注漿機(jī)器人

注漿機(jī)器人,機(jī)器人 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題 目: 陶瓷注漿機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 院: 專(zhuān) 業(yè): 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)老師/督導(dǎo)老師: 摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，注漿機(jī)的組成和分類(lèi)，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn),觸摸屏的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。 本文對(duì)注漿機(jī)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了注漿機(jī)的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算了注漿機(jī)的升降臂和回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了注漿機(jī)的手部結(jié)構(gòu)。 本文系統(tǒng)地研究了注漿機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)氣壓系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)進(jìn)行了了解，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。 利用可編程序控制器（PLC）對(duì)注漿機(jī)進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號(hào)，根據(jù)注漿機(jī)的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，對(duì)注漿機(jī)的面板操縱式（有動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞:陶瓷注漿機(jī)；注漿機(jī)；電動(dòng)；可編程序控制器；陶瓷 目 錄 摘要(中文) -----------------------------------------------------------I (英文) -----------------------------------------------------------II 第一章 緒 論 1.1工業(yè)注漿機(jī)概述 ------------------------------------------------------------- 1 1.2注漿機(jī)的組成和分類(lèi) --------------------------------------------------------- 1 1.2.1注漿機(jī)的組成 --------------------------------------------------------- 1 1.2.2注漿機(jī)的分類(lèi) ---------------------------------------------------------- 2 1.3 PLC與觸摸屏概述 ----------------------------------------------------------- 3 1.4國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ------------------------------------------------------------- 3 1.5課題的提出及主要任務(wù) ------------------------------------------------------- 4 1.5.1課題的提出 ------------------------------------------------------------ 4 1.5.2課題的主要任務(wù) -------------------------------------------------------- 5 第二章 注漿機(jī)的設(shè)計(jì)方案 2.1注漿機(jī)的類(lèi)型和自由度的選擇 ------------------------------------------------- 6 2.2注漿機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------- 6 2.3注漿機(jī)的控制方案設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------- 6 2.4注漿機(jī)的手部結(jié)構(gòu)方案確定---------------------------------------------------- 6 2.5 注漿機(jī)的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)-------------------------------------------- ------- 6 2.6注漿機(jī)的主要參數(shù) ----------------------------------------------------------- 7 2.7注漿機(jī)的技術(shù)參數(shù)列表 ------------------------------------------------------- 7 第三章 注漿機(jī)夾持設(shè)計(jì)與移動(dòng)設(shè)計(jì)、回轉(zhuǎn)電機(jī)的設(shè)計(jì)與校核（沒(méi)弄） 3.1 夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ------------------------------------------------------------ 9 3.1.1 手掌的形狀和分類(lèi) ------------------------------------------------------ 9 3.1.2 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題 ------------------------------------------------------ 9 3.2左右移動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) --------------------------------------- 9 3.3 上下運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -------------------------------------------------- 16 第四章 注漿機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì) 4.1可編程序控制器的選擇 ------------------------------------------------------- 21 4.2注漿機(jī)可編程序控制器控制方案 ----------------------------------------------- 21 4.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 -------------------------------------------------------------- 21 4.2.2可編程序控制器的工作流程設(shè)計(jì) ------------------------------------------- 21 4.2.3 可編程序控制器的存儲(chǔ)區(qū)設(shè)計(jì) -------------------------------------------- 22 4.3硬件、軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試 ---------------------------------------------------- 23 4.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與組態(tài) ---------------------------------------------------- 23 4.3.2 軟件設(shè)計(jì) -------------------------------------------------------------- 23 4.3.3 硬件調(diào)試與系統(tǒng)調(diào)試 ---------------------------------------------------- 23 4.3.4 梯形圖設(shè)計(jì) ------------------------------------------------------------ 23 4.3.5 注漿機(jī)控制程序 -------------------------------------------------------- 23 第五章 觸摸屏上位機(jī)設(shè)計(jì) --------------------------------------------------- 25 第六章 結(jié)論 ---------------------------------------------------------------- 28 結(jié)束語(yǔ) ----------------------------------------------------------------------- 29 參考文獻(xiàn) --------------------------------------------------------------------- 30 II 機(jī)械升降臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),面板操縱式(有動(dòng)力)點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì) 第一章 緒 論 1.1 工業(yè)注漿機(jī)的概述 工業(yè)機(jī)器人是能模仿人體某些器官的功能(主要是動(dòng)作功能)、有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、可以改變工作程序和編程的多用途自動(dòng)操作裝置。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門(mén)中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。 “機(jī)器人”一詞出自捷克文，意為勞役或苦工。1920年，捷克斯洛伐克小說(shuō)家、劇作家恰佩克在他寫(xiě)的科學(xué)幻想戲劇《羅素姆萬(wàn)能機(jī)器人》中第一次使用了機(jī)器人一詞。此后被歐洲各國(guó)語(yǔ)言所吸收而成為專(zhuān)門(mén)名詞。20世紀(jì)50年代末，美國(guó)在注漿機(jī)和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置，并將其稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人； 60年代初，美國(guó)研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國(guó)通用汽車(chē)公司用21臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車(chē)車(chē)身的自動(dòng)生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，70年代起，常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有 3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人示意圖控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能，又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類(lèi)。編程輸入型是以穿孔卡、穿孔帶或磁帶等信息載體，輸入已編好的程序。示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動(dòng)控制器(示教操縱盒)，將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。在示教過(guò)程的同時(shí)，工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng)工作時(shí)，控制系統(tǒng)從程序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動(dòng)作。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱(chēng)為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。具有觸覺(jué)、力覺(jué)或簡(jiǎn)單的視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。 1.2 注漿機(jī)的組成及分類(lèi) 1.2.1注漿機(jī)的分類(lèi) 注漿機(jī)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。如下示意圖1-1. 圖1-1 注漿機(jī)示意圖 1.2.2 注漿機(jī)的分類(lèi) 工業(yè)注漿機(jī)的種類(lèi)很多，關(guān)于分類(lèi)的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類(lèi)。 (一)按用途分 注漿機(jī)可分為專(zhuān)用注漿機(jī)和通用注漿機(jī)兩種: 1、專(zhuān)用注漿機(jī) 專(zhuān)用注漿機(jī)是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用注漿機(jī)具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀注漿機(jī)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料注漿機(jī)等。 2、通用注漿機(jī) 通用注漿機(jī)是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的注漿機(jī)。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用注漿機(jī)的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用注漿機(jī)按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用注漿機(jī)屬于數(shù)控類(lèi)型。 (二)按驅(qū)動(dòng)方式分 1、液壓傳動(dòng)注漿機(jī) 液壓傳動(dòng)注漿機(jī)是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的注漿機(jī)。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)注漿機(jī)的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若注漿機(jī)采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使注漿機(jī)的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。 2、電動(dòng)傳動(dòng)注漿機(jī) 電動(dòng)傳動(dòng)注漿機(jī)是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的注漿機(jī)。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓注漿機(jī)的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3、機(jī)械傳動(dòng)注漿機(jī) 機(jī)械傳動(dòng)注漿機(jī)即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的注漿機(jī)。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用注漿機(jī)，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。 4、電力傳動(dòng)注漿機(jī) 電力傳動(dòng)注漿機(jī)即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)注漿機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)注漿機(jī)目前還不多，但有發(fā)展前途。 (三)按控制方式分 1、點(diǎn)位控制 點(diǎn)位控制的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專(zhuān)用和通用工業(yè)注漿機(jī)均屬于此類(lèi)。 2、連續(xù)軌跡控制 連續(xù)軌跡控制的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類(lèi)工業(yè)注漿機(jī)一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 1.3 PLC與觸摸屏概述 PLC(Programmable Logical Controller) 通常稱(chēng)為可編程邏輯控制器，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，由于它擁有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力和它的高可靠性，使它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)被稱(chēng)為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱(即PLC、機(jī)器人和CAD/CAM)之一。 人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶(hù)可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來(lái)處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機(jī)械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，而且操作困難，無(wú)法提高工作效率。但是使用人機(jī)界面能夠明確指示并告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，使操作變的簡(jiǎn)單生動(dòng)`，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個(gè)機(jī)器設(shè)備。使用人機(jī)界面還可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化，同時(shí)也能減少PLC控制器所需的I/O點(diǎn)數(shù)，降低生產(chǎn)的成本同時(shí)由于面板控制的小型化及高性能，相對(duì)的提高了整套設(shè)備的附加價(jià)值。 觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注，它的簡(jiǎn)單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合用于工業(yè)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛，比如:自動(dòng)化停車(chē)設(shè)備、自動(dòng)洗車(chē)機(jī)、天車(chē)升降控制、生產(chǎn)線監(jiān)控等，甚至可用于智能大廈管理、會(huì)議室聲光控制、溫度調(diào)整。 隨著科技的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)器與現(xiàn)場(chǎng)操作都趨向于使用人機(jī)界面， PLC控制器強(qiáng)大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也呼喚一種功能與之匹配而操作又簡(jiǎn)便的人機(jī)的出現(xiàn)，觸摸屏的應(yīng)運(yùn)而生無(wú)疑是21世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域里的一個(gè)巨大的革新。 1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì): (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 1.5課題研究?jī)?nèi)容 1.5.1課題的提出 現(xiàn)在的注漿機(jī)大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn): (1)液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等):液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。 (2)工作時(shí)受溫度變化影響較大。油溫變化時(shí)，液體粘度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性變化。 (3)因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價(jià)格較高;且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。鑒于以上這些缺陷，本注漿機(jī)擬采用電動(dòng)傳動(dòng)， 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn): (1)介質(zhì)提取和處理方便。電動(dòng)傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題. (2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。 (3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 (4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，電動(dòng)傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。 (6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的注漿機(jī)，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過(guò)去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)注漿機(jī)、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。 由“可編程序控制器- 傳感器- 氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件, 使氣動(dòng)技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡(jiǎn)單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 而今, 電磁閥的線圈功率越來(lái)越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來(lái)越可能。氣動(dòng)注漿機(jī)、氣動(dòng)控制越來(lái)越離不開(kāi)PLC, 而閥島技術(shù)的發(fā)展, 又使PLC在氣動(dòng)注漿機(jī)、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手。 1.5.2課題的主要任務(wù) 1、進(jìn)行氣動(dòng)注漿機(jī)的總體研究，并進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)； 2、對(duì)氣動(dòng)注漿機(jī)氣路了解，進(jìn)行關(guān)鍵部件的研究，完成氣動(dòng)閥座零件圖。 本課題采用的是南通大學(xué)電子氣動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)， 3、設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械升降臂回轉(zhuǎn)臂部分結(jié)構(gòu)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；完成氣動(dòng)注漿機(jī)升降臂結(jié)構(gòu)裝配圖、氣動(dòng)注漿機(jī)回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)裝配圖。 設(shè)計(jì)的氣動(dòng)注漿機(jī)伸縮行程10CM，升降行程5CM，旋轉(zhuǎn)180度；抓握零件直徑?5~ ?20，最大重量0.5KG 。 4、完成面板操縱式（有動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì)與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要求界面友好,本課題所用操作版面是eview軟件操作版面，其版面可簡(jiǎn)約成如下示意圖 注漿機(jī)的操作版面如圖1-2所示； 示教 圖1-2 操作版面 5、注漿機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì):本注漿機(jī)擬采用可編程序控制器(PLC)對(duì)注漿機(jī)進(jìn)行控制，本課題將要選取PLC型號(hào)為西門(mén)子S7-200，根據(jù)注漿機(jī)的工作流程編制出PLC示教程序，要求程序可讀性好。 第二章 注漿機(jī)的設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)注漿機(jī)的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地夾持模具灌并能夾穩(wěn)，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)注漿機(jī)的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿(mǎn)足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)注漿機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專(zhuān)用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的注漿機(jī)是通用氣動(dòng)上下料注漿機(jī)，是一種模擬大中型場(chǎng)合工作的機(jī)械搬運(yùn)設(shè)備?？梢愿淖儎?dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，操作頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。在發(fā)出指令協(xié)調(diào)各有關(guān)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還要完成編程、示教/再現(xiàn)以及其他環(huán)境狀況（傳感器信息）、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作，使各關(guān)節(jié)能按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 2.1注漿機(jī)主要類(lèi)型和自由度的選擇 手臂的機(jī)構(gòu)基本上決定了操作機(jī)的工作空間范圍，按注漿機(jī)手臂運(yùn)動(dòng)的不同運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)形式和形態(tài)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。（1）直角坐標(biāo)型具有三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（PPP），可使手部產(chǎn)生三個(gè)互相垂直的獨(dú)立位移。由于其運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且為線性的，具有定位精度高，控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但操作靈活性較差，運(yùn)動(dòng)速度低的特點(diǎn)。（2）圓柱坐標(biāo)型具有兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（PPR），受部的坐標(biāo)為(z，r，θ)。這種操作機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是所占的空間尺寸較小，相對(duì)工作范圍較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，手部可獲得較高的速度。而缺點(diǎn)是手部外伸離中心軸愈遠(yuǎn)，其切向線位移分辨精度愈低。通常用于搬運(yùn)機(jī)器人。（3）球座標(biāo)型具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（RRP），優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間尺寸小，但目前應(yīng)用較少。（4）關(guān)節(jié)型是模擬人的上肢而構(gòu)成的。它具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（RRR），可繞鉛垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)和繞兩個(gè)平行于水平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積少，相對(duì)工作空間大等特點(diǎn)，用于復(fù)雜設(shè)備當(dāng)中。 由于本注漿機(jī)在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在操作機(jī)中主動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目應(yīng)等于操作機(jī)的自由度，因此，采用圓柱座標(biāo)型式，相應(yīng)的注漿機(jī)具有三個(gè)自由。 2.2 注漿機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由于電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本注漿機(jī)采用電動(dòng)傳動(dòng)方式。本系統(tǒng)采用減速電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 2.3 注漿機(jī)的控制方案設(shè)計(jì) 考慮到注漿機(jī)的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)注漿機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)注漿機(jī)的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。本注漿機(jī)采用了西門(mén)子S7-200的PLC（CPU 224CN）進(jìn)行編程控制。 2.4 注漿機(jī)的手部結(jié)構(gòu)方案確定 考慮到注漿的模具灌的形狀，我們根據(jù)灌頭的形狀來(lái)設(shè)計(jì)他的手部夾持形狀，并在接觸面加硅膠等減震材質(zhì)，并且可以增加摩擦力。 2.5 注漿機(jī)的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本注漿機(jī)的手臂有兩個(gè)自由度，即手臂的伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱加絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。。 2.6 注漿機(jī)的主要參數(shù) 1.注漿機(jī)的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)注漿機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求抓取的工件質(zhì)量為10KG。 2.基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是注漿機(jī)主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)注漿機(jī)速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響注漿機(jī)動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該注漿機(jī)最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為。平均移動(dòng)速度為。平均回轉(zhuǎn)速度為。注漿機(jī)動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分注漿機(jī)設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該注漿機(jī)手臂的伸縮行程定為,最大工作半徑約為。手臂升降行程定為。定位精度也是基本參數(shù)之一。該注漿機(jī)的定位精度為。 2.7 注漿機(jī)的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途: 用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容研究。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): 1、抓重 25KG 2、自由度數(shù) 3個(gè)自由度 3、座標(biāo)型式 直角座標(biāo) 4、最大工作半徑 5、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程 500MM 伸縮速度 0.1m/s 升降行程 800MM 升降速度 0.2m/s 手掌回轉(zhuǎn)范圍 0-180° 手掌回轉(zhuǎn)速度 0.1m/s 8、手掌夾持范圍 灌直徑:0-550MM 9、定位方式 行程開(kāi)關(guān) 10、定位精度 11、驅(qū)動(dòng)方式 電動(dòng)傳動(dòng) 12、控制方式 點(diǎn)位程序控制(采用PLC) 第三章 手部結(jié)構(gòu)的選擇，手臂伸縮， 升降、回轉(zhuǎn)電機(jī)的設(shè)計(jì)與校核 為了使注漿機(jī)的通用性更強(qiáng)，把注漿機(jī)的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部；如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤(pán)式結(jié)構(gòu)。 3.1夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由手掌(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等我們采用的是齒輪與齒輪配合旋轉(zhuǎn)加絲桿起到一個(gè)夾緊跟旋轉(zhuǎn)的功能。 3.1.1手掌的形狀和分類(lèi) 夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手掌夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手掌的動(dòng)作，手掌可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱(chēng)直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手掌的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手掌;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手掌的手掌長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手掌開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手掌夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 在考慮到我們實(shí)際的注漿灌形狀后我們要根據(jù)注漿灌的實(shí)際外形來(lái)設(shè)計(jì)他的手掌形狀。 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手掌的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 (二)手掌間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手掌張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手掌的開(kāi)閉角。手掌的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手掌只有開(kāi)閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手掌和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手掌形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手掌，以便自動(dòng)定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手掌除受到被夾持工件的反作用力外，還受到注漿機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 (五)考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)注漿機(jī)的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的注漿機(jī)的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手掌形狀設(shè)計(jì)成V型。 3.2左右移動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在注漿機(jī)工作的時(shí)候需要左右來(lái)移動(dòng)注漿灌，工作范圍我們定在450mm距離。并采用絲桿傳動(dòng)的方式來(lái)設(shè)計(jì)他的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。 如圖所示手部夾持結(jié)構(gòu)在一個(gè)滑動(dòng)板上并與上面的絲桿連接，通過(guò)絲桿與絲桿螺母的旋轉(zhuǎn)配合到達(dá)手部夾持工作臺(tái)的左右移動(dòng)。 3.3 上下運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 注漿機(jī)在工作中需要上下移動(dòng)一個(gè)距離，我們?cè)O(shè)計(jì)的移動(dòng)距離為1米的上下移動(dòng)距離。我們通過(guò)對(duì)連帶動(dòng)與絲桿帶動(dòng)來(lái)綜合考慮后，絕對(duì)用絲桿來(lái)傳動(dòng)。 1、 工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 當(dāng)工件為Φ20時(shí)， R=10＞? J的計(jì)算取R＞?情況下的公式，查表3-5可知，按圓柱體計(jì)算： 當(dāng)工件為Φ5時(shí)， J的計(jì)算取R=10＞?情況下的公式，查表3-5可知，按圓柱體計(jì)算： 因?yàn)椋琂工件（ф20）＞J工件（ф5）， 所以，J工件取J工件（ф20）=計(jì)算。 2、手部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)，查表3-5可知，按長(zhǎng)方體計(jì)算。 因?yàn)?，m手部總=1.5（kg） 表3-5 （續(xù)表3-5） 伸縮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3、旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 4、旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算： ⑴克服啟動(dòng)慣性所需的力矩M慣： ??????????? 式中：ω——手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角速度（1/s） t啟——啟動(dòng)過(guò)程中所需的時(shí)間（s） t啟=0.1 s 圖3-6 那么， ⑵腕部回轉(zhuǎn)所屬的總力矩M總： 由于手夾持在工件重心（中心）位置轉(zhuǎn)動(dòng)， M偏=0，腕部與手部聯(lián)接使用非軸承元件，所生 的摩擦力矩M摩不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算可以將M慣 適當(dāng)放大，而省略掉M偏、M摩，這時(shí)M總=1.5×M慣 那么，M總=1.5×M慣=0.45(Nm) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第4版資料，選擇齒輪齒條轉(zhuǎn)擺動(dòng)電機(jī)（缸徑為50mm）型號(hào)：DRQ-PPVJ-A。 在0.5Mpa時(shí)，轉(zhuǎn)矩為6Nm，大于M總?（安全）。 第四章 注漿機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì) 考慮到注漿機(jī)的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)注漿機(jī)進(jìn)行控制.當(dāng)注漿機(jī)的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 4. 1可編程序控制器的選擇 目前，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國(guó)西門(mén)子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。本次設(shè)計(jì)中選擇了SIMATIC公司的S7-200的可編程序控制器。 S7-200不同的CPU模塊的性能有較大的差別,在選擇CPU模塊時(shí),應(yīng)考慮到開(kāi)關(guān)量、模擬量模塊的擴(kuò)展能力,程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量,通信接口的個(gè)數(shù),本機(jī)I/O點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)等,當(dāng)然還要考慮性能價(jià)格比,在滿(mǎn)足要求的前提下盡量降低硬件成本。本機(jī)選用S7-200 CPU 224CN的型號(hào)。 4.2 注漿機(jī)可編程序控制器控制方案 4.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)控制對(duì)象為圓柱座標(biāo)氣動(dòng)注漿機(jī)。它的手臂具有三個(gè)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(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)及逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置— 注漿機(jī)，還可完成抓、放功能。以上各動(dòng)作均采用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，即用五個(gè)二位五通電磁閥(每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對(duì)應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)作)分別控制五個(gè)電機(jī)，使注漿機(jī)完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及注漿機(jī)抓放動(dòng)作。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用一組齒輪齒條，使電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣，可用PLC的8個(gè)輸出端與電磁閥的8個(gè)線圈相連，通過(guò)編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵(lì)，從而使注漿機(jī)按預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作.如果欲改變注漿機(jī)的動(dòng)作，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。 4.2.2可編程序控制器的工作流程設(shè)計(jì) 可編程序控制器是根據(jù)用戶(hù)需要來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。進(jìn)入界面以后,先進(jìn)行初始化,使注漿機(jī)的各個(gè)位置處于未工作狀態(tài)，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。 當(dāng)進(jìn)入手動(dòng)程序后，用戶(hù)可根據(jù)自己的需要選擇注漿機(jī)的工作方式。當(dāng)進(jìn)入自動(dòng)以后，按下開(kāi)始示教后，PLC內(nèi)部就記錄下用戶(hù)所操作的內(nèi)容，當(dāng)結(jié)束示教的時(shí)候，PLC停止記錄數(shù)據(jù)。在注漿機(jī)回原來(lái)的位置時(shí)（初始化狀態(tài)），按下預(yù)備示教后，注漿機(jī)處在再現(xiàn)準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)按下再現(xiàn)示教后，注漿機(jī)就按先前用戶(hù)所操作的順序進(jìn)行操作。當(dāng)然也可根據(jù)需要進(jìn)行儲(chǔ)存所操作的程序，在有必要的時(shí)候進(jìn)行調(diào)用。所以我們還需要開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)先前程序的區(qū)域。其工作流程圖如下圖5-1所示。 圖5-1 工作流程圖 圖5-2 存儲(chǔ)區(qū)分布圖 4.2.3 可編程序控制器的存儲(chǔ)區(qū)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)將存儲(chǔ)區(qū)分成若干個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，vb1000---vb1099作為各種暫存區(qū)，vb1100---vb1299作為公共再現(xiàn)區(qū)，其他每隔兩百的區(qū)域作為文件存儲(chǔ)區(qū)。具體存儲(chǔ)方式與區(qū)域設(shè)計(jì)如下圖5-2所示。 4.3 硬件、軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試 4.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與組態(tài) 1)首先給各輸入、輸出變量分配地址。因?yàn)樘菪螆D中變量的地址與PLC的外部接線端子號(hào)是一致的,這一步為繪制硬件接線圖做好了準(zhǔn)備,也為梯形圖的設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備。 2）了解PLC的外部硬件接線圖，以及其他電氣原理圖和接線圖。 4.3.2 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)的初始化程序、主程序、子程序等。 首先根據(jù)總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定用戶(hù)程序的基本結(jié)構(gòu)，畫(huà)出程序流程圖。 用PLC的硬件來(lái)調(diào)試程序時(shí)，用接在輸入端的小開(kāi)關(guān)或按鈕來(lái)模擬PLC實(shí)際的輸入信號(hào)，例如用它們發(fā)出操作指令，或在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用它們來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào)，例如用限位開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開(kāi)。通過(guò)輸出模塊上各輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，觀察輸出信號(hào)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。 調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序是否符合規(guī)定，可以用程序狀態(tài)功能或狀態(tài)表來(lái)監(jiān)視程序的運(yùn)行。 4.3.3 硬件調(diào)試與系統(tǒng)調(diào)試 在對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制屏，PLC之外其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行，完成硬件的安裝和接線后，應(yīng)對(duì)硬件的功能進(jìn)行檢查，觀察各輸入點(diǎn)的狀態(tài)變化是否送給PLC。在STOP模式用編程軟件將PLC的輸出點(diǎn)強(qiáng)制為ON或OFF，觀察對(duì)應(yīng)的PLC的負(fù)載（例如外部的電磁閥和接觸器）的動(dòng)作是否正常。 對(duì)于有模擬量輸入的系統(tǒng)，可以給模擬量輸入模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的輸入信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)模塊上的電位器或程序中的系數(shù)，使模擬量輸入信號(hào)和轉(zhuǎn)換后的數(shù)字之間的關(guān)系滿(mǎn)足要求。 完成上述的調(diào)試后，將PLC置于RUN狀態(tài)，運(yùn)行用戶(hù)程序，檢查控制系統(tǒng)是否滿(mǎn)足要求。在調(diào)試過(guò)程中將暴露出的系統(tǒng)中可能存在的硬件問(wèn)題，以及程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后在現(xiàn)場(chǎng)加以解決，直到完全符合要求。 4.3.4 梯形圖設(shè)計(jì)(見(jiàn)附錄所示) 4.3.5 注漿機(jī)控制程序 注漿機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)過(guò)程:當(dāng)按下開(kāi)始示教按鈕M1.3時(shí),PLC內(nèi)部首先將VB1100的地址送入VD1046,VB1104的地址送到VD1004內(nèi),建立指針,其中VD1100中存儲(chǔ)的是總共操作的步數(shù), VB1104以后存儲(chǔ)的是內(nèi)容和間歇時(shí)間。當(dāng)操作者按下開(kāi)始示教M1.3時(shí)，PLC開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，過(guò)程為：首先將第一個(gè)信號(hào)QB0送到暫存區(qū)VB1000當(dāng)中，當(dāng)操作者進(jìn)行第二步操作時(shí)，定時(shí)器將兩步操作的時(shí)間間隔送到VW1001（有信號(hào)輸入時(shí)先將定時(shí)器T38的值放到暫存區(qū)VW1030，然后在第二個(gè)信號(hào)來(lái)時(shí)，將T38的時(shí)間與VW1030的時(shí)進(jìn)行相減，然后將差值送到VW1001），當(dāng)一個(gè)信號(hào)和一個(gè)時(shí)間差都存到相應(yīng)的位置時(shí)，然后將這三個(gè)數(shù)據(jù)打包利用BMB VB1000, *VD1004, 3指令將這三個(gè)數(shù)據(jù)放到相應(yīng)需要存儲(chǔ)的位置（從VB1104開(kāi)始儲(chǔ)存）。然后進(jìn)行指針偏移三個(gè)位置，進(jìn)行下一個(gè)信號(hào)的存儲(chǔ)。 注漿機(jī)的再現(xiàn)過(guò)程：當(dāng)按下再現(xiàn)開(kāi)始按鈕M1.6時(shí)，先將VB1104的地址送到VD1054，重新建立指針，并且將步數(shù)VD1100的數(shù)值送到VD4中。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，將存儲(chǔ)去的數(shù)據(jù)三個(gè)VB區(qū)的數(shù)據(jù)（一個(gè)操作指令和一個(gè)間歇時(shí)間的數(shù)據(jù)）用BMB指令進(jìn)行打包，VB1050、VB1051、VB1052三個(gè)暫存區(qū)當(dāng)中，然后將VB1050中的數(shù)值直接送給QB0，注漿機(jī)就按信息進(jìn)行操作，然后將VW1051的值送給VW1060，當(dāng)VW1060有值時(shí)，定時(shí)器T39就開(kāi)始記時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)VW1060這個(gè)數(shù)時(shí)，PLC進(jìn)行發(fā)送第二個(gè)信號(hào)（此時(shí)地址已經(jīng)偏移到下一個(gè)需要輸出信息地址的位置），操作其中的信息。一直到操作結(jié)束，再現(xiàn)開(kāi)始按鈕M1.6自動(dòng)復(fù)位，可進(jìn)行下一次操作。 第五章 觸摸屏上位設(shè)計(jì) MT500系列觸摸屏是專(zhuān)門(mén)面向PLC應(yīng)用的，它不同于一些簡(jiǎn)單的儀表式或其它的一些簡(jiǎn)單的控制PLC的設(shè)備，其功能非常強(qiáng)大，使用非常方便，非常適合現(xiàn)代工業(yè)越來(lái)越龐大的工作量及功能的需求。日益成為現(xiàn)代工業(yè)必不可少的設(shè)備之一。 本次課題采用EasyBuilder500組態(tài)軟件來(lái)設(shè)計(jì)觸摸屏。 SIEMENS S7--200系列PLC 與eView MT500觸摸屏的連接說(shuō)明。 1．EasyBuilder500軟件設(shè)置：（見(jiàn)表6-1） 表6-1 EasyBuilder500軟件設(shè)置 2.PLC軟件設(shè)置。 需要設(shè)置PLC地址為2。 3.可操作的地址范圍：（見(jiàn)表6-2） 表6-2 觸摸屏可操作的地址范圍 說(shuō)明：D表示十進(jìn)制，0表示八進(jìn)制，范圍為0---7，注意VW地址起始必須為偶數(shù)。如果需要操作雙字節(jié)變量，只需在相應(yīng)的元件地址屬性對(duì)話框內(nèi)選擇字?jǐn)?shù)為2即可。上表可操作范圍為MT500觸摸屏可操作范圍，實(shí)際PLC的范圍可能小于或大于此范圍。 4．詳細(xì)接線圖：（見(jiàn)圖6-1） 說(shuō)明 SIEMENS S7--200系列PLC包含，CPU212/CPU214/CPU215/CPU/216/CPU221 /CPU222/CPU224/CPU226等型號(hào)，都可以通過(guò)CPU單元上的編程通訊口（PPI端口）與eView觸摸屏連接，其中CPU226有兩個(gè)通訊端口，都可以用來(lái)連接觸摸屏，但需要分別設(shè)定通訊參數(shù)。通過(guò)CPU直接連接時(shí)需要注意軟件中通訊參數(shù)的設(shè)定。 圖6-1 CPU單元詳細(xì)接線圖 上位界面最后設(shè)計(jì)的顯示圖面如下圖6-2和6-3所示。 圖6-2 上位界面的主界面圖 6-3 上位界面的執(zhí)行界面圖 界面說(shuō)明:在按下手動(dòng)演示后，可操作者可進(jìn)行手動(dòng)的演示，此時(shí)不能儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。當(dāng)操作者又按下自動(dòng)時(shí)，再按下開(kāi)始儲(chǔ)存后，系統(tǒng)開(kāi)始儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，此時(shí)操作者的每一步驟都被系統(tǒng)識(shí)別并記錄下來(lái)直到操作者按下結(jié)束儲(chǔ)存后，系統(tǒng)結(jié)束自動(dòng)儲(chǔ)存。在結(jié)束儲(chǔ)存狀態(tài)下，如果需要在現(xiàn)演示，操作者必須先初始化，使注漿機(jī)處在原始狀態(tài)，然后在按下預(yù)備示教，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別示教程序，等待操作者按下在線示教，，一旦按下此鍵，注漿機(jī)就按先前的儲(chǔ)存程序進(jìn)行示教過(guò)程。操作者也可以按下儲(chǔ)存程序來(lái)儲(chǔ)存本次演示程序，以備將來(lái)需要重新演示本次內(nèi)容。當(dāng)需要演示先前存儲(chǔ)的程序時(shí)，只需要按下在線儲(chǔ)存程序，在彈出的窗口中選擇先前所儲(chǔ)存的文件就可進(jìn)行演示。 第六章??結(jié) 論 1、本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)通用注漿機(jī)，相對(duì)于專(zhuān)用注漿機(jī)，通用注漿機(jī)的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。 2、采用電動(dòng)傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。 3、注漿機(jī)采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)注漿機(jī)的動(dòng)作順序修改程序，使注漿機(jī)的通用性更強(qiáng)。 4、本課題實(shí)現(xiàn)了注漿機(jī)的再現(xiàn)過(guò)程,有利于教學(xué)研究和學(xué)生的課程設(shè)計(jì)。 結(jié)束語(yǔ) 本文是在我尊敬的導(dǎo)師李啟光副教授悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\(chéng)摯的感謝，并致以崇高的敬意!在課題的研究和開(kāi)發(fā)階段，得到了學(xué)院老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表示衷心的感謝。也感謝北京信息科技大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的栽培。謝謝！ 參考文獻(xiàn) １、張建民.工業(yè)機(jī)器人.北京:北京理工大學(xué)出版社，1988 ２、蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略.機(jī)器人技術(shù)，2001, 4 3、Krzystof Mianowski ,Simple and very low cost remote systems for tele-manipulation，1996 4、金茂青，曲忠萍，張桂華.國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢(shì)態(tài)分析.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ， 2001, 2 5、陶湘廳,袁銳波 氣動(dòng)注漿機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景；2007 - 05 – 16 6、王積偉，章宏甲．液壓與電動(dòng)傳動(dòng)（第二版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2005 7、明仁雄, 等. 液壓與電動(dòng)傳動(dòng)[M ]. 國(guó)防工業(yè)出版社, 2003 8、陳新元, 張安龍. 裝配線注漿機(jī)電氣混合控制[ J ].液壓與氣動(dòng), 2007 (3) 9、SMC (中國(guó)) 有限公司. 現(xiàn)代實(shí)用技術(shù)[M ] 1北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1998 10、陸鑫盛, 周洪. 氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[M ]. 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 1999 11、孫桓,陳作模．機(jī)械原理（第六版）．高等教育出版社，2001 12、韓秋實(shí)主編．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2004 13、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新）４．機(jī)械工業(yè)出版社，2004 14、王建華，畢萬(wàn)全．機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖．國(guó)防工業(yè)出版社，2004 15、廖常初．ＰＬＣ編程及應(yīng)用（第二版）Ｓ7－200．機(jī)械工業(yè)出版社，2005 16、廖常初．ＰＬＣ應(yīng)用技術(shù)問(wèn)答．機(jī)械工業(yè)出版社，2006 17、溫照方．Ｓ7－200可編程程序控制器教程．北京理工大學(xué)出版社，2002 23