上下料沖壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1、編碼2016-JXSJ專業(yè)代碼080202-201本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 上下料沖壓機(jī)械手的設(shè)計(jì) 學(xué) 院機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)4112020623學(xué)生姓名莊申指導(dǎo)教師周清泉/袁永超提交日期2016年5月4日誠(chéng)信承 諾 書(shū)本人鄭重承諾和聲明:我承諾在畢業(yè)論文撰寫過(guò)程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定,恪守學(xué)術(shù)規(guī)范,此畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中均系本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成,沒(méi)有剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果,沒(méi)有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔(dān)一切責(zé)任,接受學(xué)校的處理,并承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 年月日摘 要上下料沖壓機(jī)械手是根

2、據(jù)實(shí)際沖壓生產(chǎn)過(guò)程中的特點(diǎn)，專門為提高生產(chǎn)效率，解放人力等而研制的一種自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。本文在查閱了有關(guān)機(jī)械手方面的資料之后，簡(jiǎn)單介紹了其作用、組成和分類。根據(jù)課題要求對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)型式、運(yùn)動(dòng)自由度以及機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。根據(jù)對(duì)機(jī)械手手部、腕部、手臂以及機(jī)身等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算得出數(shù)據(jù)，并且通過(guò)三維軟件solidworks繪制出產(chǎn)品模型，最后對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善。同時(shí)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，選取了合適的零部件；利用PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號(hào)；根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫(huà)出了的機(jī)械手的操作流程圖。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；參

3、數(shù)設(shè)計(jì)；軟件模擬；PLC方案控制IABSTRACTUp-down material characteristics in the process of stamping manipulator is based on the actual production, specially in order to improve the production efficiency, human liberation and so on and developed an automated machinery and equipment. Based on the search after readin

4、g information about manipulator, simply introduces the function, composition and classification. Overall design of manipulator in accordance with the requirements of project, to determine the coordinates of the manipulator, degrees of freedom of movement and technical parameters of the manipulator.

5、According to the manipulator hand, wrist, arm, and the fuselage structure design and calculation of the obtained data, and through 3D software solidworks to map the product model, and finally to improve the structure of the manipulator. At the same time, draw the manipulator working principle of the

6、 pneumatic system diagram, select the appropriate components. Using PLC to control the manipulator, selected the suitable PLC model; According to the working process of the manipulator made the control scheme of programmable controller, draw the operation flow chart of the manipulator.Key Words： man

7、ipulator;Parameter design;Software simulation ;PLC program control目 錄1 緒 論11.1 機(jī)械手概述11.2 機(jī)械手的組成11.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況31.4 本章小結(jié)42 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案52.1 執(zhí)行部分的選擇52.2 驅(qū)動(dòng)部分的選擇62.3 控制方案的確定62.4 機(jī)械手的基本形式選擇72.5 機(jī)械手主要部件及運(yùn)動(dòng)72.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)82.7 本章小結(jié)83 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)93.1 手腕部分的設(shè)計(jì)93.1.1 手腕處軸承的選擇93.1.2 手腕驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與減速器的選擇93.1.3 傳動(dòng)同步帶的選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)10

8、3.1.4 手腕部分小結(jié)113.2 手臂伸縮部分的設(shè)計(jì)123.2.1 直線導(dǎo)軌與滑塊的選擇123.2.2 傳動(dòng)同步帶選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)153.2.3 伺服電機(jī)的選擇與傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)153.2.4 手臂伸縮部分小結(jié)163.3 手臂升降部分的設(shè)計(jì)173.3.1 滾珠絲杠的選擇173.3.2 伺服電機(jī)的選擇193.3.3 光軸與直線軸承的選擇203.3.4 手臂升降部分小結(jié)203.4 手臂旋轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)213.4.1 轉(zhuǎn)盤軸承的選擇213.4.2 伺服電機(jī)的選擇以及減速比的確定213.4.3 手臂旋轉(zhuǎn)部分小結(jié)224 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)234.1 氣壓系統(tǒng)的工作原理圖234.2 氣動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)部件的選擇2

9、35 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)245.1 機(jī)械手的工藝過(guò)程245.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)主要硬件的選擇245.3 PLC控制伺服電機(jī)范例255.4 機(jī)械手操作過(guò)程簡(jiǎn)述315.5 本章小結(jié)32結(jié) 論33致 謝34參 考 文 獻(xiàn)35III1 緒論1 緒 論機(jī)械手是一種在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化設(shè)備，它是一種在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的新型設(shè)備1。機(jī)械手可以代替員工進(jìn)行一些危險(xiǎn)、枯燥的工作，在緩解工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高工廠生產(chǎn)效率。隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，不僅可以進(jìn)行工件的裝卸、搬運(yùn)，甚至可以裝配一些復(fù)雜機(jī)械的零部件。機(jī)械手適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以省

10、去龐大的工件輸送設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊，并且在工廠中的適應(yīng)性很強(qiáng)2。目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外相比還有一定的差距，應(yīng)用規(guī)模較小，產(chǎn)業(yè)化水平較低，因?yàn)闄C(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)能力直接影響到我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的生產(chǎn)水平，所以，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，研究應(yīng)用工業(yè)機(jī)械手都是十分必要的。1.1 機(jī)械手概述機(jī)械手是一種按照指定的控制程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓放、搬運(yùn)工件或者動(dòng)作的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中一般被叫做“工業(yè)機(jī)械手”或“工業(yè)機(jī)器人”。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手不但可以提高員工的勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且可以減少員工的勞動(dòng)出錯(cuò)率。從而達(dá)到保質(zhì)保量，減少工作時(shí)間減少工作壓力，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的。特別在惡劣的

11、生產(chǎn)環(huán)境（如高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等）中，使用機(jī)械手可以完成一些人類難以適應(yīng)的工作，并且具有更為深遠(yuǎn)的意義。最初的機(jī)械手主要是用對(duì)來(lái)輔助某一臺(tái)或者一類機(jī)床，用來(lái)完成相應(yīng)的上下料工作，它的構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可編程序控制的機(jī)械手，由于其可以根據(jù)程序的變更而改變動(dòng)作的流程，通用性較強(qiáng)，所以也被稱為通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手可以很快的改變工作程序，適應(yīng)性比較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用3。機(jī)械手集現(xiàn)代各種高新技術(shù)（計(jì)算機(jī)知識(shí)、機(jī)構(gòu)原理、控制理論、信息和傳感技術(shù)、仿生學(xué)、人工智能等）于一身，加以其較高的適

12、應(yīng)行和通用性，被廣泛的研究和制造，形成了一個(gè)信息水平高、市場(chǎng)活躍、應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域。機(jī)械手的創(chuàng)新應(yīng)用程度，標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平。1.2 機(jī)械手的組成（一）機(jī)械手的組成圖1.1 機(jī)械手的組成方框圖控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被抓取工件位置檢測(cè)裝置機(jī)械手主要是由執(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)裝置等組成的。每個(gè)系統(tǒng)之間的相互關(guān)系如方框圖1.1所示。1) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是由手部 、腕部、臂部和立柱等部件組成，有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)還有行走機(jī)構(gòu)。(a) 手部所謂手部，就是與物件相接觸的部分。根據(jù)其與物件的不同接觸方式，可以分成夾持式手部和吸附式手部?jī)深?。夾持式手部主要是由手指和動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的

13、。手指是指與物件直接接觸的部分，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型兩種?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用比較廣泛。平移型手指由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故應(yīng)用較少，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不會(huì)影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍較大的工件。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如電磁吸盤產(chǎn)生的電磁力或真空吸盤內(nèi)形成的負(fù)壓)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有電磁式吸盤和真空式吸盤兩類。對(duì)于質(zhì)量較小面積較大的板料類零件，通常采用負(fù)壓式吸盤來(lái)吸取物料。對(duì)于具有導(dǎo)磁性的環(huán)類和盤類零件，以及板料等，通常用電磁式吸盤吸取物料。用負(fù)壓式吸盤和電磁式吸盤吸取物料時(shí)，吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小

14、，需要根據(jù)其被吸附的物料的形狀、尺寸和重量的大小而確定的。(b) 手腕手腕是連接手部和臂部的重要部件，通過(guò)手腕的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，可以用來(lái)調(diào)整需要被抓取物料的位置，從而適應(yīng)不同的工作需要。(c) 手臂手臂是支承手部及被抓物件的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手部抓取物件，并且按照編定的程序?qū)⑵浒徇\(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手的手臂一般通過(guò)動(dòng)力源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)由手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)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)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。手臂在伸縮或升降運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，為了防止其繞軸線產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要加裝導(dǎo)向裝置，以保證手臂按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承受手臂所受的各種

15、力矩，可以使運(yùn)動(dòng)的工件保持良好的受力狀態(tài)。常見(jiàn)的導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式有：?jiǎn)螆A柱、雙圓柱、四圓柱和燕尾槽、V形槽等。(d) 立柱立柱是支承臂部的部件，立柱既可以獨(dú)立分開(kāi)，也可以是臂部中的一部分，臂部的升降和回轉(zhuǎn)與立柱有關(guān)。機(jī)械手的立柱一般情況下是固定的，有時(shí)也可以橫向移動(dòng)，被稱為可移式立柱。(e) 行走機(jī)構(gòu)實(shí)際使用中，當(dāng)機(jī)械手需要進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者增大機(jī)械手的使用范圍時(shí)，可以在機(jī)座上安裝軌道或者滾輪等行走機(jī)構(gòu)。(f) 機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手組成的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是安裝在機(jī)座上的，它主要起連接和支撐機(jī)械手的作用。2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)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)

16、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)有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等。3) 控制系統(tǒng)機(jī)械手在控制系統(tǒng)的支配下按照設(shè)定的要求動(dòng)作。目前機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般主要是由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。4) 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)的運(yùn)動(dòng)位置反饋給控制系統(tǒng)，并且與指定的位置進(jìn)行比較，然后利用控制系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)定位置。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況由于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)概念的興起，機(jī)械手已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，其現(xiàn)狀與趨勢(shì)大致歸類如下：a.機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)在向模塊化和可重構(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

17、；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)9。b.機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器的方向發(fā)展，使標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度得到提高，控制柜越來(lái)越小，并且采用模塊化的結(jié)構(gòu)；提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性10。c.機(jī)械手中的傳感器作用也越來(lái)越重要，除了采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)械手也采用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)械手則采用了視覺(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)行控制；傳感器之間的相互配合技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)11。d.關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)械手產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化的設(shè)計(jì)。 e.焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作

18、業(yè)的機(jī)械手產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。宏觀來(lái)看，主要是兩大方向：其一是研制具有多傳感器、多控制器、具有復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)與先進(jìn)控制算法的智能機(jī)器人；其二是與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，采用工業(yè)控制器和市場(chǎng)化、模塊化的元件，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上追求經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔與可靠，用來(lái)完成具體任務(wù)的工業(yè)機(jī)器。1.4 本章小結(jié)本章主要介紹了機(jī)械手的概念，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，以及它的基本組成結(jié)構(gòu)，即由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和位置檢測(cè)裝置四部分構(gòu)成，同時(shí)又分別對(duì)這四部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。最后講述了機(jī)械手的發(fā)展概況。3 2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案對(duì)機(jī)械手的基本要求是能快

19、速、準(zhǔn)確地拾放和搬運(yùn)物件，這就要求它們必須具有較高的反復(fù)定位精度、較快的反應(yīng)響應(yīng)能力、足夠的承載能力、足夠的自由度以及占用較小的空間。設(shè)計(jì)機(jī)械手的基本原則是：分析作業(yè)對(duì)象的技術(shù)要求，在滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件下擬定最合理的作業(yè)工序和工藝；明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性等相關(guān)參數(shù)，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)與運(yùn)行過(guò)程的要求；盡量選用市場(chǎng)現(xiàn)有的組件、模塊，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，節(jié)省費(fèi)用。2.1 執(zhí)行部分的選擇執(zhí)行部分的選擇由以下結(jié)構(gòu)分別選定：（一）手部手部是直接與物料接觸的部分，一般采用回轉(zhuǎn)型或者平動(dòng)型結(jié)構(gòu)。手部是抓取物料的部件，它是根據(jù)被抓取物料的形狀、尺寸、重量、材料以及被抓取的要求而有多種結(jié)

20、構(gòu)形式，例如夾持型、吸附型和托持型等結(jié)構(gòu)。其中最常用的抓取類型是吸附型和夾持型，吸附型主要是針對(duì)于一些表面光滑、輕質(zhì)的工件或物料，夾持型主要是針對(duì)圓柱形狀或者是別的一些比較復(fù)雜形狀的工件或物料14。本設(shè)計(jì)中，由于大部分沖壓件為鐵板或者鋁板，沖壓表面基本平整，因此我們選擇吸附型手部，而吸附型手部又可以分成空氣吸盤（主要采用負(fù)壓或者真空）和電磁吸盤兩種，由于空氣吸盤可以與工件柔性接觸，防止表面擦傷，因此在這里我們優(yōu)先考慮使用負(fù)壓式空氣吸盤。（二）腕部腕部是連接手部和臂部的部件，起到支撐和改變手部位置的作用，可以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕具有獨(dú)立的自由度。通常具有回轉(zhuǎn)

21、運(yùn)動(dòng)、左右擺動(dòng)、上下擺動(dòng)等幾種形式。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，也可以不加設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件15。本設(shè)計(jì)中，為了使機(jī)械手手部較為靈活，可以適應(yīng)不同零件位置，因此我們使其具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（三）臂部臂部是機(jī)械手的重要支持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工裝或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部的運(yùn)動(dòng)目的是：把手部隨意的送到運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。一般情況下臂部至少具有三個(gè)自由度才能滿足機(jī)械手運(yùn)動(dòng)基本的要求，即手臂的擺臂、升降、伸縮運(yùn)動(dòng)。手臂的運(yùn)動(dòng)一般是通過(guò)用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它

22、在工作中常常受到腕部、手部以及工件的靜、動(dòng)載荷的作用，而且由于手臂運(yùn)動(dòng)較多，故其受力復(fù)雜16。本設(shè)計(jì)中，我們需要使手臂具有伸縮、左右擺臂和升降的功能。2.2 驅(qū)動(dòng)部分的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是機(jī)械手的重要組成部分。由于動(dòng)力源不同, 可以分為四類：（一）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是通過(guò)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。其特點(diǎn)為：輸出力大、易于保養(yǎng)、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、沖擊力大、定位精度一般、抓取力小。（二）液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以油液壓縮的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、抓取力大。但是這種機(jī)械手

23、對(duì)密封性要求很高、不易于機(jī)械手的保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不適合在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對(duì)其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過(guò)濾要求非常嚴(yán)格，成本高。（三）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手它是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。但是結(jié)構(gòu)較大，保養(yǎng)需求高。（四）電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是指由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。特點(diǎn)是：響應(yīng)速度快，運(yùn)動(dòng)行程長(zhǎng)，定位精度高，并且維護(hù)、使用方便，節(jié)能無(wú)污染。但是其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。工業(yè)機(jī)械手的性價(jià)比一般取決于驅(qū)動(dòng)方案及相應(yīng)零部件的配置。按照各驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)以及機(jī)

24、械手的工作環(huán)境擬除機(jī)械手手部利用氣源空氣吸盤外，其余運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源均選用伺服電機(jī)。2.3 控制方案的確定考慮到機(jī)械手的通用性，我們采用PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程發(fā)生變化時(shí)，只需改變相應(yīng)PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。2.4 機(jī)械手的基本形式選擇常見(jiàn)的機(jī)械手可以根據(jù)臂部的動(dòng)作,按照其坐標(biāo)的形式大概可以分為以下4種： a.直角坐標(biāo)型機(jī)械手；b.圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；c.球坐標(biāo)型機(jī)械手；d.多關(guān)節(jié)型機(jī)械手（見(jiàn)圖2.1）。直角坐標(biāo)型機(jī)械手：主要特點(diǎn)每個(gè)自由度之間的空間夾角為直角，占用空間較大，工作范圍較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手：占用空間較小，工作范圍較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度較高。

25、球坐標(biāo)型機(jī)械手：占用空間較小，自由度較多，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。c.球坐標(biāo)系d.多關(guān)節(jié)型b.圓柱坐標(biāo)系a.直角坐標(biāo)系圖2.1 機(jī)械手基本形式多關(guān)節(jié)型機(jī)械手：與球坐標(biāo)特點(diǎn)相似，自由度更高，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于沖壓機(jī)械手作用是實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)床與沖壓機(jī)床之間加工工件的傳遞，工作空間較小且需要實(shí)現(xiàn)的功能要求自由度比較低，因此結(jié)合以上各種機(jī)械手工作特點(diǎn)，考慮造價(jià)及實(shí)現(xiàn)難易程度，選定機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手。2圖2.2 機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖.5 機(jī)械手主要部件及運(yùn)動(dòng)在選定機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型的基本方案后，由于空間限制，機(jī)械手安放于兩沖床之間需要左右擺臂，同時(shí)能上下升降，前后伸縮，以及使吸附的工件旋轉(zhuǎn)，故機(jī)械手應(yīng)具有4個(gè)自由

26、度即：手腕回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂升降和手臂左右擺臂4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如右圖2.2所示?；跈C(jī)械手的4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)，我們經(jīng)過(guò)定位精度、可編程性、通用性、經(jīng)濟(jì)性等各方面考慮，初步確定：a.機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)采用伺服電機(jī)通過(guò)同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)；b.手臂伸縮采用伺服電機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)滑塊沿直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)伸縮；c.手臂升降采用伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠，使絲杠螺母帶動(dòng)滑塊沿直線導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)；d.手臂左右擺臂采用伺服電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤軸承實(shí)現(xiàn)手臂左右旋轉(zhuǎn)。2.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)（一）機(jī)械手用途：沖壓機(jī)床自動(dòng)上下料（二）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1) 抓重：最大4kg2) 自由度數(shù)：4個(gè)自由度3) 坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)型4) 最大工

27、作半徑：1250mm5) 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍: 360°6) 手臂伸縮參數(shù)：伸縮行程:600mm；伸縮速度:1000mm/s7) 手臂升降參數(shù)：升降行程：350mm；升降速度：200mm/s8) 手臂旋轉(zhuǎn)參數(shù)：旋轉(zhuǎn)范圍：±120°；旋轉(zhuǎn)速度：360°/s2.7 本章小結(jié)本章從宏觀角度對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì)與分析，經(jīng)過(guò)各方面對(duì)比考慮確定了機(jī)械手的基本形式以及自由度，初步確定采用伺服電機(jī)提供動(dòng)力，并列出了機(jī)械手在設(shè)計(jì)中的一些必要的技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以此進(jìn)行。7 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 手腕部分的設(shè)計(jì)手腕位于第二章圖2.2

28、上所示位置，其位于手臂之上，具體結(jié)構(gòu)為伺服電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)同步帶傳遞動(dòng)力給手腕處。3.1.1 手腕處軸承的選擇計(jì)算條件:根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要擬選用內(nèi)徑為d=25mm的深溝球軸承，轉(zhuǎn)速約30r/min，其徑向載荷約Fr=100N，軸向載荷約（包括額定抓重與其手部重量等），工作壽命（為機(jī)器總設(shè)計(jì)壽命，系數(shù)0.5為在工作時(shí)間內(nèi)手腕工作的時(shí)間所占比例）。設(shè)計(jì)計(jì)算：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（成大先第五版）軸承選型表，試選取軸承代號(hào)61805，d=25mm，基本額定動(dòng)載荷，滾珠直徑為，滾珠數(shù)量為，基本額定靜載荷。, 查表得：軸徑載荷比，X=0.56，Y=2.022，徑向當(dāng)量動(dòng)載荷：查表得：沖擊載荷因數(shù)為，溫度因數(shù)為，

29、速度因數(shù)為，壽命因數(shù)為，力矩載荷因數(shù)為軸承61805的動(dòng)載荷，故選取合適。校核軸承的額定靜載荷：，取，取，故軸承61805滿足要求。3.1.2 手腕驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與減速器的選擇由于結(jié)構(gòu)的限制擬采用伺服電機(jī)帶動(dòng)減速器，減速器通過(guò)安裝的同步帶輪傳動(dòng)至手腕處。計(jì)算條件：手腕處加以抓重預(yù)估計(jì)重量為，估計(jì)工件直徑，手腕處轉(zhuǎn)速最高。設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：假設(shè)減速器連同同步帶輪總共減速比為,則折算到伺服電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。按照負(fù)載慣量3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則：查相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)，選用電機(jī)，則, , ，取校核輸出轉(zhuǎn)速：，滿足要求。因?yàn)槭褂脳l件扭矩很小，故忽略扭矩計(jì)算。考慮盡可能選取級(jí)數(shù)較低的減速器，以便減少重量

30、以及空間占用量，同時(shí)保證較高的精度，根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇一級(jí)減速器直角型，查相關(guān)手冊(cè)，一級(jí)減速器最高減速比為，故應(yīng)設(shè)計(jì)同步帶輪減速比為。3.1.3 傳動(dòng)同步帶的選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算條件：由上一節(jié)知，同步帶輪減速比為2，工件由靜止加速至轉(zhuǎn)速30r/min即其角速度為時(shí)，大約需要時(shí)間為，則所需要做的功為平均功率，最大功率約為。設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算設(shè)計(jì)功率(為工況系數(shù)）擬選用圓弧型同步帶，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，由及,選擇帶節(jié)距為的同步帶。確定小帶輪齒數(shù)：，查相關(guān)圖表，最少齒數(shù)為，根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)選擇小帶輪齒數(shù)為。小帶輪節(jié)圓直徑帶速：（為允許最大轉(zhuǎn)速），故帶速齒數(shù)合適。由傳動(dòng)比，得大帶輪齒數(shù)大輪節(jié)圓直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)需要初定中

31、心距約為，9 則初定帶節(jié)線長(zhǎng)度查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得同步帶節(jié)圓長(zhǎng)，齒數(shù)。為使得同步帶可以良好配合于帶輪，故將其設(shè)計(jì)為中心距可調(diào)的結(jié)構(gòu)，則實(shí)際中心距小帶輪嚙合齒數(shù)，故選擇合適。查表得基準(zhǔn)額定功率，查表得圓弧齒帶長(zhǎng)系數(shù),小齒輪嚙合系數(shù)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得基準(zhǔn)帶寬，故帶寬查相應(yīng)表格，選定帶寬為15mm。相應(yīng)同步帶輪根據(jù)結(jié)構(gòu)等參數(shù)可見(jiàn)附圖。3.1.4 手腕部分小結(jié)圖3.1 機(jī)械手手腕處結(jié)構(gòu)本章對(duì)機(jī)械手手腕部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算選擇了手腕處軸承，同步帶，電機(jī)，減速機(jī)以及完成了同步帶輪的設(shè)計(jì)，同時(shí)用SolidWorks繪制了其相應(yīng)三維圖如圖3.1，并畫(huà)出了部分二維圖紙（見(jiàn)附圖）。11 圖3.2速度時(shí)間關(guān)系圖3.2

32、 手臂伸縮部分的設(shè)計(jì)3.2.1 直線導(dǎo)軌與滑塊的選擇計(jì)算條件：由上一章計(jì)算選型結(jié)果可知工件連同手腕組件質(zhì)量為，伺服電機(jī)與減速機(jī)質(zhì)量，滑塊上固定板質(zhì)量約。按設(shè)計(jì)要求，滑塊的最大速度，滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)由靜止至最大速度時(shí)間，勻速時(shí)間，減速時(shí)間，運(yùn)動(dòng)行程，加速度，；距離，圖3.3 手臂伸縮結(jié)構(gòu)示意圖，。速度時(shí)間關(guān)系圖如圖3.2所示，基本結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示。設(shè)計(jì)計(jì)算：由已知條件可計(jì)算出，。（一）每個(gè)滑塊負(fù)荷的大小計(jì)算1) 等速時(shí)，徑向負(fù)荷大小2) 左行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小11 3) 左行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大小4) 右行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小5) 右行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大?。ǘ┑刃ж?fù)荷的計(jì)算1) 等速時(shí)1311

33、2) 左行加速時(shí)3) 左行減速時(shí)4) 右行加速時(shí)5) 右行減速時(shí)（三）擬選用導(dǎo)軌滑塊型號(hào)為H20FN（TBI直線導(dǎo)軌手冊(cè)） 基本額定動(dòng)負(fù)荷：,基本額定靜負(fù)荷：。（四）靜安全系數(shù)計(jì)算由以上計(jì)算可以得知，最大等效負(fù)載為,故安全系數(shù)應(yīng)為：（五）每個(gè)滑塊的平均負(fù)荷計(jì)算（六）額定壽命的計(jì)算表3.1 負(fù)載系數(shù)振動(dòng)·沖擊速度（V）振動(dòng)（G）微 小 大 查負(fù)載系數(shù)表3.1，取負(fù)載系數(shù) 。根據(jù)直線導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式，分別計(jì)算各導(dǎo)軌滑塊的壽命如下：故直線導(dǎo)軌的壽命為：。按每分鐘往復(fù)次數(shù)，折算成壽命時(shí)間為：滿足需求。3.2.2 傳動(dòng)同步帶選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)傳動(dòng)同步帶的選擇根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)情況選為：周節(jié)制

34、帶L型，帶寬為19.1mm。相應(yīng)帶輪根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)需要的設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖。3.2.3圖3.4 伸縮軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 伺服電機(jī)的選擇與傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算條件：由上幾節(jié)計(jì)算，導(dǎo)軌滑塊上移動(dòng)單位質(zhì)量共約，運(yùn)輸同步帶輪直徑為，負(fù)載與滑臺(tái)摩擦系數(shù)，電機(jī)處帶輪齒數(shù)比為，負(fù)載最高速度，加速度。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示：設(shè)計(jì)計(jì)算：（一）計(jì)算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按照負(fù)載慣量3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則，則（二）計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩克服摩擦力所需要轉(zhuǎn)矩加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩,最大扭矩。（三）計(jì)算電機(jī)所需轉(zhuǎn)速根據(jù)以上計(jì)算分析，結(jié)合結(jié)構(gòu)實(shí)際選擇ECMA-C0807.電機(jī)處傳動(dòng)同步帶型號(hào)為：圓弧型5M,帶寬20mm。

35、相應(yīng)帶輪結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖。3.2.4 手臂伸縮部分小結(jié)本章對(duì)機(jī)械手手臂的伸縮部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。結(jié)合計(jì)算對(duì)同步帶，電機(jī)等進(jìn)行了選型，以及結(jié)合實(shí)際對(duì)帶輪進(jìn)行了設(shè)計(jì)。然后用Solidworks畫(huà)出三維圖見(jiàn)圖3.5,用AutoCAD畫(huà)出二維圖（見(jiàn)附圖）。圖3.5 機(jī)械手手臂伸縮部分3.3 手臂升降部分的設(shè)計(jì)3.3.1 滾珠絲杠的選擇圖3.7 運(yùn)轉(zhuǎn)速度時(shí)間圖圖3.6 垂直結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)條件：移動(dòng)物重量約，最大運(yùn)動(dòng)行程為，最大移動(dòng)速度為，要求壽命，摩擦系數(shù)，加速時(shí)間，勻速時(shí)間，減速時(shí)間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，運(yùn)轉(zhuǎn)條件分別如上圖3.6和圖3.7所示。設(shè)計(jì)計(jì)算：(一）容許軸向負(fù)荷計(jì)算設(shè)向上為正1) 等加速度下降時(shí)2) 等速下降時(shí)3)

36、等減速下降時(shí)4) 等加速上升時(shí)5) 等速上升時(shí)6) 等減速上升時(shí)最大軸向負(fù)荷發(fā)生于等加速上升的區(qū)段（二）基本動(dòng)額定負(fù)荷計(jì)算表3.2 運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程明細(xì)表運(yùn)轉(zhuǎn)條件軸向負(fù)荷（N）平均轉(zhuǎn)速（rpm)使用時(shí)間（s）加速下降12000.1等速下降24001.65減速下降12000.1加速上升12000.1等速上升24001.65減速上升12000.1平均負(fù)荷平均轉(zhuǎn)速由設(shè)計(jì)條件：疲勞壽命要求為20000小時(shí)此為普通運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，故動(dòng)額定負(fù)荷（三）基本靜額定負(fù)荷計(jì)算（其中）考慮設(shè)計(jì)條件和經(jīng)濟(jì)性等選擇滾珠絲杠型式：SFI02505-4，軸頸25mm，導(dǎo)程5mm。3.3.2 伺服電機(jī)的選擇（一）慣性矩1) 絲桿軸2) 可

37、動(dòng)部3) 傳動(dòng)件慣性矩總和（二）驅(qū)動(dòng)扭矩的計(jì)算1) 外部負(fù)荷造成的摩擦扭矩(a) 等加速下降時(shí)(b) 等速度下降時(shí)(c) 等減速度下降時(shí)(d) 等加速度上升(e) 等速度上升(f) 等減速度上升時(shí)2) 角加速度造成的慣性扭矩?cái)M選用型號(hào)ECMA-C0807伺服電機(jī)，其。3) 總扭矩(a) 等加速下降時(shí)：(b) 等速下降時(shí)：(c) 等減速下降時(shí)：(d) 等加速上升時(shí)：(e) 等速上升時(shí)：(f) 等減速上升時(shí)：最大扭矩發(fā)生在等加速上升時(shí)故選型合適。3.3.3 光軸與直線軸承的選擇在本機(jī)械手結(jié)構(gòu)中，由于光軸主要起導(dǎo)向和抑制偏載作用，提升重量取決于絲杠負(fù)載，與軸無(wú)關(guān)。且負(fù)載重心與絲杠中心基本重疊的；行程

38、相對(duì)較小；絲杠和軸兩端固定安裝的；絲杠與軸平行性較好。故光軸的選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定為20mm至30mm，考慮到支撐軸中間可以穿入電線或其他線纜，同時(shí)可以減輕機(jī)械重量，經(jīng)反復(fù)討論，選定為下部支撐光軸采用直徑30mm，內(nèi)徑20mm的空心光軸，長(zhǎng)度為500mm；上部支撐光軸采用直徑25mm，內(nèi)徑15mm的空心光軸，長(zhǎng)度為500mm。相應(yīng)直線軸承根據(jù)結(jié)構(gòu)確定為L(zhǎng)M30與LM25。3.3.4 手臂升降部分小結(jié)主要通過(guò)計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)等形式對(duì)機(jī)械手的手臂升降部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括滾珠絲杠的選型，伺服電機(jī)的選型，以及直線光軸的確定等。然后用Solidworks畫(huà)出三維圖見(jiàn)圖3.8，用AutoCAD畫(huà)出部分零件二維圖

39、（見(jiàn)附圖）。圖3.8 機(jī)械手手臂升降部分圖3.9 整體結(jié)構(gòu)圖3.4 手臂旋轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)3.4.1 轉(zhuǎn)盤軸承的選擇計(jì)算條件：由以上計(jì)算有，,，.其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.9所示：設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算機(jī)械手轉(zhuǎn)盤軸承處需要靜負(fù)荷與傾覆力矩（安全系數(shù)）靜負(fù)荷：傾覆力矩：由于其轉(zhuǎn)速不高，而且考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)，經(jīng)討論選用四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承，內(nèi)徑135mm，外徑234mm，高38mm。3.4.2 伺服電機(jī)的選擇以及減速比的確定根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)結(jié)合三維軟件輔助設(shè)計(jì)，確定為轉(zhuǎn)盤軸承上安裝齒輪的形式驅(qū)動(dòng)，通過(guò)多次繪圖模擬確定，轉(zhuǎn)盤軸承上齒輪模數(shù)為2，齒數(shù)為120個(gè)；驅(qū)動(dòng)齒輪模數(shù)為2，齒數(shù)為20個(gè)。為降低整機(jī)零件的多重性，故擬選擇伺服電

40、機(jī)為750W,與上一樣，此時(shí)假設(shè)伺服電機(jī)減速器的減速比為R。計(jì)算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：按照負(fù)載慣量3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則，則故選擇減速比為7的伺服減速機(jī)。3.4.3 手臂旋轉(zhuǎn)部分小結(jié)結(jié)合設(shè)計(jì)軟件，計(jì)算確定了手臂旋轉(zhuǎn)所使用的轉(zhuǎn)盤軸承，齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)，以及相應(yīng)減速器。然后用Solidworks畫(huà)出三維圖見(jiàn)圖3.10,用AutoCAD畫(huà)出部分二維圖（見(jiàn)附圖）。圖3.10 機(jī)械手手臂旋轉(zhuǎn)部分3311 4 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 氣壓系統(tǒng)的工作原理圖 圖4.1 氣壓系統(tǒng)工作原理圖機(jī)械手的氣壓系統(tǒng)工作原理由上圖4.1所示，壓縮空氣通過(guò)快速接頭接入機(jī)械手內(nèi)的氣動(dòng)三聯(lián)件（空氣過(guò)濾器

41、、減壓閥和油霧器），而氣體的通斷靠常閉電磁閥控制，當(dāng)電磁閥通電時(shí)，氣閥接通，壓縮氣體經(jīng)真空發(fā)生器通過(guò)消聲器向外排出，而此時(shí)真空發(fā)生器的另一端產(chǎn)生負(fù)壓，促使空氣由真空吸盤吸入，從而將工件吸住，達(dá)到取料的目的。而圖中的壓力傳感器則用于檢測(cè)真空吸盤處的壓力值，及時(shí)反饋給PLC，以便確定是否吸料成功，從而達(dá)到不丟件的目的。4.2 氣動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)部件的選擇在滿足材料使用質(zhì)量功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能選擇性價(jià)比較高的產(chǎn)品。對(duì)此，我們經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查選定：氣動(dòng)三聯(lián)件品牌為YOLON/元隆，型號(hào)為AC4000-04；電磁閥OLK，型號(hào)為3V410-15；真空發(fā)生器規(guī)格為CV-20LS；壓力傳感器品牌SUNX松下神視，規(guī)

42、格為DP-101；真空吸盤規(guī)格PFYK-30-S。5 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 機(jī)械手的工藝過(guò)程機(jī)械手的工作除吸料外均由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分析工藝過(guò)程，一般將機(jī)械手放于兩沖壓機(jī)床之間，機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)（原點(diǎn)應(yīng)在兩機(jī)床之間以防止回零時(shí)發(fā)生碰撞），按下啟動(dòng)后按扭后，機(jī)械手將原點(diǎn)上升左（右）擺下降吸料上升右（左）擺下降放料上升左擺到原點(diǎn),動(dòng)作完成一個(gè)工作周期。機(jī)械手的下降、上升、右擺、左擺等動(dòng)作轉(zhuǎn)換以及吸放料，都是由PLC來(lái)控制的。為了確保安全，機(jī)械手吸料到位后，必須在沖壓機(jī)床沖壓完上一工件時(shí)才能繼續(xù)實(shí)現(xiàn)放料，若上次搬到?jīng)_床上的工件尚未沖壓完畢，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。為此

43、設(shè)置了一個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，以檢測(cè)“沖床待工”信號(hào)。為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。a.手動(dòng)工作方式：利用按鈕對(duì)機(jī)械手相應(yīng)動(dòng)作進(jìn)行控制。例如，按下“左擺” 按鈕，機(jī)械手向左擺臂；按下“右擺”按鈕，機(jī)械手向右擺臂。手動(dòng)操作主要用于調(diào)整機(jī)械手的工作位置以及緊急停車后控制機(jī)械手使其返回原點(diǎn)。b.單步運(yùn)行方式：從原點(diǎn)開(kāi)始，按照程序的順序，每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作，直至完成所有動(dòng)作。c.單周期運(yùn)行方式：按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手按工序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，返回原點(diǎn)后停止。d.連續(xù)運(yùn)行方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)

44、工作，在連 續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)：.正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手在完成當(dāng)前工作周期的工作后，自動(dòng)返回原點(diǎn)并停車；.緊急停車：在發(fā)生事故或出現(xiàn)緊急狀況時(shí)停車。當(dāng)按下緊急停車按鈕，機(jī)械手隨即停止于當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除以后，需要手動(dòng)操作機(jī)械手回到原點(diǎn)。5.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)主要硬件的選擇（一）根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)選擇 PLC 型號(hào)1) 輸入信號(hào)位置檢測(cè)信號(hào)：1.上下軸有下限、原點(diǎn)、上限三個(gè)接近開(kāi)關(guān)；2.擺臂軸有左限位、原點(diǎn)、右限位三個(gè)接近開(kāi)關(guān)；3.伸縮軸有原點(diǎn)一個(gè)接近開(kāi)關(guān)；4.旋轉(zhuǎn)軸有原點(diǎn)一個(gè)接近開(kāi)關(guān)。故共需要8個(gè)輸入端子?！皼_床待工”信號(hào)：用接近開(kāi)關(guān)作檢測(cè)元件，需要1

45、個(gè)端子。“工作方式”選擇開(kāi)關(guān)：有手動(dòng)、單步、單周期和連續(xù) 4 種工作方式，需要4個(gè)輸入端子（如果采用人機(jī)界面，則此端子可忽略）。手動(dòng)操作：需要有下降、上升、右擺、左擺、伸出、收縮、吸料、放料8個(gè)按鈕，由于吸料、放料只需通斷電，故其只需一個(gè)端子，所以共需要7個(gè)輸入端子（如果采用人機(jī)界面，則此端子可忽略）。自動(dòng)工作：尚需啟動(dòng)、正常停車、緊急停車3個(gè)按鈕，由于緊急停車的特殊性，必須引出端子，也需要3個(gè)輸入端子（如果采用人機(jī)界面，則此端子可忽略，則只需1個(gè)端子）。以上共需要23個(gè)輸入端子（或者10個(gè)輸入端子）。另外，由于采用伺服電機(jī)，必須有伺服反饋，如伺服啟動(dòng)完畢，零速度檢出，遠(yuǎn)點(diǎn)回歸完成，目標(biāo)位置到

46、達(dá)，異常報(bào)警等信號(hào)，共4組，需要端子20個(gè)。2) 輸出信號(hào)PLC 的輸出用于控制機(jī)械手的下降、上升、右擺、左擺、伸出、收縮、吸料、放料以及四個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制等，共需要20個(gè)輸出點(diǎn)。機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始工作，需要一個(gè)原點(diǎn)指示燈，也需要1個(gè)輸出點(diǎn)，共需要4個(gè)輸出點(diǎn)（如果采用人機(jī)界面，則此端子可忽略）。機(jī)械手報(bào)警需要一個(gè)指示燈，需要1個(gè)端子。共需要25個(gè)（或者21個(gè)）。由于機(jī)械手的控制屬于開(kāi)關(guān)量控制，在功能上要求可以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。因此選擇臺(tái)達(dá)品牌PLC以跟伺服電機(jī)跟好匹配,根據(jù)所需的 I/O 總點(diǎn)數(shù)并留有一定的備用量，可選用型號(hào)為DVP64EH00T，其輸入和輸出各32點(diǎn)，晶體管輸出型。（二）伺服電

47、機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇根據(jù)前幾章設(shè)計(jì)選擇的伺服電機(jī)，選擇與之匹配的伺服驅(qū)動(dòng)器。即型號(hào)為ECMA-C20602的400W伺服電機(jī)配以型號(hào)為ASD-B2-0221-B的伺服驅(qū)動(dòng)器；型號(hào)為ECMA-C0807的750W伺服電機(jī)配以型號(hào)為ASD-B2-0721-B的伺服驅(qū)動(dòng)器。其中，400W伺服一臺(tái)需要ASD-B2-0221-B的伺服驅(qū)動(dòng)器一臺(tái)；750W伺服電機(jī)三臺(tái)需要ASD-B2-0721-B的伺服驅(qū)動(dòng)器三臺(tái)。（三）人機(jī)界面的選擇考慮市場(chǎng)采購(gòu)環(huán)境，從同一經(jīng)銷商處購(gòu)買商品比較受優(yōu)惠，選用臺(tái)達(dá)人機(jī)觸摸屏界面型號(hào)為DOP-B05S111的5.7寸觸摸屏。5.3 PLC控制伺服電機(jī)范例下面以臺(tái)達(dá)ASDA伺服簡(jiǎn)單定位

48、演示系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)單說(shuō)明一下PLC如何控制臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)。（一）控制要求1) 由臺(tái)達(dá)PLC和伺服電機(jī)組成一個(gè)簡(jiǎn)單的定位控制演示系統(tǒng)。通過(guò)PLC發(fā)送脈沖控制伺服，實(shí)現(xiàn)原點(diǎn)回歸、相對(duì)定位和絕對(duì)定位功能的演示。圖5.1 定位示系統(tǒng)2) 監(jiān)控畫(huà)面：原點(diǎn)回歸、相對(duì)定位、絕對(duì)定位。演示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如上圖5.1所示。（二）元件說(shuō)明表5.1 PLC軟元件說(shuō)明表PLC軟元件說(shuō)明M0原點(diǎn)回歸開(kāi)關(guān)M1正轉(zhuǎn)10圈開(kāi)關(guān)M2反轉(zhuǎn)10圈開(kāi)關(guān)M3坐標(biāo)400000開(kāi)關(guān)M4坐標(biāo)-50000開(kāi)關(guān)M10伺服啟動(dòng)開(kāi)關(guān)M11伺服異常復(fù)位開(kāi)關(guān)M12暫停輸出開(kāi)關(guān)（PLC脈沖暫停輸出）M13伺服緊急停止開(kāi)關(guān)X0正轉(zhuǎn)極限傳感器X1反轉(zhuǎn)極限傳感器X2D

49、OG（近點(diǎn)）信號(hào)傳感器X3來(lái)自伺服的啟動(dòng)準(zhǔn)備完畢信號(hào)（對(duì)應(yīng)M20）X4來(lái)自伺服的零速度檢出信號(hào)（對(duì)應(yīng)M21）X5來(lái)自伺服的原點(diǎn)回歸完成信號(hào)（對(duì)應(yīng)M22）X6來(lái)自伺服的目標(biāo)位置到達(dá)信號(hào)（對(duì)應(yīng)M23）X7來(lái)自伺服的異常報(bào)警信號(hào)（對(duì)應(yīng)M24）Y0脈沖信號(hào)輸出Y1伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)輸出Y4清除伺服脈沖計(jì)數(shù)寄存器信號(hào)Y6伺服啟動(dòng)信號(hào)Y7伺服異常復(fù)位信號(hào)Y10伺服電機(jī)正方向運(yùn)轉(zhuǎn)禁止信號(hào)Y11伺服電機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)禁止信號(hào)Y12伺服緊急停止信號(hào)M20伺服啟動(dòng)完畢狀態(tài)M21伺服零速度狀態(tài)M22伺服原點(diǎn)回歸完成狀態(tài)M23伺服目標(biāo)位置到達(dá)狀態(tài)M24伺服異常報(bào)警狀態(tài)（三）臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)必要設(shè)置表5.2 臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)

50、動(dòng)參數(shù)設(shè)置表參數(shù)設(shè)置值說(shuō)明P0-022伺服面板顯示脈沖指令脈沖計(jì)數(shù)P1-002外部脈沖輸入形式設(shè)置為脈沖+方向P1-010位置控制模式（命令由外部端子輸入）P2-10101當(dāng)DI1=On時(shí)，伺服啟動(dòng)P2-11104當(dāng)DI2=On時(shí)，清除脈沖計(jì)數(shù)寄存器P2-12102當(dāng)DI3=On時(shí)，對(duì)伺服進(jìn)行異常重置P2-13122當(dāng)DI4=On時(shí)，禁止伺服電機(jī)正方向運(yùn)轉(zhuǎn)P2-14123當(dāng)DI5=On時(shí)，禁止伺服電機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)P2-15121當(dāng)DI6=On時(shí)，伺服電機(jī)緊急停止P2-160無(wú)功能P2-170無(wú)功能P2-18101當(dāng)伺服啟動(dòng)準(zhǔn)備完畢，DO1=OnP2-19103當(dāng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，DO2=OnP

51、2-20109當(dāng)伺服電機(jī)完成原點(diǎn)回歸后，DO3=OnP2-21105當(dāng)伺服到達(dá)目標(biāo)位置后，DO4=OnP2-22107當(dāng)伺服報(bào)警時(shí)，DO5=On 當(dāng)出現(xiàn)伺服因參數(shù)設(shè)置錯(cuò)亂而導(dǎo)致不能正常運(yùn)行時(shí)，可先設(shè)置P2-08=10（回歸出廠設(shè)置值），重新上電后再按照上表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。（四）PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器硬件接線圖圖5.2 PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器硬件接線圖（五）PLC控制程序控制程序如下圖5.3所示：圖5.3 PLC控制程序圖（六）程序說(shuō)明1) 電機(jī)通電以后，如果檢測(cè)沒(méi)有警報(bào)信號(hào)，則X3=On，按下伺服啟動(dòng)按鈕，M10=On，此時(shí)伺服啟動(dòng)。2) 按下回零按鈕時(shí)，M0=On，伺服執(zhí)行回零動(dòng)作，當(dāng) DOG 信號(hào)

52、X2 由 OffOn 變化時(shí)，電機(jī)以 5KHZ 的寸動(dòng)速度回到原點(diǎn)，當(dāng) DOG 信號(hào)由 OnOff 變化時(shí)，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，回零完成。3) 按下正轉(zhuǎn) 10 圈按鈕，M1=On，伺服電機(jī)執(zhí)行相對(duì)定位動(dòng)作，伺服電機(jī)正方向旋轉(zhuǎn) 10 圈后停止運(yùn)轉(zhuǎn)。4) 按下反轉(zhuǎn) 10 圈按鈕，M2=On，伺服電機(jī)執(zhí)行相對(duì)定位動(dòng)作，伺服電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn) 10 圈后停止運(yùn)轉(zhuǎn)。5) 按下坐標(biāo) 400000按鈕，M3=On，伺服電機(jī)執(zhí)行絕對(duì)定位動(dòng)作，到達(dá)絕對(duì)目標(biāo)位置400,000處后停止。6) 按下坐標(biāo)-50000按鈕，M4=On，伺服電機(jī)執(zhí)行絕對(duì)定位動(dòng)作，到達(dá)絕對(duì)目標(biāo)位置-50,000處后停止。7) 如果工作物接觸到正向

53、極限傳感器，X0=On，Y10=On，伺服電機(jī)立即停止正轉(zhuǎn)，同時(shí)伺服異常報(bào)警（M24=On）。8) 如果工作物接觸到反向極限傳感器，X1=On，Y11=On，伺服電機(jī)立即停止正轉(zhuǎn)，且伺服異常報(bào)警（M24=On）。9) 當(dāng)出現(xiàn)伺服異常報(bào)警后，需要按下伺服異常復(fù)位開(kāi)關(guān)，此時(shí)，M11=On，伺服異常報(bào)警信息解除，只有解除警報(bào)，伺服才能繼續(xù)執(zhí)行回零和定位的動(dòng)作。10) 當(dāng)按下 PLC 脈沖暫停輸出按鈕，M12=On，PLC 暫停輸出脈沖，此時(shí)，脈沖輸出個(gè)數(shù)會(huì)保持在寄存器內(nèi)，當(dāng) M12=Off 時(shí)，會(huì)在原來(lái)輸出個(gè)數(shù)基礎(chǔ)上，繼續(xù)輸出未完成的脈沖。11) 當(dāng)按下伺服緊急停止按鈕時(shí)，M13=On，伺服立即停止

54、運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng) M13=Off 時(shí)，即使相關(guān)動(dòng)作沒(méi)有完成，伺服將不會(huì)繼續(xù)進(jìn)行后面的動(dòng)作。12) 程序中使用 M1346 指令的目的是保證伺服完成回零動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)控制 Y4 輸出一個(gè)20ms的伺服脈沖計(jì)數(shù)寄存器清零信號(hào)，使伺服面板顯示的數(shù)值為0（對(duì)應(yīng)伺服 P0-02 參數(shù)需設(shè)置為 0）。13) 程序中使用 M1029 指令來(lái)復(fù)位 M0M4，保證一個(gè)定位動(dòng)作完成（M1029=On），該定位指令的執(zhí)行條件變?yōu)?Off，保證下一次按下定位執(zhí)行相關(guān)開(kāi)關(guān)時(shí)定位動(dòng)作能正確執(zhí)行。14) 組件說(shuō)明中作為開(kāi)關(guān)及伺服狀態(tài)顯示的M裝置可利用臺(tái)達(dá)DOP-A人機(jī)界面來(lái)設(shè)計(jì)，或利用WPLSoft來(lái)設(shè)定。5.4 機(jī)械手操作過(guò)程簡(jiǎn)述機(jī)械手操作流程如下圖5.4所示：圖5.4 機(jī)械手操作流程圖簡(jiǎn)敘一下操作流程：首先開(kāi)機(jī)接通機(jī)械手電源，檢查機(jī)械手是否有異常響動(dòng)，如果有異常響動(dòng)，則停機(jī)檢查以免出現(xiàn)事故；如果檢查無(wú)異?，F(xiàn)象，