，而傳授知識的各位老師則是我們登上階梯的領路人，沒有各位老師的辛勤教育，便不會有我們今天的累累果實。在這里，我要感謝那些曾經孜孜不倦傳授我們知識的各位恩師，衷心祝愿你們桃李滿天下。 最后還要感謝我的母校 —— 鄭州輕工業學院輕工職業學院三年來對我的培養。她使我從一個懵懂的女孩轉變成為一個有理想，有抱負的青年。她教給我的不僅是進入社會后生存 的本領，更重要的是艱苦樸實，求實進取的精神力量，遇到困難不懈不妥，多一份堅持少一份浮躁，這將鼓勵我在人生的道路上不斷前進。 參考文獻： [1】張建民 .工業機器人 .北京 :北京理工大學出版社， 1988 [2】蔡自興 .機器人學的發展趨勢和發展戰略 .機器人技術， 20xx, 4 [3】金茂青，曲忠萍，張桂華 .國外工業機器人發展勢態分析 .機器人技術與應用 ， 20xx, 2 [4】王雄耀 .近代氣動機器人 (氣動機械手 )的發展及應用 .液壓氣動與密封， 1999, 5 [5】嚴學高，孟正大 .機器人原理 .南京 :東南大學 出版社， 1992 [6】機械設計師手冊 .北京 :機械工業出版社， 1986 [7】黃錫愷，鄭文偉 .機械原理 .北京 :人民教育出版社， 1981 [8】成大先 .機械設計圖冊 .北京 :化學工業出版社 四自由度多用途氣動機器人結構設計及控制實現 39 [9】鄭洪生 .氣壓傳動及控制 .北京 :機械工業出版社， 1987 [10】吳振順 .氣壓傳動與控制 .哈爾濱 :哈爾濱工業大學出版社， 1995 [11】徐永生 .氣壓傳動 .北京 :機械工業出版社， 1990, 5