四自由度上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文四自由度上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)

2、計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳荨Ｗ髡吆灻?日 期：摘 要在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，大改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。本文通過對(duì)機(jī)械手的組成和分類，與國外的發(fā)展?fàn)顩r的了解，對(duì)本課題任務(wù)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)。確定了機(jī)械手用四個(gè)自由度和圓柱坐標(biāo)型式。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)；以與設(shè)計(jì)了機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手伸縮，升降，兩個(gè)回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度與手爪的開合。驅(qū)動(dòng)方式由液壓缸來實(shí)現(xiàn)手臂伸縮和升降，手臂旋轉(zhuǎn)和

3、手腕旋轉(zhuǎn)。運(yùn)用了FX 系列可編程序控制器（PLC）對(duì)上下料機(jī)械手進(jìn)行控制, 論述了電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì), 控制軟件結(jié)構(gòu)以與手動(dòng)控制程序和自動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，液壓缸，可編程序控制器AbstractIn mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively so that the labor condition of worker has been greatly improved , labor productivity raised notably, the step of in

4、dustrial production mechanization and automation realized rapidly. This article through to manipulator's composition and the classification, and the domestic and foreign development condition's understanding, has carried on the overall concept design to this topic duty. Had determined the ma

5、nipulator uses four degrees-of-freedom and the circular cylindrical coordinate pattern.Designed manipulator gripper-type hand structure; and design of the overall structure of the mechanical hand to realize the mechanical hand stretching, lifting, turning two of four degrees of freedom, and the open

6、ing and closing gripper. Driven approach to achieve by the hydraulic cylinder and lift arm stretching, arm rotation and wrist rotation.The paper illustrates that the control of the upper and lower material by means of the PLC and also includes the hardware design of the electric control system, the

7、control software structure and the design of the manual and automatic control program.Key words:manipulator,Hydraulic cylinder, PLC目 錄1.緒言-4 1.1機(jī)械手的概述-4 1.2國外機(jī)械手的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)-5 1.3本課題設(shè)計(jì)要求-62.機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算-7 2.1手部結(jié)構(gòu)-7 2.2機(jī)械手手抓設(shè)計(jì)計(jì)算-7 2.3夾緊液壓缸的設(shè)計(jì)-10 2.4彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算-113.腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算-14 3.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求-14 3.2腕部的結(jié)構(gòu)以與選擇-14 3

8、.3腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算-144.臂部的設(shè)計(jì)與有關(guān)的計(jì)算-19 4.1手臂的設(shè)計(jì)要求-19 4.2伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)-19 4.3導(dǎo)向裝置-235.機(jī)械手腰部和機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算-24 5.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-24 5.2控制手臂上下移動(dòng)的腰部液壓缸的設(shè)計(jì)-24 5.3導(dǎo)向裝置-27 5.4平衡裝置-27 5.5機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)-276.液動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-29 6.1液壓傳動(dòng)工作原理圖-297.機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-31 7.1可編程序控制器的選擇與工作過程-31 7.2可編程序控制器的使用步驟-32 7.3機(jī)械手可編程序控制器控制方案-32結(jié)論和展望參考文獻(xiàn)1 緒言在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用

9、途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人工的繁雜勞動(dòng)，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。1.1 機(jī)械手的概述機(jī)械手的組成：能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型

10、、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。1.1.1機(jī)械手的種類機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。1.1.2機(jī)械手的特點(diǎn)(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(

11、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10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。(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);國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。(3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(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、力覺等傳感器，而遙控

12、機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模與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)境中的感覺來操縱機(jī)器人。1.2國外機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各

13、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以與根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以與具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以與點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制

14、具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以與微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指的敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊S

15、著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.3本課題設(shè)計(jì)要求1.3.1本課題預(yù)計(jì)達(dá)到的目的本課題研究了國外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了上料機(jī)械手的搬運(yùn)的工作的原理。在此基礎(chǔ)上，確定了上料搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)工作。運(yùn)用液壓傳動(dòng)的技術(shù)和PLC的控制系統(tǒng)來對(duì)上料搬運(yùn)機(jī)械手來實(shí)施控制，進(jìn)而分析它的運(yùn)動(dòng)過程，來完成最后的機(jī)械手設(shè)計(jì)。1.3.2本課題的關(guān)鍵

16、理論和技術(shù)機(jī)械原理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)和PLC控制等。1.3.3本課題的技術(shù)方案（技術(shù)路線、技術(shù)措施）運(yùn)用液壓傳動(dòng)來控制機(jī)械手的放松，伸縮，升降，回轉(zhuǎn)，橫移和抓緊等自由度，最后運(yùn)用PLC來編程來實(shí)施各自由度的總控制。1.3.4本課題要解決的主要問題和技術(shù)的關(guān)鍵1）.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、機(jī)械制圖等2）.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：液壓傳動(dòng)3）.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：PLC技術(shù)1.3.4本課題可能遇到的困難與應(yīng)對(duì)措施1）.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不合理，應(yīng)對(duì)的措施：做完后腰與時(shí)給老師審核，然后進(jìn)行其他方面的設(shè)計(jì)。2）.計(jì)算與校核方面的不合理，應(yīng)對(duì)的措施：計(jì)算要有相當(dāng)?shù)膰?yán)密性，并且要合理的應(yīng)

17、用公式，不要亂用公式。做完要仔細(xì)的校核，同時(shí)也要有相當(dāng)?shù)哪托摹?）.文獻(xiàn)翻譯的不合理，應(yīng)對(duì)措施：要多翻課外的參考資料，不懂就要查字典?；蛘咦约河X得翻得不夠好就找專業(yè)的英文老師來教導(dǎo)。4）.作圖方面的不合理，應(yīng)對(duì)措施：要熟悉自己的作圖軟件并且作圖時(shí)要仔細(xì)。5）.控制方面的不合理，應(yīng)對(duì)措施：要畫出T形圖、方框圖，然后再進(jìn)行合理的編程。2 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算21 手部結(jié)構(gòu)四自由度液動(dòng)機(jī)械手采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，由手抓和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式多樣，有楔塊杠桿式、滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、左右旋絲杠平移型 等，本設(shè)計(jì)采用滑槽杠桿式的傳力機(jī)構(gòu)。2.1.1端執(zhí)行器的要求1)不論

18、是夾持或是吸附，末端執(zhí)行器需具有滿足作業(yè)要求的的足夠的夾持力和所需的夾持位置精度。2）應(yīng)盡可能使末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡單，緊湊、重量輕，以減輕手臂的負(fù)荷。專用的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)簡單，工作效率高，而能完成多種作業(yè)的萬能末端執(zhí)行器可能具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用昂貴的缺點(diǎn)，因此提倡設(shè)計(jì)可快速更換的系列化、通用化專用末端執(zhí)行器。2.1.2手爪的分類和選取工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的機(jī)械式夾持器多為雙指手爪式，按其手爪的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型?；剞D(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可分為外夾式和撐式，按驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種?；剞D(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變化時(shí)，將引起工件的軸心偏移

19、。這個(gè)偏移量稱為夾持誤差。平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置，但其架構(gòu)復(fù)雜，體積大，制造精度要求高。當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械式夾持器式，在滿足工件定位精度要求的條件下，盡可能采用結(jié)構(gòu)較簡單的回轉(zhuǎn)型夾持器。結(jié)合機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求：手爪開合角為60度，且能夠抓取重約6kg的圓柱形鐵質(zhì)工件。所以本設(shè)計(jì)采用雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式手爪。2.2機(jī)械手手爪設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1 手爪的力學(xué)分析下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖2.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。圖2.1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指 2銷軸 3杠桿= （2.1）式中 ：驅(qū)動(dòng)力夾緊力a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離b手指長度工

20、件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則夾緊力也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以與手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。2.2.2 夾緊力與驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以與工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：（2.2）式中 ： K安全系數(shù)，通常1.22.0；-軸向力-V形手抓的開合角-工件和手抓間的摩擦系數(shù)計(jì)算：設(shè)a=40mm,b=80mm,=，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力 。（1） 設(shè)K=1.5，0.

21、3 根據(jù)公式，將已知條件帶入：（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：由于實(shí)際采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)力大于計(jì)算，把手抓的機(jī)械效率考慮在，一般取。（3）取2.3 夾緊液壓缸的設(shè)計(jì)2.3.1 主要尺寸的確定1.液壓缸工作壓力的確定由表2-1取液壓缸工作壓力表2-1 液壓壓負(fù)載常用的工作壓力負(fù)載F/N <5000500010000100002000020000300003000050000>50000工作壓力p/MPa<0.811.522.533445>572.液壓缸徑和活塞桿直徑的確定確定液壓壓缸的徑D （2.3）預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=0.5D,液壓缸工作壓力P=0.4MPa,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓壓

22、傳動(dòng)分冊(cè)，選取液壓缸徑為：D=40mm則活塞桿徑為:d=400.5=20mm，選取d=18mm3.缸筒壁厚和外徑的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮液壓油壓力，必須有一定厚度。一般液壓缸缸筒壁厚與徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: （2.4）式中，- 缸筒壁厚，mm- 液壓缸徑，mm- 液壓缸試驗(yàn)壓力，一般?。≒a）-液壓缸工作壓力 （Pa）-缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）本設(shè)計(jì)手爪夾緊液壓缸缸筒材料采用為:鋁合金ZL1060,=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:4.手部活塞桿行程長L計(jì)算 活塞桿的位移量（2.5）液壓缸的活塞行程與其使用場合與工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)

23、使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)。為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加的行程余量。（2.6）故液壓壓傳動(dòng)手冊(cè)圓整為5.手抓部分總質(zhì)量估算 （2.7）其中：手爪部分和活塞桿材料采用45鋼，缸筒和端蓋連接材料采用鋁合金ZL106查相關(guān)手冊(cè)， 45號(hào)鋼密度為7.85ZL1060的密度為 2.73手抓部分總質(zhì)量約為 2.4彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖2.2所示，計(jì)算過程如下。圖2.2 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力(2).選擇旋繞比C=8，則 （2.8） (3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=30mm，估算彈簧絲直徑 （2.9）

24、(4).試算彈簧絲直徑 （2.10）=1.6 d取4mm(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： （2.11） =選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈(6)最后確定,d=4mm,(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選取： 當(dāng)兩端固定時(shí)，,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，。結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。(8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載

25、荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）?，F(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式： （2.12）選取1.31.7（力學(xué)性精確能高） （2.13）=結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。3. 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解

26、決好腕部與臂部和手部的連接。（3） 必須考慮工作條件對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。3.2腕部的結(jié)構(gòu)以與選擇3.2.1典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)

27、驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。(4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。3.2.2腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)-115°-115°，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。3.3腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)夾取工件重量6Kg，回轉(zhuǎn)-115°-115°。3.3.2 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算（1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩。（2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。夾取棒料直徑80mm，長度150mm，重量6Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)230°時(shí)，計(jì)算力矩：（1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液

28、壓缸與回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算（2） 擦力矩。（3） 啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度=0.314rad，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。 （3.1） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： （3.2） （3.3）代入： （3.4）3.3.3腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算表3-1 液壓缸的徑系列（826-66） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表3-1設(shè)缸體空半徑R=26mm，外徑根據(jù)表3-2選擇100mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問題后，動(dòng)片寬度b=40mm,輸出軸r=2

29、0mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力=76086Pa,選擇1MPa （3.5）表3.2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（1068-67） （mm）液壓缸徑40 5063809010011012514015016018020020鋼P(yáng)5060769510812113316814618019421924545鋼506076951081211331681461801942192453.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)倪x擇圖3.1 缸蓋螺釘間距示意表3.3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系工作壓力P（Mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟

30、工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 （3.6） 計(jì)算：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=1Mpa,所以螺釘間距t小于150mm,試選擇4個(gè)螺釘，=150, 所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=4個(gè) 危險(xiǎn)截面 （3.7） （3.8） （3.9） 所以 =2000+3000=5000N螺釘材料選擇Q235，（） （3.10）螺釘?shù)闹睆?（3.11）=螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm3.3.5動(dòng)片和輸出軸間的螺釘選擇（1） 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 于是得 （3.12）

31、 D動(dòng)片的外徑；f被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=0.15螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 （3.13） 或 （3.14）帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得=6157N （3.15）螺釘材料選擇Q235，則（） （3.16）螺釘?shù)闹睆?（3.17）螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.選擇M8的開槽盤頭螺釘。4.臂部的設(shè)計(jì)與有關(guān)的計(jì)算臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)圍任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由

32、度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 4.1 手臂的設(shè)計(jì)要求（1）臂部應(yīng)承載能力大，自重輕。（2）臂部運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小。（3）手臂動(dòng)作靈活。（4）位置精度高。4.2伸縮液壓壓缸的設(shè)計(jì)4.2.1 液壓缸主要尺寸的確定1液壓缸徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸，采用單活塞桿雙作用液壓缸，初定徑為。由,可得活塞桿直徑

33、: （4.1）圓整后，取活塞桿直徑由液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，取液壓缸工作壓力 （4.2） （4.3）計(jì)入載荷率就能保證液壓缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率可取。得 。2缸筒壁厚和外徑的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮液壓油壓力，必須有一定厚度。一般液壓缸缸筒壁厚與徑之比小于或等于1/10，其壁厚按薄壁筒公式（4-9）計(jì)算: （4.4）設(shè)計(jì)的伸縮液壓缸缸筒材料為:鋁合金ZL106, =3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:。3手部活塞桿行程長確定按設(shè)計(jì)要求，X軸小臂伸

34、縮距離為15cm，即150mm。為防止活塞與缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。故行程查有關(guān)手冊(cè)圓整為L=180mm。4活塞桿穩(wěn)定性的計(jì)算：當(dāng)活塞桿的長度時(shí)，一般按壓桿穩(wěn)定性來計(jì)算活塞桿直徑。當(dāng)液壓缸承受的軸向負(fù)載達(dá)到極限值后，極微小的干擾力都會(huì)使活塞桿產(chǎn)生彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致液壓缸不能正常工作?；钊麠U穩(wěn)定性條件是： （4.5） 式中,-液壓缸承受的軸向負(fù)載，即氣缸的理論輸出推力，液壓缸的壓桿穩(wěn)定極限力，-液壓缸的壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取液壓缸的壓桿穩(wěn)定極限力與缸的安裝形式、活塞桿直徑與行程有關(guān)。當(dāng)長細(xì)比時(shí)， （4.6） 當(dāng)長細(xì)比時(shí)， （4.7） 式中， 活塞桿計(jì)算長度 活塞桿橫截面

35、回轉(zhuǎn)半徑， 實(shí)心桿 （4.8） 空心桿 （4.9）活塞桿斷面慣性矩實(shí)心桿（4.10）空心桿（4.11）空心活塞桿孔直徑活塞桿截面積實(shí)心桿（4.12）空心桿 （4.13）系數(shù)，查下表材料彈性模量，對(duì)鋼取材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取系數(shù)，對(duì)鋼取查閱機(jī)械手冊(cè)液壓缸設(shè)計(jì)章由表得安裝方式為固定-自由式 取代入公式：實(shí)心桿由于 用公式：所以該活塞桿滿足穩(wěn)定性條件。5驅(qū)動(dòng)力校核測(cè)定手爪與手爪液壓缸質(zhì)量為7.8kg，估算為8kg，設(shè)計(jì)加速度a=1m/s，則慣性力：（4.14）=8×1=8N考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), （4.15）=0.2×8=1.6N 總受力 （4.16） =1.6+6=

36、7.6N 所以該液壓缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求。6.估算機(jī)械手伸長了不會(huì)發(fā)生傾覆現(xiàn)象 考慮到手抓和手部回轉(zhuǎn)液壓缸的重量為8kg，而夾取的物料重量為6kg,所以估算總重量為14kg.根據(jù)力矩的平衡： F螺×300=(600-170)×(8+6)×9.8 （4.17） F螺=196N而： （4.18）螺釘材料選擇Q235，則（）（4.19）代入求得螺釘?shù)闹睆酱笥诨虻扔?.00016m 即為1.6mm而圖中的螺釘選用了M8的螺釘，所以不會(huì)發(fā)生由于手腕伸出到極限位置時(shí)，整個(gè)手部會(huì)發(fā)生傾覆的現(xiàn)象. 4.3 導(dǎo)向裝置液壓壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線

37、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)，采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。5 機(jī)械手腰部和基座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過安裝在機(jī)座上的旋轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)殼體上的液壓缸實(shí)現(xiàn)手臂的上下移動(dòng)。采用了雙導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在液壓缸活塞桿上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。支撐梁采用鋁合

38、金，以減輕重量和節(jié)省材料，5.2 控制手臂上下移動(dòng)的腰部液壓缸的設(shè)計(jì)5.2.1 確定主要尺寸1液壓缸徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸以與伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，采用單活塞桿雙作用液壓缸，初定徑為。由,可得活塞桿直徑:（5.1）圓整后，取活塞桿直徑查手冊(cè)取液壓缸工作壓力由公式：（5.2）（5.3）計(jì)入載荷率就能保證液壓缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率可取。得 2缸筒壁厚和外徑的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮液壓油壓力，必須有一定厚度。一般液壓缸缸筒

39、壁厚與徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: （5.4）液壓缸缸筒材料采用為:鋁合金ZL1060,=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:3手部活塞桿行程長確定按設(shè)計(jì)要求，腰部上下運(yùn)行距離為17cm，即170mm。為防止活塞與缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。故行程查有關(guān)手冊(cè)圓整為4活塞桿穩(wěn)定性的計(jì)算：當(dāng)活塞桿的長度時(shí)，一般按壓桿穩(wěn)定性來計(jì)算活塞桿直徑。當(dāng)液壓缸承受的軸向負(fù)載達(dá)到極限值后，極微小的干擾力都會(huì)使活塞桿產(chǎn)生彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致液壓缸不能正常工作?；钊麠U穩(wěn)定性條件公式 （5.5）當(dāng)長細(xì)比時(shí)，用公式： （5.6）實(shí)心桿實(shí)心桿系數(shù)，由查表安裝方式為固定

40、-固定式 得材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取系數(shù)，對(duì)鋼取代入公式：實(shí)心桿得 所以該活塞桿滿足穩(wěn)定性條件。5.2.2 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.缸筒和缸蓋的連接查閱機(jī)械手冊(cè)，選擇拉桿式螺栓連接。該結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，易于裝卸。2活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)活塞桿與活塞的常用連接形式分整體結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。該液壓缸選擇螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，應(yīng)用較多。3密封液壓缸密封的好壞，直接影響液壓缸的性能和使用壽命，正確設(shè)計(jì)、選擇和使用密封裝置，對(duì)保證液壓缸的正常工作非常重要。查閱機(jī)械手冊(cè)的活塞的結(jié)構(gòu)與密封型式采用O型密封圈。工作可靠，靜摩擦因素大，活塞的結(jié)構(gòu)比較簡單，目前使用的圍

41、較廣。4液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有法蘭式、腳架式、支座式、鉸軸式。由于結(jié)構(gòu)需要，該液壓缸用法蘭式安裝連接。5.3 導(dǎo)向裝置液壓壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(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)，采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。在本設(shè)計(jì)中才用雙導(dǎo)向桿來增加腰部的剛性和導(dǎo)向性。5.4 平衡裝置在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影

42、響，故在手臂伸縮液壓缸一側(cè)加裝平衡裝置，根據(jù)抓取物體的重量和液壓缸的運(yùn)行參數(shù)配一重量8kg的鐵塊。這樣，機(jī)械手臂的傾覆力矩就非常小，不會(huì)有翻到的狀況發(fā)生。5.5機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算回轉(zhuǎn)液壓缸所需，5.5.1計(jì)算 （5.7）將回轉(zhuǎn)部件等效為一個(gè)圓柱體，長為1500mm，半徑為60mm，其重力=800N，設(shè)啟動(dòng)角速度，啟動(dòng)時(shí)間t=0.1s所以=147461.65.5.2的計(jì)算為了方便計(jì)算，所以=461.6+0.03+0 （5.8）5.5.3回轉(zhuǎn)液壓壓缸參數(shù)計(jì)算設(shè)b=60mm，工作壓力P=4Mpa，d=50mm則由得 （5.9）取液壓缸徑40mm6 液動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖圖6-1為

43、機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它由液壓油通過過濾器，液壓泵，溢流閥，壓力繼電器，進(jìn)入各并聯(lián)液路上的電磁閥，以控制液壓缸和手部動(dòng)作。圖6-1 機(jī)械手液壓壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖表6-1 液動(dòng)元件圖各通行機(jī)構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排油口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排油口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單效果好。如手臂伸縮液壓缸在接近液壓缸處安裝兩個(gè)快速排油閥，可加快啟動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全程的速度。為簡化液路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作液壓缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。7 機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)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

44、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。7.1 可編程序控制器的選擇與工作過程7.1.1 可編程序控制器的選擇目前，國際上生產(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,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等?？紤]到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了三菱公司的FX2N系列可編程序控制器。7.1.2 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具

45、體的工作過程可分為四個(gè)階段。第一階段是初始化處理?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時(shí)，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。第二階段是處理輸入信號(hào)階段。在處理輸入信號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不

46、變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。CPU對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期21。7.2 可編程

47、序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對(duì)象(機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行:（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)即確定被控對(duì)象的工作原理，控制要求，動(dòng)作與動(dòng)作順序。（2）I/0分配即確定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào)；哪些信號(hào)是由可編程序控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端號(hào)。此外，對(duì)用到的可編程序控制器部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配。可編程序控制器是通過編號(hào)來識(shí)別信號(hào)的。（3）畫梯形圖它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念一樣，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對(duì)簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。（4）助記符機(jī)器程序相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡易編程器時(shí)，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符