機(jī)械手-P13-2-氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)及其PLC控制

機(jī)械手-P13-2-氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)及其PLC控制,機(jī)械手,p13,氣動(dòng),設(shè)計(jì),及其,plc,控制,節(jié)制 氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)及其PLC控制 1 緒 論 1.1機(jī)械手概述 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。 機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備. 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、 搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專(zhuān)用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 1.2機(jī)械手的組成和分類(lèi) 1.2.1機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(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。 各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。 圖1-1 機(jī)械手的組成方框圖 (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指 (或手爪) 和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。 手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的；手指有外夾式和內(nèi)撐式；指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式等。 吸附式手部主要由吸盤(pán)等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤(pán)內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤(pán)和電磁盤(pán)兩類(lèi)。 對(duì)于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤(pán)吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。 對(duì)于導(dǎo)磁性的環(huán)類(lèi)和帶孔的盤(pán)類(lèi)零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤(pán)吸料。電磁吸盤(pán)的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。 用負(fù)壓吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)吸料，其吸盤(pán)的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機(jī)械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部)等型式. 2、手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))。 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。 工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件受力狀態(tài)簡(jiǎn)單。 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。 4、立柱 立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械豐的立往通常為固定不動(dòng)的，但機(jī)械手的立柱是支承手臂的部件，因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱(chēng)為可移式立柱。 5、行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 6、機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。 (二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置。通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。 控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 (四)位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置. 1.2.2機(jī)械手的分類(lèi) 工業(yè)機(jī)械手的種類(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 機(jī)械手可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種: 1、專(zhuān)用機(jī)械手 它是附屬于主機(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)用機(jī)械手具有動(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)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線(xiàn)的上、下料機(jī)械手。 2、通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)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。通用機(jī)械手的工作范圍大、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)。 (二)按驅(qū)動(dòng)方式分 1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。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)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(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、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 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)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)來(lái)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機(jī)械手的結(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)機(jī)械手 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)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，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，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。 4、電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線(xiàn)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)的機(jī)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(xiàn)電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 (三)按控制方式分 1、點(diǎn)位控制 它的運(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)機(jī)械手均屬于此類(lèi)。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線(xiàn)，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)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 1.3 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，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的65萬(wàn)美元。 (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。 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求，“一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在 “863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 1.4課題的提出及主要任務(wù) 1.4.1課題的提出 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。例如，目前在我國(guó)的許多中小型汽車(chē)生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此，我們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題。 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用液壓傳動(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，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳動(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。氣壓傳動(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，管道不易堵塞不存在介質(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，氣壓傳動(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(guān)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)雜的機(jī)械手，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)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。 1.4.2課題的主要任務(wù) 本課題將要完成的主要任務(wù)如下: (1)機(jī)械手為通用機(jī)械手，因此相對(duì)于專(zhuān)用機(jī)械手來(lái)說(shuō)，它的適用面必須更廣。 (2)選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度。 (3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，既可以用夾持式手指來(lái)抓取棒料工件，又可以用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)來(lái)吸取板料工件。 (4)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，并繪出氣動(dòng)原理圖。 (5)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行研究，提高繪圖效率，改善繪圖質(zhì)量。 (6)機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出PLC程序，并畫(huà)出梯形圖。 2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾一放和搬運(yùn)物件，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)機(jī)械手的原則是: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)機(jī)械手結(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)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。 2.1 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，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。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。 所示為機(jī)械手的手指、手腕、手臂的運(yùn)動(dòng)示意圖。 圖2-1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖 2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(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;當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)。 2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿(mǎn)足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(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)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。 2.6 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，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)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(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。 2.7機(jī)械手的主要參數(shù) 1、主參數(shù) 機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機(jī)械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。在本設(shè)計(jì)中該機(jī)械手主參數(shù)定為5公斤，高速動(dòng)作時(shí)抓重為2公斤。使用吸盤(pán)式手部時(shí)可吸附2公斤的重物。 2、基本參數(shù) 運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。 該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為12cm/s，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為50°/s。平均移動(dòng)速度為l0cm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為40°/s。 機(jī)械手動(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(xiàn)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。大部分機(jī)械手設(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，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為250mm,手臂安裝前后可調(diào)50mm，由于該機(jī)械手設(shè)計(jì)成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴(kuò)大了它的使用范圍。手臂升降行程定為400mm。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為土0. 5± 1mm。旋轉(zhuǎn)角度為180°。 2．8 機(jī)械手裝配 2．8．1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)針對(duì)的是工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部。夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指 (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，本設(shè)計(jì)選擇齒輪齒條式。 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題： (一)具有足夠的握力 (即夾緊力) 在確定手指的握力時(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)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(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)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指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)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(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(xiàn)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)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，其工件平均重量G=2公斤，V形手指的角度2θ=120°，b=50mm， R=10mm,摩擦系數(shù)為f=0. 10。 其中：N = 0.5G*10*tg(θ±5°) ≈ 0.5*20*tg60°=17.3N 夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為P = N = 173 N。 圖2-2 齒輪齒條式手部 2．8．2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。 由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿(mǎn)足工作的要求。 目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于360°，并且要求嚴(yán)格的密封。 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。圖2-3所示為手腕受力的示意圖。 1.工件 2.手部 3.手腕 圖2-3 手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài) 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: M驅(qū) =M慣+ M偏+ M摩+ M封 式中:M驅(qū) — 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Kg *cm)； M慣 — 慣性力矩(Kg *cm)； M偏 — 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩(Kg *cm)； M摩 — 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kg *cm)； M封— 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(Kg *cm)。 2．8．3 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的工作原理如圖2-4所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片3及密封圈4把氣腔分隔成兩個(gè).當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉片回轉(zhuǎn)氣缸的壓力p和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為: P = 圖2-4 回轉(zhuǎn)氣缸簡(jiǎn)圖 式中:M - 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩(N*cm)； P - 回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力(N*cm)； R - 缸體內(nèi)壁半徑 (cm); R - 輸出軸半徑 (cm); b - 動(dòng)片寬度 (cm). 上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。 2．8．4 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(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)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2．8．4．1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂的伸縮是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用的是氣壓驅(qū)動(dòng)的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。 同時(shí)，氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線(xiàn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在本機(jī)械手中采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 該機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)如附圖所示，現(xiàn)將其工作過(guò)程描述如下: 手臂主要由雙作用式氣缸1、導(dǎo)向桿2、定位拉桿3和兩個(gè)可調(diào)定位塊4等組成。雙作用式氣缸1的缸體固定，當(dāng)壓縮空氣分別從進(jìn)出氣孔c, e進(jìn)入雙作用式氣缸1的兩腔時(shí)，空心活塞套桿6帶動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)缸5和手部一同往復(fù)移動(dòng)。在空心活塞套桿6中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸5，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。在雙作用式氣缸1缸體上方裝置著導(dǎo)向桿2，用它防止活塞套桿6在做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手部的手指按正確的方向運(yùn)動(dòng)。為了保證手嘴伸縮的快速運(yùn)動(dòng)。在雙作用式氣缸1的兩個(gè)接氣管口c, e出分別串聯(lián)了快速排氣閥.手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的行程大小，通過(guò)調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊4的位置而達(dá)到。手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的緩沖采用液壓緩沖器實(shí)現(xiàn)。手腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸5實(shí)現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)A-A剖面。 在附圖中所示的接氣管口a、b是接到手腕回轉(zhuǎn)氣缸的；d是接到手部夾緊氣缸的。直線(xiàn)氣缸1內(nèi)的三根氣管采用了伸縮氣管結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是機(jī)械手外觀(guān)清晰、整齊，并可避免氣管的損傷，但加工工藝性較差。另外活塞套桿6做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運(yùn)動(dòng)速度。 2．8．4．2 導(dǎo)向裝裝置 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線(xiàn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 目前常采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機(jī)械手中采用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 2．8．4．3 手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂作水平伸縮時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力: 圖2-5 手臂伸出時(shí)的受力狀態(tài) 圖2-5所示為活塞氣缸驅(qū)動(dòng)手臂前伸時(shí)的示意圖。在單桿活塞氣缸中，由于氣缸的兩腔有效工作面積不相等，所以左右兩邊的驅(qū)動(dòng)力和壓力之間的關(guān)系式不一樣。當(dāng)壓力油(或壓縮空氣)輸入工作腔時(shí)，驅(qū)使手臂前伸(或縮回)，其驅(qū)動(dòng)力應(yīng)克服手臂在前伸(或縮回)起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力，手臂運(yùn)動(dòng)件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力(即背壓)所造成的阻力，因此，驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為: P驅(qū) = P慣+ P摩+ P封+ P背 式中: P慣 - 手伶在起動(dòng)過(guò)程中的慣性力(N)； P摩 - 摩擦阻力(包括導(dǎo)向裝置和活塞與缸壁之間的摩擦阻力)(N)； P封 - 密封裝置處的摩擦阻力(N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻力不同。 P背 - 氣缸非工作腔壓力(即背壓)所造成的阻力(N)，若非工作腔與油箱或大氣相連時(shí)，則P背=0 。 2．8．5 手臂升降和回轉(zhuǎn)部分 其結(jié)構(gòu)如附圖所示。手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱1、升降缸活塞軸2、升降缸體3,碰鐵4、可調(diào)定位塊5、定位拉桿6、緩沖撞鐵7、定位塊聯(lián)接盤(pán)13和導(dǎo)向桿14等組成。轉(zhuǎn)柱1上鉆有a, b, c, d, e和f六條氣路，在轉(zhuǎn)柱上端用管接頭和氣管分別將壓縮空氣引到手腕回轉(zhuǎn)氣缸(用a, b氣路)，手部夾緊氣缸(用d氣路)和手臂伸縮氣缸 (用c, e氣路)，轉(zhuǎn)柱下端的f氣路，將壓縮空氣引到升降缸上腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入上腔后，推動(dòng)升降缸體3上升，并由兩個(gè)導(dǎo)向桿14進(jìn)行導(dǎo)向，同時(shí)碰鐵4隨升降缸體3一同上移，當(dāng)碰觸上邊的可調(diào)定位塊5后，即帶動(dòng)定位拉桿6,緩沖撞鐵7向上移動(dòng)碰觸升降用液壓緩沖器進(jìn)行緩沖。當(dāng)J, K兩面接觸時(shí)而定位。上升行程大小通過(guò)調(diào)整可調(diào)定位塊5來(lái)實(shí)現(xiàn)。最大可調(diào)行程為170mm,緩沖行程根據(jù)抓重和手臂移動(dòng)速度的要求亦可調(diào)整，其范圍為15-30mm,故上升行程最大值為200mm。手臂下降靠自重實(shí)現(xiàn)。 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。在本機(jī)械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體10、轉(zhuǎn)軸11(它與動(dòng)片焊接成一體，見(jiàn)E-E剖面)、定片12、回轉(zhuǎn)定位塊8、回轉(zhuǎn)中間定位塊9和回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器(此部件位置參見(jiàn)附圖)等組成。當(dāng)壓縮空氣通過(guò)管路分別進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的兩腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片連同轉(zhuǎn)軸一同回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過(guò)平鍵而帶動(dòng)升降氣缸活塞軸、定位塊聯(lián)接盤(pán)、導(dǎo)向桿、定位拉桿、升降缸體和轉(zhuǎn)柱等同步回轉(zhuǎn)。因轉(zhuǎn)柱和手臂用螺栓連接，故手胃亦作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來(lái)密封，密封性能較好，對(duì)氣缸孔的機(jī)械加工精度也易于保證。 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用多點(diǎn)定位緩沖裝置，其工作原理見(jiàn)回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器部分。手臂回轉(zhuǎn)角度的大小，通過(guò)調(diào)整兩塊回轉(zhuǎn)定位塊8和回轉(zhuǎn)中間定位塊9的位置而定。 3 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖3-1所示為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(jī) (壓力約為3～8Kgf/cm2)通過(guò)快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過(guò)濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作。 圖3-1 機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 表3-1 氣路元件表 序 號(hào) 型 號(hào) 規(guī) 格 名 稱(chēng) 數(shù) 量 1 QCF-48 手動(dòng)截止閥 1 2 QAF-49 儲(chǔ)氣缸 2 3 QSL-26-S1 分水濾氣器 1 4 QTY-20-S1 減壓閥 1 5 QIU-20-S1 油霧器 1 6 YJ-1 壓力繼電器 1 7 Q24DH-10-S1 二位五通電磁滑閥 1 8 Q24D2ZH-10-S1 二位五通電磁滑閥 3 9 Q24D2ZH-15-S1 二位五通電磁滑閥 1 10 QF-44 單向節(jié)流閥 2 11 LI-25 單向節(jié)流閥 2 12 QBF-14 快速排氣閥 2 13 QAF-87 氣液轉(zhuǎn)換器 1 4　PLC 4.1　PLC簡(jiǎn)介 PLC(編程邏輯控制器)是20世紀(jì)60年代末期逐步發(fā)展起來(lái)的一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。近幾年來(lái)，PLC技術(shù)在各種工業(yè)過(guò)程控制、生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)控制及各類(lèi)機(jī)電一體化設(shè)備控制中得到極其廣泛的應(yīng)用，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的一項(xiàng)十分重要的應(yīng)用技術(shù)。 在PLC出現(xiàn)以前，繼電器控制曾得到廣泛應(yīng)用，在機(jī)電設(shè)備和工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位。但是繼電器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：體積大，可靠性低，故障查找困難，特別是因?yàn)樗怯捎步泳€(xiàn)邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，造成了接線(xiàn)復(fù)雜，容易出故障，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性較差。 20世紀(jì)60年代未，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)公司(GM)為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷更新的需要，試圖尋找一種新的生產(chǎn)線(xiàn)控制方法，使之盡可能地減少重新設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)的工作量以及盡量地減少控制系統(tǒng)硬連接線(xiàn)的數(shù)量，以降低生產(chǎn)成本，縮短制造周期，減少生產(chǎn)線(xiàn)的故障率，從而有效地提高生產(chǎn)效率。當(dāng)時(shí)，電子計(jì)算機(jī)的硬件己經(jīng)基本完備，其主要功能是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此具有靈活性、通用性等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較昂貴，于是他們想到了把繼電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜的長(zhǎng)處與計(jì)算機(jī)靈活、通用的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，用來(lái)制造一種新型的工業(yè)控制裝置，并進(jìn)而采用招標(biāo)的方式，首先山美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出符合上述想法的工業(yè)控制裝置，命名為可編程邏輯控制器， 即PLC（Programmable Logic Controller）。1969年，第一臺(tái)PLC在GM公司汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上首次運(yùn)行，成功地取代了沿用多年的繼電器控制系統(tǒng)，盡管當(dāng)時(shí)的PLC功能僅具有邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，但卻標(biāo)志著一種新型裝置問(wèn)世。 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期又出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，這些新技術(shù)很快也被用到PLC之中，使得PLC不僅其有邏輯控制功能，而且還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送等功能，從而成為具有計(jì)算機(jī)功能的新型工業(yè)控制裝置。1980年美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)(NEMA)正式將其命名為可編程控制器(Programmable Controller)簡(jiǎn)稱(chēng)PC[3]。 國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于1982年11月和1985年1月頒布了可編程控制器的第一稿和第二稿，對(duì)可編程控制器作了如下的定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它可采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)?！? 之所以把可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為PC,因?yàn)樗呀?jīng)不再是僅具有邏輯控制功能的裝置了。只是由于20世紀(jì)80年代崛起的個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)也簡(jiǎn)稱(chēng)為PC。為了加以區(qū)別，人們又把可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC。本文均稱(chēng)其為PLC[4]。 4.2　PLC發(fā)展趨勢(shì) 1）向高速度、大存儲(chǔ)量方向發(fā)展 為提高處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前大中型PLC的速度可達(dá)0.2ms/k步左右。各大公司都把PLC的掃描速度作為一個(gè)很重要的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)。 2）向多品種方向發(fā)展 目前中小型PLC比較普遍。為適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后PLC 發(fā)展要向多品種方向，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展。目前開(kāi)關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)達(dá)到8192點(diǎn)的大型PLC 己比較多。為適應(yīng)大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的需要，輸入輸出點(diǎn)數(shù)還在增加。 3）編程語(yǔ)言多樣化 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，編程軟件也在不斷發(fā)展。編程語(yǔ)言朝著多種編程語(yǔ)言的方向發(fā)展。盡管大多數(shù)PLC采用繼電器梯形圖語(yǔ)言(RLL)，但是新的編程語(yǔ)言還是不斷出現(xiàn)，現(xiàn)在有部分PLC 已采用高級(jí)語(yǔ)言 (如BASIC語(yǔ)言等)。 4）發(fā)展智能模塊 智能模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。它可以與PLC 的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。發(fā)展智能模塊可進(jìn)一步提高PLC處理信息的能力和控制功能[3]。 4.3　PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC是以微處理器為核心的數(shù)字式電子、電氣自動(dòng)控制裝置，也可以說(shuō)是一種專(zhuān)用微型計(jì)算機(jī)。各種PLC的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，即都是以微處理器為核心，并輔以外圍電路和I/O單元等硬件所構(gòu)成。正像通用的微機(jī)一樣，PLC的各種功能的實(shí)現(xiàn)，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。 4.3.1　PLC的組成 PLC主要由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入/輸出部件(I/O)、電源和編程器幾大部分組成[5]。 1）中央處理單元(CPU) 不同的PLC所采用的CPU有所不同，通常有三種： a 通用微處理器(如8086, 80286, 80386等)。 b 單片機(jī)芯片(如8031, 8096等)。 c 位片式微處理器(如AMD-2900等)。 PLC的檔次越高，CPU的位數(shù)也越多，運(yùn)算速度也越快，其指令功能也越強(qiáng)。 2）存儲(chǔ)器 PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存)用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)管理程序和用戶(hù)程序。內(nèi)存有兩種： a 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。 b 只讀存儲(chǔ)器ROM, PROM, EPROM, EEPROM。 3）輸入/輸出(I/O單元) 輸入、輸出信號(hào)分為開(kāi)關(guān)量、模擬量、數(shù)字量。 本設(shè)計(jì)的輸入和輸出均采用開(kāi)關(guān)量，所以這里僅以開(kāi)關(guān)量為例進(jìn)行說(shuō)明。 I/O單元是PLC與被控對(duì)象之間傳遞輸入輸出信息的接口部件。為了防止各種干擾和高電壓竄入PLC 內(nèi)部而影響其工作可靠性，I/O單元首先應(yīng)具有電隔離作用和濾波作用。PLC 的各種輸入器件(如各種開(kāi)關(guān)、接頭和熱電偶等)和各種輸出控制器件(如電磁閥、接觸器、和繼電器等)有交流和直流型，有高電壓和低電壓型，有電壓型和電流型。為保證PLC 能正常工作，I/O單元必須把外部的電壓和電流信號(hào)變換成PLC 能接受和識(shí)別的低電壓信號(hào)，以及把PLC 輸出的低電壓信號(hào)變換成被控器件能接受或所要求的電壓、電流信號(hào)，因此I/O單元還應(yīng)具有電壓、電流的變換作用。 通常PLC的輸入有三種類(lèi)型：一種是直流(DC)12—24V輸入，另一種是交流(AC)100—120V 或200—240V 輸入，第三種是交直流(AC/DC)12-24V 輸入。輸入開(kāi)關(guān)可以是無(wú)源觸點(diǎn)或傳感器的集電極開(kāi)路晶體管。各種PLC的輸入電路大致相同。 通常，PLC的輸出也有三種形式：一種是繼電器輸出型，CPU輸出時(shí)接通或斷開(kāi)繼電器的線(xiàn)圈，繼電器的觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)，通過(guò)繼電器觸點(diǎn)控制外電路的通斷；另一種是晶體管輸出型，通過(guò)光耦合使開(kāi)關(guān)晶體管截止或飽和導(dǎo)通以控制外電路；第三種是雙向晶閘管輸出型，采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管。在這三種輸出中，以繼電器輸出響應(yīng)最慢。 每種輸出電路都有隔離措施。繼電器的觸點(diǎn)和線(xiàn)圈將PLC內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離。晶體管輸出型是在PLC內(nèi)部電路與輸出晶體管之間用光耦合器進(jìn)行隔離。雙向晶閘管輸出型是在PLC內(nèi)部電路與雙向晶閘管之間采用光觸發(fā)晶閘管進(jìn)行隔離。 輸出電路的負(fù)載電源由外部提供。輸出電流一般為0.5-2.0A，輸出電流的額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。 4）電源 PLC的電源一般為單相交流電源，電源電壓必須與額定電壓相符(通常為110V或220V)，也有用直流24V供電的。PLC對(duì)電源的穩(wěn)定性要求不高，一般允許電源電壓額定值在±15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。PLC都包括一個(gè)穩(wěn)壓電源，用于對(duì)CPU和I/O單元供電。有些PLC的電源與CPU合為一體。有的PLC特別是大中型PLC備有專(zhuān)用電源模塊。有些PLC電源部分還提供有DC24V穩(wěn)壓輸出，用于對(duì)外部傳感器供電。 5）編程器 編程器是PLC很重要的附件，它主要由鍵盤(pán)、顯示器、工作方式選擇開(kāi)關(guān)和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。編程器分簡(jiǎn)易型和智能型兩類(lèi)。小型PLC常用簡(jiǎn)易編程器，大中型PLC多用智能CRT編程器。編程器的作用是編制用戶(hù)程序，將程序送入存儲(chǔ)器。利用編程器檢查修改用戶(hù)程序和在線(xiàn)監(jiān)視PLC的工作狀況。除上述簡(jiǎn)易型和智能型這兩種編程器之外，還可采用通用計(jì)算機(jī)作為編程器?，F(xiàn)在有些公司在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖纯墒惯@些微機(jī)作為編程器用。用微機(jī)作為編程器， 可以直接編制梯形圖，監(jiān)視功能也比較強(qiáng)，并且對(duì)于己經(jīng)擁有微機(jī)的用戶(hù)，可省去一臺(tái)編程器，節(jié)省開(kāi)支。編程器的功能隨著PLC功能的不斷增強(qiáng)也在不斷強(qiáng)化，它已不是一個(gè)單一的程序輸入裝置，而兼有許多功能。編程器通常有兩種編程方式： a 在線(xiàn)(聯(lián)機(jī))編程方式 編程器與PLC上的專(zhuān)用插座直接相連，程序可直接寫(xiě)入到PLC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中去，也可先將程序存放在編程器內(nèi)，然后再轉(zhuǎn)入PLC 的存儲(chǔ)器中。這種編程方式不但調(diào)試程序方便，而且還能監(jiān)視PLC內(nèi)部工作狀態(tài)。 b 離線(xiàn)(脫機(jī))編程方式 編程器與PLC脫開(kāi)，待程序?qū)懲旰蟛排cPLC相連。離線(xiàn)編程方式不影響PLC的現(xiàn)行工作[6]。 4.3.2　PLC程序的表達(dá)方式 與計(jì)算機(jī)的工作原理一樣，PLC 的操作是按其程序要求進(jìn)行的，而程序是用程序語(yǔ)言表達(dá)的。表達(dá)方式有多種多樣，不同的PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家，不同的機(jī)種，采用的表達(dá)方式也不相同。但基本上可歸納為字符表達(dá)方式(即用文字符號(hào)表達(dá)程序，如語(yǔ)句表程序表達(dá)方式)和圖形符號(hào)表達(dá)方式(即用圖形符號(hào)表達(dá)程序，如梯形圖程序表達(dá)方式)這兩大類(lèi)。也有將這兩種方式結(jié)合起來(lái)表示PLC程序。 1）梯形圖 PLC的梯形圖編程語(yǔ)言與傳統(tǒng)的“繼電、接觸”控制原理圖十分相似，它形象、直觀(guān)、實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。這種編程語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀(guān)易讀。當(dāng)今世界上各國(guó)的PLC制造廠(chǎng)家所生產(chǎn)的PLC大都采用梯形圖語(yǔ)言編程。 2）語(yǔ)句表 用語(yǔ)句表所描述的編程方式是一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言類(lèi)似的助記符編程方式。由于不同型號(hào)的PLC的標(biāo)識(shí)符和參數(shù)表示方法不一，所以無(wú)千篇一律的格式。 3）邏輯符號(hào)圖 采用邏輯符號(hào)圖表示控制邏輯時(shí)，首先定義某些邏輯符號(hào)的功能和變量函數(shù)，它類(lèi)似于“與”、“或”、“非”邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程方式。一般說(shuō)來(lái)，用這三種邏輯能夠表達(dá)所有的控制邏輯。這是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的PLC編程語(yǔ)言之一。 4）高級(jí)編程語(yǔ)言 隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)推出的PLC，尤其是大型PLC，已開(kāi)始用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程。許多PLC采用類(lèi)似PASCAL語(yǔ)言的專(zhuān)用語(yǔ)言，系統(tǒng)軟件具有這種專(zhuān)用語(yǔ)言編程的自動(dòng)編譯程序。采用高級(jí)語(yǔ)言編程后，用戶(hù)可以像使用普通微形計(jì)算機(jī)一樣操作PLC。除了完成邏輯控制功能外，還可以進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理以及計(jì)算機(jī)通信等。 上述幾種編程語(yǔ)言(方式)，最常用的是梯形圖和語(yǔ)句表，其次是邏輯符號(hào)圖，近幾年來(lái)也使用高級(jí)語(yǔ)言[6]。 4.3.3　PLC的工作方式 1）PLC中等效元件的功用及其編號(hào) PLC中的等效輸入繼電器X和等效輸出繼電器Y。計(jì)時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、輔助繼電器M 等均可理解為一個(gè)線(xiàn)圈和多個(gè)動(dòng)合(常開(kāi))、動(dòng)斷(常閉)觸點(diǎn)，并都可以在PLC內(nèi)部控制電路中使用，且均具有各自的相應(yīng)編號(hào)，下面分別簡(jiǎn)介其功用與編號(hào)。 a 輸入繼電器（X） PLC的輸入端子是從外部開(kāi)關(guān)接受信號(hào)的窗口，PLC 內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號(hào)與接線(xiàn)端子編號(hào)一致（按八進(jìn)制輸入），線(xiàn)圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點(diǎn)的狀態(tài)。內(nèi)部有常開(kāi)/常閉兩種觸點(diǎn)供編程時(shí)隨時(shí)使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時(shí)間常數(shù)一般小于10ms。各基本單元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為X000 ～ X007，X010 ～X017，…… 。它們一般位于機(jī)器的上端。 b 輸出繼電器（Y） PLC的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號(hào)的窗口。輸出繼電器的線(xiàn)圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點(diǎn)接到PLC的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限。輸出電路的時(shí)間常數(shù)是固定的 。各基本單元都是八進(jìn)制輸出，輸出為Y000 ～Y007，Y010～Y017，……。它們一般位于機(jī)器的下端。 c 輔助繼電器（M） PLC內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線(xiàn)圈與輸出繼電器一樣，由PLC內(nèi)各軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。輔助繼電器也稱(chēng)中間繼電器，它沒(méi)有向外的任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)必須通過(guò)輸出繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如下圖中的M300，它只起到一個(gè)自鎖的功能。在FX2N中普遍途采用M0～M499，共500點(diǎn)輔助繼電器，其地址號(hào)按十進(jìn)制編號(hào)。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 d 定時(shí)器（T） 在PLC內(nèi)的定時(shí)器是根據(jù)時(shí)鐘脈沖的累積形式，當(dāng)所計(jì)時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，其輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，時(shí)鐘脈沖有1ms、10ms、100ms。定時(shí)器可以用用戶(hù)程序存儲(chǔ)器內(nèi)的常數(shù)K作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護(hù)功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時(shí)，定時(shí)器或計(jì)數(shù)器往往會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。 定時(shí)器通道范圍如下： 100 ms定時(shí)器T0～T199， 共200點(diǎn)，設(shè)定值：0.1～ 3276.7秒； 10 ms定時(shí)器T200～TT245，共46點(diǎn)，設(shè)定值：0.01～327.67秒； 1 ms積算定時(shí)器 T245～T249，共4點(diǎn)，設(shè)定值：0.001～32.767秒； 100 ms積算定時(shí)器T250～T255，共6點(diǎn)，設(shè)定值：0.1～3276.7秒； 當(dāng)定時(shí)器線(xiàn)圈T200的驅(qū)動(dòng)輸入X000接通時(shí)，T200的當(dāng)前值計(jì)數(shù)器對(duì)10 ms的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)前值與設(shè)定值K123相等時(shí)，定時(shí)器的輸出接點(diǎn)動(dòng)作，即輸出觸點(diǎn)是在驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈后的1.23秒（10 * 123ms = 1.23s）時(shí)才動(dòng)作，當(dāng)T200觸點(diǎn)吸合后，Y000就有輸出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輸入X000斷開(kāi)或發(fā)生停電時(shí)，定時(shí)器就復(fù)位，輸出觸點(diǎn)也復(fù)位。 每個(gè)定時(shí)器只有一個(gè)輸入，它與常規(guī)定時(shí)器一樣，線(xiàn)圈通電時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)；斷電時(shí)，自動(dòng)復(fù)位，不保存中間數(shù)值。定時(shí)器有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，一個(gè)為設(shè)定值寄存器，另一個(gè)是現(xiàn)時(shí)值寄存器，編程時(shí)，由用戶(hù)設(shè)定累積值。 定時(shí)器線(xiàn)圈T250的驅(qū)動(dòng)輸入X001接通時(shí)，T250的當(dāng)前值計(jì)數(shù)器對(duì)100 ms的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值K345相等時(shí)，定時(shí)器的輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。在計(jì)數(shù)過(guò)程中，即使輸入X001在接通或復(fù)電時(shí)，計(jì)數(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其累積時(shí)間為34.5s（100 ms*345=34.5s）時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)復(fù)位輸入X002接通 ，定時(shí)器就復(fù)位，輸出觸點(diǎn)也復(fù)位。 e 計(jì)數(shù)器（C） FX2N中的16位增計(jì)數(shù)器，是16位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它是在計(jì)數(shù)信號(hào)的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，它有兩個(gè)輸入，一個(gè)用于復(fù)位，一個(gè)用于計(jì)數(shù)。每一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖上升沿使原來(lái)的數(shù)值減1，當(dāng)現(xiàn)時(shí)值減到零時(shí)停止計(jì)數(shù)，同時(shí)觸點(diǎn)閉合。直到復(fù)位控制信號(hào)的上升沿輸入時(shí)，觸點(diǎn)才斷開(kāi)，設(shè)定值又寫(xiě)入，再又進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。 其設(shè)定值在K1～K32767范圍內(nèi)有效。設(shè)定值K0與K1含義相同，即在第一次計(jì)數(shù)時(shí)，其輸出觸點(diǎn)就動(dòng)作。 通用計(jì)數(shù)器的通道號(hào)：C0 ～C99，共100點(diǎn)。 保持用計(jì)數(shù)器的通道號(hào)：C100～C199，共100點(diǎn)。 通用與掉電保持用的計(jì)數(shù)器點(diǎn)數(shù)分配，可由參數(shù)設(shè)置而隨意更改。 　由計(jì)數(shù)輸入X011每次驅(qū)動(dòng)C0線(xiàn)圈時(shí)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值加1。當(dāng)?shù)?0次執(zhí)行線(xiàn)圈指令時(shí)，計(jì)數(shù)器C0的輸出觸點(diǎn)即動(dòng)作。之后即使計(jì)數(shù)器輸入X011再動(dòng)作，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值保持不變。 l　當(dāng)復(fù)位輸入X010接通（ON）時(shí)，執(zhí)行RST指令，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為0，輸出接點(diǎn)也復(fù)位。 l　應(yīng)注意的是，計(jì)數(shù)器C100～C199，即使發(fā)生停電，當(dāng)前值與輸出觸點(diǎn)的動(dòng)作狀態(tài)或復(fù)位狀態(tài)也能保持。 f 數(shù)據(jù)寄存器（D） 數(shù)據(jù)寄存器是計(jì)算機(jī)必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。FX2N中每一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器都是16bit（最