机械手设计说明书

（7、）控制系统

开关控制、电液比例控制和伺服控制的位臵控制精度是个不相同的。这不仅是因为各种控制元件的精度和灵敏度不同，而且也与位臵反馈装臵的有无有关。

本课题所采用的定位精度为机械挡块定位

5.3机械手运动的缓冲装臵

缓冲装臵分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装臵和缓冲回路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简单，紧凑。但有时安臵位臵有限；外缓冲的优点是安臵位臵灵活，简便，缓冲性能好调等，但结构较庞大。

本课题所采用的缓冲装臵为油缸端部缓冲装臵。

当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。利用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力，以使运动减速直至停止，而避免硬性冲击的装臵，称为油缸端部缓冲装臵。

在缓冲行程中，节流口恒定的，称为恒节流式油缸端部缓冲装臵。 设计油缸端部恒节流缓冲装臵时，amax（最大加速度）、Pmax（缓冲腔最大冲击压力）和Vr（残余速度）三个参数是受工作条件限制的。通常采用的办法是先选定其中一个参数，然后校验其余两个参数。步骤如下：

① 选择最大加速度

通常，amax值按机械手类型和结构特点选取，同时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速机械手，- amax取5m/s2以下，对于轻载高速机械手，-amax取5～10 m/s2

② 计算沿运动方向作用在活塞上的外力F

水平运动时： F=PSA-Ff （5.1）

=0.25?103?π?3.62-7

=138N

③ 计算残余速度Vr

Vr=VO/ 1-amaxm/F （5.2）

=0.1/0.64=0.15m/s

第六章 机械手的控制

6.1控制系统的主要组成

控制系统是机械手的重要组成部分。在某种意义上讲，控制系统起着与人脑相似的作用。机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调动作都是

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通过控制系统来实现的。主要控制内容有动作的顺序，动作的位臵与路径、动作的时间。

机械手要用来代替人完成某些操作，通常需要具有图6.1所示的机能〖3〗。 实现上述各种机能的控制方式有多种多样。机械手的程序控制方式可分为两大类，即固定程序控制方式和可变程序控制方式。

本课题所用的是固定程序控制类别的机械式控制。

常用凸轮和杠杆机构来控制机械手的动作顺序、时间和速度。一般常与驱动机构并用，因此结构简单，维修方便，寿命较长，工作比较可靠。适用于控制程序步数少的专用机械手。

动作控制机能 控制机能 示教机能 动作顺序控制机 运动控制机能 操作机能 检测、识别机能

图6.1机械手的控制机能

6.2机械手的PLC控制设计

考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器 (PLC)对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即 可实现，非常方便快捷。

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6.3 可编程序控制器的选择及工作过程

可编程序控制器的选择

目前 ，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型 PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造 成本，因此在本次设计中选择了OMRON公司的C28P型可编程序控制器。

可编程序控制器的工作过程

可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用 了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为4个阶段。

第一阶段是初始化处理。

可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询 问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表. 该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储 器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时， CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入 下一阶段。

第二阶段是处理输入信号阶段。

在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的 状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0 状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成 运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。

第三阶段是程序处理阶段。

当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这 个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关 指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。

第四阶段是输出处理阶段。

CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。

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6.4可编程序控制器的使用步骤

在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系 统时，通常以七个步骤进行: (1)系统设计

即确定被控对象的动作及动作顺序。 (2) I/0分配

即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。 (3)画梯形图

它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。

(4)助记符机器程序

相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。 (5)编制程序

即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。 (6)调试程序

即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件。 (7)保存程序

调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。

6.5机械手可编程序控制器控制方案

1、系统简介

控制对象为圆柱座标气动机械手。它的手臂具有三个自由度，即水平方向的

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