課程設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 論 文題 目 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械電子工程 班級(jí) 0901班 學(xué)號(hào) 50 號(hào) 學(xué)生姓名 丁 超 導(dǎo)師姓名 譚季秋 黃中華 完成日期 2012年12月21日 目 錄第一章 緒 論- 1 -1.1機(jī)械手的概念- 1 -1.2氣動(dòng)機(jī)械手的簡介- 1 -1.3氣動(dòng)技術(shù)- 1 -1.4氣動(dòng)機(jī)械手- 2 -1.5 氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)- 3 - 1.6 國內(nèi)外機(jī)械手研究概況- 4 -第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)- 5 - 2.1 plc的簡介- 6 -2.1.1 可編程控制器的概念- 6 -2.1.2 plc的應(yīng)用領(lǐng)域- 6 -2.1.3 plc的系統(tǒng)組成-

2、7 -2.1.4 plc的工作原理- 9 -2.2 plc的選型- 11 - 2.2.1、輸入/輸出信號(hào)- 11 - 2.2.2 plc的選型- 12 -2.3 plc電路設(shè)計(jì)分配- 14 - 2.3.1 i/o地址分配- 14 - 2.4 傳感器的選型- 19 - 2.4.1 sq1的選型- 19 - 2.4.2 sq3的選型- 21 -第三章 plc程序的設(shè)計(jì)- 22 - 3.1 plc程序的設(shè)計(jì)- 22 -3.2 plc程序的調(diào)試- 25 - 3.2.1 plc控制的安裝與布線- 25 -第四章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)- 27 -4.1 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)- 27 -4.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)

3、動(dòng)- 27 -4.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇- 28 -4.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表- 28 -4.5氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)- 28 - 4.6末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)- 29 - 4.7升降手臂的設(shè)計(jì)- 31 - 4.8 平移手臂的設(shè)計(jì)- 33 -第五章 結(jié) 論- 35 -參考文獻(xiàn)- 36 -致 謝- 37 -第一章 緒 論機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。1.1機(jī)械手的概念我國國家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t1264390

4、)對(duì)機(jī)械手的定義：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置?！睓C(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩大類。專用機(jī)械手：它作為整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作簡單，工作對(duì)象單一，具有固定(有時(shí)可調(diào))程序，使用大批量的自動(dòng)生產(chǎn)。如自動(dòng)生產(chǎn)線上的上料機(jī)械手，自動(dòng)換刀機(jī)械手，裝配焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。它適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。 機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械手?jǐn)U大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、

5、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(fms )和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims )，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。1.2氣動(dòng)機(jī)械手的簡介1.3氣動(dòng)技術(shù)氣動(dòng)技術(shù)這個(gè)被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化之“肌肉”的傳動(dòng)與控制技術(shù)，在加工制造業(yè)領(lǐng)域越來越受到人們的重視，并獲得了廣泛應(yīng)用。目前，伴隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展

6、，氣動(dòng)技術(shù)也不斷創(chuàng)新，以工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，得到了前所未有的發(fā)展。氣動(dòng)技術(shù)(pneumatics)是以壓縮空氣為介質(zhì)來傳動(dòng)和控制機(jī)械的一門專業(yè)技術(shù)。“pneumatics”一詞起源于希臘文的“pneuma”，其原義為“呼吸”，后來才一演變成“氣動(dòng)技術(shù)”。氣動(dòng)技術(shù)因具有節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單，以及防火、防爆、抗電磁干擾、抗幅射等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子、工業(yè)機(jī)械、食品等工業(yè)產(chǎn)業(yè)中。隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)己經(jīng)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造理念，正在ic/lcd、微電子、生物制藥、醫(yī)療機(jī)械等高技術(shù)領(lǐng)域扮演著重要角色。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)

7、用面迅速擴(kuò)大，氣動(dòng)產(chǎn)品品種規(guī)格持續(xù)增多，性能、質(zhì)量不斷提高，市場銷售產(chǎn)值穩(wěn)步增長。在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家，氣動(dòng)元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，而且仍以較快的速度在發(fā)展。氣動(dòng)工業(yè)的高速增長，進(jìn)一步刺激了氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。氣動(dòng)技術(shù)正朝著精確化、高速化、小型化、復(fù)合化和集成化的方向發(fā)展。1.4氣動(dòng)機(jī)械手工業(yè)機(jī)械手使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)以及交流伺服電機(jī)。由于電機(jī)速度高，通常須采用減速機(jī)構(gòu)(如諧波傳動(dòng)、rv擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等)。這類機(jī)械手的特點(diǎn)是控制精度高，驅(qū)動(dòng)力較大，響應(yīng)快，信號(hào)檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的

8、控制方案。但是由于這類機(jī)械手價(jià)格昂貴，限制了在一些場合的廣泛應(yīng)用。因此，人們開始尋求其它一些經(jīng)濟(jì)適用的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式。隨著氣動(dòng)技術(shù)獲得了快速發(fā)展，其利用成本性能比低廉及同時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)的氣動(dòng)設(shè)備，在滿足社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐需要的同時(shí)也越來越多的受到重視。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要實(shí)用技術(shù)。氣動(dòng)機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比，具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，表1.1給出了各種控制方式的比較。表1.1 各種控制方式的比較項(xiàng)目氣壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)電氣傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高

9、高動(dòng)作速度大稍大大小響應(yīng)速度慢快快中清潔度清潔可能污染清潔較清潔維護(hù)簡單比氣動(dòng)復(fù)雜需要專門技術(shù)簡單價(jià)格一般稍高高一般技術(shù)要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險(xiǎn)性幾乎沒問題注意火一般無問題無特殊問題氣動(dòng)機(jī)械手是在己有的機(jī)械手基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。二者之間的區(qū)別在于氣動(dòng)機(jī)械手發(fā)展的起點(diǎn)頗高，它強(qiáng)調(diào)模塊化的形式，把專用機(jī)械手和通用機(jī)械手結(jié)合起來?，F(xiàn)代氣動(dòng)機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)由感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分四個(gè)方面組成。采集感知信號(hào)及控制信號(hào)均由智能閥島來處理，氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)代替了伺服電機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服系統(tǒng)；氣缸、擺動(dòng)馬達(dá)完成原來由液壓缸或機(jī)械所作的執(zhí)行動(dòng)作；主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材輔以模塊

10、化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。人們根據(jù)應(yīng)用情況的要求，選擇相應(yīng)功能和參數(shù)的模塊，像積木一樣隨意的組合，這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，代表氣動(dòng)機(jī)械手今后的發(fā)展方向，也將始終貫穿著氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展及實(shí)用性。因此，氣動(dòng)機(jī)械手可以代替一些功能不理想的工業(yè)機(jī)械手的地位，在目前的工業(yè)自動(dòng)線上有著及其廣泛的應(yīng)用前景。1.5 氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)盡管世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展放緩，使得氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展受到一定的影響，然而，作為新興科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展勢(shì)不可擋。目前，氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展呈現(xiàn)出了以下趨勢(shì)：1、結(jié)構(gòu)模塊化2、控制智能化3、感覺功能變強(qiáng)4、系統(tǒng)應(yīng)用與集成化5、可靠性越來越高6、易

11、操作更靈活7、向微型化方向發(fā)展1.6 國內(nèi)外機(jī)械手研究概況機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信息的感覺器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對(duì)控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類的簡單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法。現(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來，它是能感知外界環(huán)境與對(duì)象物，并具有對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，

12、對(duì)自己行為做出自主決策能力的智能化機(jī)械手。它能識(shí)別景物，具有觸覺、視覺、力覺、聽覺、味覺等多種感覺，能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識(shí)圖等多種仿生動(dòng)作，具有專家知識(shí)、語音功能和自學(xué)能力等人工智能3。目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來越多地裝備部隊(duì)45。國外方面：近幾年國外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展

13、趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于pc機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。國內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來

14、說，我國已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)6。第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 plc的簡介2.1.1 可編程控制器的概念可編程控制器(programmable logical controller)簡稱plc。國際電工委員會(huì)（iec）在1985年的plc標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對(duì)plc作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(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)算等操作的指令。并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體

15、，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)控制的要求也各不相同。plc一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。plc具有如下特點(diǎn)：1、編程方法簡單易學(xué)。2、功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高。3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。4、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。5、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。6、維修工作量小，維修方便。7、體積小，能耗低。2.1.2 plc的應(yīng)用領(lǐng)域plc的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。但最近十年來，plc的應(yīng)用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于處理器芯片及有關(guān)元件的價(jià)格大大下降，使得plc的成本下降；另一方面plc的功能大大增加，能解

16、決復(fù)雜的計(jì)算和通信問題。目前plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。plc的應(yīng)用范圍通常分成以下5種類型：1、順序控制這是plc應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合plc使用的領(lǐng)域，它用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。plc應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制。2、運(yùn)動(dòng)控制plc制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，在多數(shù)情況下，plc把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，每個(gè)軸移動(dòng)

17、時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，保持運(yùn)動(dòng)平滑。相對(duì)來說，位置控制模塊比cnc裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作更方便，3、過程控制plc還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度等。pid模塊提供了使plc具有了閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有pid控制能力的plc可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，pid控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定值上。4、數(shù)據(jù)控制在機(jī)械加工中，plc作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于cnc和nc系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)控制。5、通信控制plc的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程i/o的通信、多臺(tái)plc之間的通信、plc和其他智能控制設(shè)備（如計(jì)

18、算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。plc與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。2.1.3 plc的系統(tǒng)組成plc種類繁多，但其組成和工作原理基本相同。用plc實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。plc專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由cpu、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。plc的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。1、中央處理單元（cpu）中央處理單元（cpu）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。cpu通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸

19、入/輸出接口電路連接。2、存儲(chǔ)器plc的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器包括用來存放由plc生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在rom內(nèi)，用戶不能直接更改。它使plc具有基本的功能，能夠完成plc設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了plc的性能，其內(nèi)容主要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序。第二部分為用戶指令解釋程序。第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序與系統(tǒng)調(diào)用。圖3.1 plc的結(jié)構(gòu)框圖用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的plc編程語言編寫的各種用戶程序。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來存放（記憶）用

20、戶程序中所使用器件on/off狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。用戶存儲(chǔ)器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反映plc性能的重要指標(biāo)之一。plc使用的存儲(chǔ)器類型有三種。第一種是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ram）；第二種是只讀存儲(chǔ)器（rom）；第三種是可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（eeprom或eprom）。3、輸入/輸出模塊輸入（input）模塊和輸出（output）模塊簡稱為i/o模塊。plc的輸入和輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入/輸出模塊從廣義上分包含兩部分：一是與控制設(shè)備相連接的接口電路；另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。輸入模塊用于處理輸入信號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等，把輸入信號(hào)的

21、邏輯值安全可靠地傳遞到plc內(nèi)部。輸出模塊用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到plc外部，輸出模塊具有隔離plc內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。4、電源模塊plc一般使用220v的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為plc的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5v、12v、24v等直流電源，使plc能正常工作。5、接口模塊接口模塊用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使plc的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6、通信接口為了實(shí)現(xiàn)“人機(jī)”或“機(jī)機(jī)”之間的對(duì)話，plc配有多種通信接口。plc通過接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的plc或計(jì)算機(jī)相連。7、編程器編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編

22、制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言助記符（語句表）后，才能輸入。智能型的編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有l(wèi)cd或crt圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對(duì)話8、其他部分有些plc還可配有eprom寫入器、存儲(chǔ)器等其他外部設(shè)備。2.1.4 plc的工作原理plc是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，但是 cpu是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)

23、作，所以它屬于串行工作方式。plc工作的全過程可用圖2.2所示的運(yùn)行框圖來表示。概括而言，plc是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。掃描周期是控制過程中一個(gè)比較重要的技術(shù)指標(biāo)。一般來說，掃描周期越大，表明掃描所需要的時(shí)間就越長，要求輸入信號(hào)的寬度就越大，控制周期就越長，控制速度就要降低。plc的過程可分為三部分。第一部分為上電處理，第二部分是掃描過程，第三部分是出錯(cuò)處理。電源on內(nèi)部處理輸入處理(輸入傳送遠(yuǎn)程i/o)通信服務(wù)(外設(shè)、cpu、總線服務(wù))更新時(shí)鐘、特殊寄存器執(zhí)行程序執(zhí)行自診斷存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果cpu強(qiáng)制為stoprunstopynny輸出處理致命錯(cuò)誤plc正常否

24、cpu運(yùn)行方式圖3.2 plc運(yùn)行框圖2.2 plc的選型2.2.1、輸入/輸出信號(hào)本控制系統(tǒng)有8個(gè)輸入開關(guān)量，分別為：系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕1個(gè) 負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)；系統(tǒng)停止按鈕1個(gè) 負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止；物品檢測開關(guān)1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測工作臺(tái)上是否有物品；下降限位開關(guān)1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手到達(dá)最低位置；夾放檢測開關(guān)1個(gè) 負(fù)責(zé)機(jī)械手夾放物品的檢測；上升限位開關(guān)1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手到達(dá)最高位置；縮回限位開關(guān)1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手是否縮回到位；伸出限位開關(guān)1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手是否伸出到位；建立輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表3.1。表3.1 輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表序號(hào)名稱電氣符號(hào)1總啟動(dòng)按鈕sb12總停止按鈕sb23工作臺(tái)

25、物品檢測開關(guān)sq14機(jī)械手下降限位開關(guān)sq25機(jī)械手夾緊檢測開關(guān)sq36機(jī)械手上升限位開關(guān)sq47機(jī)械手伸出限位開關(guān)sq58機(jī)械手縮回限位開關(guān)sq6本控制系統(tǒng)有3個(gè)輸出電磁閥，分別為：機(jī)械手夾放電磁閥1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手夾放物品；機(jī)械手升降電磁閥1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的下降和上升；機(jī)械手伸縮電磁閥1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的水平伸縮；建立輸出信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表3.2。表3.2 輸出信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表序號(hào)名稱電氣符號(hào)12機(jī)械手夾緊電磁閥yv 12機(jī)械手下降電磁閥yv 23機(jī)械手伸出電磁閥yv 3表3.3輔助繼電器符號(hào)表序號(hào)名稱電氣符號(hào)12機(jī)械手上升輔助繼電器m02機(jī)械手下降輔助繼電器m13機(jī)械手張開

26、輔助繼電器m24機(jī)械手上升輔助繼電器m32.2.2 plc的選型目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的plc生產(chǎn)廠家主要有美國的ab、通用（ge）、日本的三菱（mitsbishi）、歐姆龍（omron）、德國的西門子（simens）、法國的te、韓國的三星（sumsung）、lg等。目前三菱plc已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、交通、食品工業(yè)，制造業(yè)，娛樂業(yè)、健康和醫(yī)療，健康和環(huán)境！plc是在繼電器控制基礎(chǔ)上以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前plc已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、

27、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。三菱plc系列目前主要有:fx1n系列,fx1s系列,fx1n系列,fx2n系列, fx2n系列,fx3u系列,fx3uc,q系列,a系列,l系列下面就一一來介紹這些系列型號(hào)。 三菱plc系列型號(hào) 型號(hào) 參數(shù)面價(jià)fx1n-60mr-001輸入點(diǎn)：36，24點(diǎn)繼電器輸出4680fx1n-40mr-001 輸入點(diǎn)：24,16點(diǎn)繼電器輸出 4030fx1n-24mr-001 輸入點(diǎn)：14,10點(diǎn)繼電器輸出 3330fx1n-14mr-001 輸入點(diǎn)：8,6點(diǎn)繼電器輸出2310fn1n-60mr-d輸入點(diǎn)

28、：36，24點(diǎn)繼電器輸出(直流供電)4490fn1n-40mr-d 輸入點(diǎn)：24,16點(diǎn)繼電器輸出(直流供電) 4010fn1n-24mr-d 輸入點(diǎn)：14,10點(diǎn)繼電器輸出(直流供電) 2990fx1n-60mt-001輸入點(diǎn)：36，24點(diǎn)晶體管輸出4800fx1n-40mt-001 輸入點(diǎn)：24,16點(diǎn)晶體管輸出 4130fx1n-24mt-001 輸入點(diǎn)：14,10點(diǎn)晶體管輸出 3400fx1n-14mt-001 輸入點(diǎn)：8,6點(diǎn)晶體管輸出2400fx1n-60mt-d輸入點(diǎn)：36，24點(diǎn)晶體管輸出(直流供電)4600fx1n-40mt-d 輸入點(diǎn)：24,16點(diǎn)晶體管輸出 (直流供電)4

29、100fx1n-24mt-d 輸入點(diǎn)：14,10點(diǎn)晶體管輸出(直流供電) 3100fx2n-128mr-001輸入點(diǎn)：64，64點(diǎn)繼電器輸出10120fx2n-80mr-001輸入點(diǎn)：40，40點(diǎn)繼電器輸出7030fx2n-64mr-001輸入點(diǎn)：32，32點(diǎn)繼電器輸出6280fx2n-48mr-001輸入點(diǎn)：24，24點(diǎn)繼電器輸出5490fx2n-32mr-001輸入點(diǎn)：16，16點(diǎn)繼電器輸出5180fx2n-16mr-001輸入點(diǎn)：8，8點(diǎn)繼電器輸出4150fx2n-80mr-d輸入點(diǎn)：40，40點(diǎn)繼電器輸出(直流供電)7030fx2n-64mr-d輸入點(diǎn)：32，32點(diǎn)繼電器輸出(直流供電

30、)6280fx2n-48mr-d輸入點(diǎn)：24，24點(diǎn)繼電器輸出(直流供電)5490fx2n-32mr-d輸入點(diǎn)：16，16點(diǎn)繼電器輸出(直流供電)5180fx2n-128mt-001輸入點(diǎn)：64，64點(diǎn)晶體管輸出10330fx2n-80mt-001輸入點(diǎn)：40，40點(diǎn)晶體管輸出7180fx2n-64mt-001輸入點(diǎn)：32，32點(diǎn)晶體管輸出6410fx2n-48mt-001輸入點(diǎn)：24，24點(diǎn)晶體管輸出5600fx2n-32mt-001輸入點(diǎn)：16，16點(diǎn)晶體管輸出5290fx2n-16mt-001輸入點(diǎn)：8，8點(diǎn)晶體管輸出4240fx2n-80mt-d輸入點(diǎn)：40，40點(diǎn)晶體管輸出(直流供電

31、)7180fx2n-64mt-d輸入點(diǎn)：32，32點(diǎn)晶體管輸出(直流供電)6410fx2n-48mt-d輸入點(diǎn)：24，24點(diǎn)晶體管輸出(直流供電)5600fx2n-32mt-d輸入點(diǎn)：16，16點(diǎn)晶體管輸出(直流供電)5290本次設(shè)計(jì)中共8個(gè)輸入量，共3個(gè)輸出量，共計(jì)11點(diǎn)，因此選用了fx2n-32mr-001輸入點(diǎn)16，繼電器16點(diǎn)輸出. 2.3 plc電路設(shè)計(jì)分配2.3.1 i/o地址分配根據(jù)機(jī)械手的輸入信號(hào)為8個(gè)，輸出信號(hào)為3個(gè)，建立i/o地址分配表。建立輸入信號(hào)地址分配表如表所示：輸入信號(hào)地址分配表序號(hào)名稱地址1sb1x02sb2x13sq1x24sq2x35sq3x46sq4x57s

32、q5x68sq6x7建立輸出信號(hào)地址分配表如表所示：輸出信號(hào)地址分配表序號(hào)名稱地址1ka 1y02ka 2y13ka 3y22.3.2 plc外部接線如圖所示。fx2n-32mr外部接線圖中：工作臺(tái)物品檢測開關(guān)sq1機(jī)械手下降限位開關(guān)sq2機(jī)械手夾緊檢測開關(guān)sq3機(jī)械手上升限位開關(guān)sq4機(jī)械手伸出限位開關(guān)sq5機(jī)械手縮回限位開關(guān)sq6總啟動(dòng)按鈕sb1，總停止按鈕sb2，電氣控制原理系統(tǒng)圖： 機(jī)械手夾放電磁閥連接ka1；機(jī)械手升降電磁閥連接ka2；機(jī)械手伸縮電磁閥連接ka3；電磁閥失電氣缸伸出，得電收縮。電氣連接圖如圖3.7所示。圖3.7 電氣連接圖2.3.2 閥的選擇：此閥采用二位四通電磁閥

33、8個(gè)基本操作：第1步當(dāng)工作臺(tái)上有物品時(shí)，機(jī)械手下降。第2步是機(jī)械手在最低位抓緊物品。第3步是機(jī)械手夾緊物品上升。第4步是機(jī)械手夾緊物品伸出。第5步是機(jī)械手夾緊物品下降。第6步是在最低位時(shí)松開物品。第7步機(jī)械手上升。第8步是機(jī)械手縮回回到原位。yv1（氣爪）yv2（升降）yv3（水平伸縮）第1步第2步第3步第4步第5步第6步第7步第8步2.4 傳感器的選型2.4.1 sq1的選型sq1屬于存在性檢測，可以用紅外線傳感器：光電子學(xué)是一門光學(xué)和半導(dǎo)體電子學(xué)綜合學(xué)科。光電子元件制成的傳感器性能可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。該系列產(chǎn)品包括：標(biāo)準(zhǔn)紅外線發(fā)射二極管（ired)，傳感器及其組件。 最佳使用環(huán)境： 存在性檢測

34、、運(yùn)動(dòng)傳感、位置編碼、限位傳感、運(yùn)動(dòng)物體的檢測和計(jì)數(shù)。經(jīng)濟(jì)型紅外光電傳感器選型表：（1）3mm 塑料封裝紅外光電傳感器 選型表型號(hào)類型波長驅(qū)動(dòng)電流發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光/接收角度亮電流vce(sat)上升下降時(shí)間規(guī)格書頁碼發(fā)光管sep-4216發(fā)光二極管940nm20ma0.52 1.02mw/cm220deg-sep-4216.pdf接收管sdp-4206光電三極管-3.29.6ma0.4vtyp. 20ussdp-4206.pdf（2）5mm 塑料封裝紅外光電傳感器 選型表型號(hào)類型波長驅(qū)動(dòng)電流發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光/接收角度亮電流vce(sat)上升下降時(shí)間規(guī)格書頁碼發(fā)光管sep-4208發(fā)光二極管940nm

35、20ma1.7 3.14mw/cm220deg-sep-4208.pdf接收管sdp-0323光電二極管900nm-typ. 13ua-typ. 100nssdp-0323.pdfsdp-3208光電三極管-2.08 3.60ma0.4vtyp. 25ussdp-3208.pdf（3）側(cè)面發(fā)光塑料封裝紅外光電傳感器 選型表型號(hào)類型波長驅(qū)動(dòng)電流發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光/接收角度亮電流vce(sat)上升下降時(shí)間規(guī)格書頁碼發(fā)光管sep-0322發(fā)光二極管940nm20ma1.00 1.62mw/cm240deg-sep-0322.pdf接收管sdp-0301光電三極管-2.00 3.84ma 0.4vtyp.

36、 25ussdp-0301.pdf（4）反射式紅外光電傳感器 選型表外形型號(hào)組成驅(qū)動(dòng)電流亮電流vce(sat)上升下降時(shí)間規(guī)格書頁碼表貼式hoa-1550發(fā)光二極管/光電三極管20ma1.37 1.77mamg/2=29.8/(20.65)=15.1n 傳感器受力面積a=1cm2所以壓力：p=f/a=15/0.0001m2=150kpa這里選用mpx2200壓力傳感器 最大壓力范圍為200kpa。 第三章 plc程序的設(shè)計(jì) 3.1 plc程序的設(shè)計(jì)1、流程圖2、梯形圖3、指令表。3.2 plc程序的調(diào)試由于plc是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工

37、業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證plc正常、安全、可靠的運(yùn)行。因此，討論plc設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。3.2.1 plc控制的安裝與布線1、 輸入接線（1）輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長些。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 （3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉趐lc輸入回路中，防止信號(hào)干擾，使plc輸入信號(hào)大大增強(qiáng)。2、電源接線電源是plc引入干擾的主要途徑之一，plc應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高plc的可靠性有很大幫助。plc的供電線路應(yīng)與其他大功

38、率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。初級(jí)與次級(jí)之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。在選用交流穩(wěn)壓器時(shí)，一般可按照實(shí)際最大需求容量的130%計(jì)算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠16。plc供電電源為50hz、220v10%的交流電。由于本設(shè)計(jì)使用的是fx1n系列可編程控制器，所以

39、有直流24v輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開關(guān)或接近開關(guān)）提供直流24v電源。3、接地正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是plc控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)plc控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。良好的接地是保證plc可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。第四章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)4.1 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)機(jī)械手的種類很多，但按手臂坐標(biāo)類型來分主要有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)

40、式、關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、scara型。本次是一個(gè)用于傳送帶上輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。所針對(duì)的機(jī)械手屬于直角坐標(biāo)式，如圖所示，機(jī)械手主要是由基座和手臂兩部分組成?；闹饕蝿?wù)是支撐。手臂裝在基座上，作上下直線運(yùn)動(dòng)和伸縮運(yùn)動(dòng)，手部可夾緊/放松。機(jī)械手手部機(jī)械手橫臂機(jī)械手立柱機(jī)械手基座機(jī)械手原理圖本機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)。氣缸由電磁閥控制。驅(qū)動(dòng)部分有升降氣缸、擺動(dòng)氣缸和手部驅(qū)動(dòng)氣缸。4.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)在直角坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有2個(gè)自由度：手臂伸縮；手指升降。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要由3個(gè)大部件和3個(gè)氣缸組成：（1）手部，采用一個(gè)氣爪，

41、通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手爪的張合。（2）升降臂部，采用直線缸來實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮。（3）平移臂部，采用氣動(dòng)滑臺(tái)來實(shí)現(xiàn)手臂的平移。4.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。氣動(dòng)機(jī)械手因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、安全、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇氣壓驅(qū)動(dòng)。4.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途：車間皮帶機(jī)之間的搬運(yùn)二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：1、抓重：2kg (夾持式手部)2、自由

42、度數(shù)：2個(gè)自由度3、坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)4、最大工作半徑：200mm5、機(jī)身最大中心高：415mm6、主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)：手臂伸縮行程：400mm 手臂伸縮速度：300mm/s手指升降行程：200mm 手指升降速度：200mm/s4.5氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)機(jī)械手氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)主要是選用合適的控制閥，通過控制和調(diào)節(jié)各個(gè)氣缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度和改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作，設(shè)計(jì)的氣動(dòng)回路圖如圖所示。機(jī)械手氣動(dòng)回路圖本設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手完成各個(gè)運(yùn)動(dòng)的氣缸只有完全伸出和完全縮回兩個(gè)狀態(tài)，選擇兩位五通換向閥控制各個(gè)氣缸的運(yùn)動(dòng)方向，氣缸的進(jìn)出口回路各設(shè)置一個(gè)單向節(jié)流閥，通

43、過控制進(jìn)出口空氣流量的大小來控制氣缸執(zhí)行器動(dòng)力的大小和運(yùn)動(dòng)速度。設(shè)計(jì)中采用plc控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的預(yù)定動(dòng)作，既可以簡化控制線路，節(jié)省成本，又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。4.6末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)所采用標(biāo)準(zhǔn)氣爪，不需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，直接選型即可。本設(shè)計(jì)要求機(jī)械手手爪的最大持重m=2kg，根據(jù)具體的工作要求，選擇標(biāo)準(zhǔn)平行開閉型氣爪，其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)a口進(jìn)氣b口排氣時(shí)，氣缸活塞桿1伸出，通過杠桿2繞杠桿軸8回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)兩個(gè)手指4通過一組鋼球3在導(dǎo)軌5上作向外直線運(yùn)動(dòng)，兩手指便張開，松開工件。止動(dòng)塊6限制手指張開行程，定位銷7保證直線導(dǎo)軌不錯(cuò)位。平行開閉型氣爪結(jié)構(gòu)原理圖1-活塞桿 2-杠桿 3-鋼球

44、4-手指 5-導(dǎo)軌 6-止動(dòng)塊 7-定位銷 8-杠桿軸對(duì)夾持工件進(jìn)行受力分析如圖所示， 2個(gè)手指的總夾持力產(chǎn)生的摩擦力2f必須大于夾持工件的重力mg，故應(yīng)滿足 2fmg即 fmg/2式中 摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)的夾持輔助件材料為硬質(zhì)橡膠，一般令=0.65；由此 fmg/2=29.8/(20.65)=15.1n 夾持工件受力示意圖根據(jù)計(jì)算出的夾持力的大小和表3-1，可選擇合適的末端執(zhí)行器（手爪）的型號(hào)：mhz-10d。表3-14.7升降手臂的設(shè)計(jì)升降手臂為機(jī)械手執(zhí)行上下伸縮運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它是連接機(jī)械手末端執(zhí)行器和平移手臂的部件，它的基本作用是完成末端執(zhí)行器的伸出和縮回運(yùn)動(dòng)。升降手臂主要承受末端執(zhí)行器和夾

45、持物件的重力，為使設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和簡便化，在本設(shè)計(jì)中，伸縮手臂采用新薄型帶導(dǎo)桿氣缸（如圖）。該氣缸體積小、輕巧，耐橫向負(fù)載能力強(qiáng)，耐扭矩能力強(qiáng)，不回轉(zhuǎn)精度高，導(dǎo)向桿的軸承可選擇滑動(dòng)軸承或球軸承，安裝方便，二面接管位置可供選擇。新薄型帶導(dǎo)桿氣缸根據(jù)本機(jī)械手的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，伸縮手臂的行程為200mm，氣爪抓重約為2kg，加上末端執(zhí)行器（氣爪）和連接板的重量，總質(zhì)量約為3kg，由此，伸縮手臂的最大負(fù)載f=mg=39.8=29.4n。根據(jù)數(shù)據(jù)要求，初步選定為缸徑為20mm型號(hào)為mgpl20200的氣缸作為機(jī)械手的升降手臂。伸縮手臂作上下直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要克服的是摩擦阻力和慣性力，因此，氣缸所需要的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)

46、由摩擦阻力,重力和慣性力來確定。 式中 摩擦阻力，應(yīng)包括手臂與伸縮導(dǎo)軌間的摩擦阻力，活塞與密封裝置處的摩擦阻力； 手臂在啟動(dòng)過程的慣性力。其大小可按以下公式計(jì)算； 其中手臂移動(dòng)部件的重量（牛頓）； g重力加速度（9.8米/秒2）； 啟動(dòng)或制動(dòng)前后的速度差（米/秒）； 啟動(dòng)或制動(dòng)所需的時(shí)間（秒）。慣性力的計(jì)算：本設(shè)計(jì)要求手臂升降時(shí)v=200mm/s，在計(jì)算慣性力的時(shí)候，設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間=0.1s，啟動(dòng)速度v=v=200mm/s。=6n由于升降運(yùn)動(dòng)，氣缸所受的摩擦力很小，可以忽略不計(jì)。所以：氣缸所需的驅(qū)動(dòng)力 f驅(qū)= f摩+ f慣+f=0+6+29.4=35.4n 氣缸的理論驅(qū)動(dòng)力 f=1/4d2p其中

47、 d氣缸活塞桿的直徑（米）； p氣缸的工作壓力（帕）。根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) d=10mm，p=0.5mpa代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得 f=1/4d2p=1/43.14（0.01）20.5106 =39.3n由計(jì)算的結(jié)果可知 ff驅(qū)即氣缸提供的理論驅(qū)動(dòng)力大于氣缸實(shí)際所需的驅(qū)動(dòng)力，因此，伸縮手臂的設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。4.8 平移手臂的設(shè)計(jì)平移手臂為機(jī)械手執(zhí)行左右平移運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它是連接機(jī)械手升降手臂的部件，它的基本作用是完成機(jī)械手左右平移運(yùn)動(dòng)的。平移手臂主要承受升降手臂，末端執(zhí)行器和夾持物件的重力，為使設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和簡便化，在本設(shè)計(jì)中，平移手臂采用氣動(dòng)滑臺(tái)（如圖3-4）。該氣缸體積小、輕巧，耐橫向負(fù)載能力強(qiáng)，耐

48、扭矩能力強(qiáng)。圖3-4 氣動(dòng)滑臺(tái)根據(jù)本機(jī)械手的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，平移手臂的行程為400mm，氣爪抓重約為2kg，加上升降手臂，末端執(zhí)行器（氣爪）和連接板的重量，總質(zhì)量約為4kg，由此，伸縮手臂的最大負(fù)載f=mg=49.8=38.2n。根據(jù)數(shù)據(jù)要求，初步選定為缸徑為12mm型號(hào)為mxy12400的氣動(dòng)滑臺(tái)作為機(jī)械手的平移手臂。平移手臂做水平直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要克服的是摩擦阻力和慣性力，因此，氣缸所需要的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)由摩擦阻力,和慣性力來確定。 式中 摩擦阻力，應(yīng)包括手臂與伸縮導(dǎo)軌間的摩擦阻力，活塞與密封裝置處的摩擦阻力； 手臂在啟動(dòng)過程的慣性力。其大小可按以下公式計(jì)算； 其中手臂移動(dòng)部件的重量（牛頓）； g重

49、力加速度（9.8米/秒2）； 啟動(dòng)或制動(dòng)前后的速度差（米/秒）； 啟動(dòng)或制動(dòng)所需的時(shí)間（秒）。慣性力的計(jì)算：本設(shè)計(jì)要求手臂升降時(shí)v=300mm/s，在計(jì)算慣性力的時(shí)候，設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間=0.1s，啟動(dòng)速度v=v=300mm/s。=11.69n摩擦力的計(jì)算：在垂直方向，可近似認(rèn)為 fn=g總=.38.2n。導(dǎo)桿所受到的水平方向的摩擦力 f摩=fn 其中 摩擦系數(shù)，氣缸導(dǎo)向桿的材料為鋼，取=0.2。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算f摩=fn =0.238.2=7.64n所以：氣缸所需的驅(qū)動(dòng)力 f驅(qū)= f摩+ f慣+f=7.64+11.69=19.33n 氣缸的理論驅(qū)動(dòng)力 f=1/4d2p其中 d氣缸活塞桿的直徑（米）； p氣缸的工