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說(shuō) 明 書 摘 要
本實(shí)用新型公開了一種伺服機(jī)械手，包括底座、電動(dòng)機(jī)、支撐架、單桿氣缸、行程光電開關(guān)、伸縮桿、推動(dòng)氣缸、緊固螺母、行走平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)氣缸、升降手臂、升降光電開關(guān)、頂升桿、轉(zhuǎn)盤、彈簧、安裝頭、氣動(dòng)手抓、夾板、基座和插接銷；所述底座的上端安裝有支撐架，支撐架的中間設(shè)置有基座；所述支撐架的兩側(cè)設(shè)置有夾板，兩者緊固連接；所述電動(dòng)機(jī)安裝在底座上，底座的兩端利用插接銷固定；該伺服機(jī)械手，由于設(shè)置有夾板，對(duì)單桿氣缸起到了保護(hù)作用，增強(qiáng)了單桿氣缸的強(qiáng)度；在安裝頭上的安全報(bào)警開關(guān)和電動(dòng)機(jī)電性連接，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，安全報(bào)警開關(guān)會(huì)使電動(dòng)機(jī)停止工作，提高了整個(gè)裝置的安全性。
10004
2010.2
1
摘 要 附 圖
10005
2010.2
1
權(quán) 利 要 求 書
1.一種伺服機(jī)械手，包括底座（1）、電動(dòng)機(jī)（2）、支撐架（3）、單桿氣缸（4）、行程光電開關(guān)（5）、伸縮桿（6）、推動(dòng)氣缸（7）、緊固螺母（8）、行走平臺(tái)（9）、旋轉(zhuǎn)氣缸（10）、升降手臂（11）、升降光電開關(guān)（12）、頂升桿（13）、轉(zhuǎn)盤（14）、彈簧（15）、安裝頭（16）、氣動(dòng)手抓（17）、夾板（18）、基座（19）和插接銷（20）；其特征在于：所述底座（1）的上端安裝有支撐架（3），支撐架（3）的中間設(shè)置有基座（19）；所述支撐架（3）的兩側(cè)設(shè)置有夾板（18），兩者緊固連接；所述電動(dòng)機(jī)（2）安裝在底座（1）上，底座（1）的兩端利用插接銷（20）固定；所述單桿氣缸（4）安裝在基座（19）上，在單杠氣缸（4）上設(shè)置有頂升桿（13），其頂升桿（13）和基座（19）活動(dòng)連接；所述單桿氣缸（4）的右側(cè)安裝有升降光電開關(guān)（11）；所述旋轉(zhuǎn)氣缸（10）利用緊固螺母（8）安裝在推動(dòng)氣缸（7）的右側(cè)；所述行走平臺(tái)（9）安裝在推動(dòng)氣缸（7）的下端，推動(dòng)氣缸（7）的上端固定安裝有伸縮桿（6）；所述推動(dòng)氣缸（7）的左端連接有行程光電開關(guān)（5）；所述旋轉(zhuǎn)氣缸（10）和轉(zhuǎn)盤（14）通過(guò)升降手臂（11）活動(dòng)連接；所述轉(zhuǎn)盤（14）的內(nèi)部設(shè)置了彈簧（15），轉(zhuǎn)盤的下端設(shè)置有安裝頭（16），氣動(dòng)手抓（17）連接在安裝頭（16）上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服機(jī)械手，其特征在于：所述彈簧（15）為高彈性彈簧，該裝置設(shè)置有兩個(gè)彈簧（15），兩彈簧（15）緊固連接，其彈簧（15）的下端和安裝頭（16）緊固連接，在安裝頭（16）上安裝有安全報(bào)警開關(guān)，安全報(bào)警開關(guān)和電動(dòng)機(jī)（2）通過(guò)導(dǎo)線電性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服機(jī)械手，其特征在于：所述電動(dòng)機(jī)（2）為伺服電機(jī)，在電動(dòng)機(jī)（2）上安裝有兩個(gè)V帶齒輪，分別驅(qū)動(dòng)基座（19）的旋轉(zhuǎn)和頂升桿（13）的升降，單桿氣缸（4）兩側(cè)的夾板（18）為L(zhǎng)形結(jié)構(gòu)，采用高碳鋼制造，該裝置安裝有四個(gè)夾板（18）。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服機(jī)械手，其特征在于：所述行程光電開關(guān)（15）和升降光電（12）開關(guān)均為PLC電氣元件，其行程光電開關(guān)（5）控制伸縮桿（6）和推動(dòng)氣缸（7）的移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服機(jī)械手，其特征在于：所述氣動(dòng)手抓（17）上安裝有氣動(dòng)軸，其氣動(dòng)軸為圓柱體結(jié)構(gòu)，通過(guò)導(dǎo)管和推動(dòng)氣缸（7）相連通。
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2010.2
2
說(shuō) 明 書
一種伺服機(jī)械手
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及機(jī)械設(shè)備應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種伺服機(jī)械手。
背景技術(shù)
機(jī)械手是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂(lè)服務(wù)、軍事以及太空探索等領(lǐng)域都能見到它的身影?，F(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械手主要是針對(duì)沖床自動(dòng)上下料的應(yīng)用，下半部結(jié)構(gòu)為方形，機(jī)械臂從中間引申出去的，運(yùn)用絲桿和導(dǎo)軌，性能不穩(wěn)定 ；占地空間大，不利于節(jié)省空間資源 ；而且電氣部分和機(jī)械部分在一起，可能會(huì)引起干擾，也不大方便模塊化集成。機(jī)械手是能模仿人手的某些動(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，機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，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。目前機(jī)械手的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是目前很多機(jī)械手，自動(dòng)化程度都相對(duì)較低，對(duì)準(zhǔn)精度差。因此急需一種改進(jìn)的技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的這一問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供了一種伺服機(jī)械手，通過(guò)升降光電開關(guān)和形成光電來(lái)分別驅(qū)動(dòng)頂升桿桿的升降和推動(dòng)氣缸的移動(dòng)，大大提高了工作效率，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)安全報(bào)警開關(guān)使得電動(dòng)機(jī)停止工作，提高了該裝置的安全系數(shù)；以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種伺服機(jī)械手，包括底座、電動(dòng)機(jī)、支撐架、單桿氣缸、行程光電開關(guān)、伸縮桿、推動(dòng)氣缸、緊固螺母、行走平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)氣缸、升降手臂、升降光電開關(guān)、頂升桿、轉(zhuǎn)盤、彈簧、安裝頭、氣動(dòng)手抓、夾板、基座和插接銷；所述底座的上端安裝有支撐架，支撐架的中間設(shè)置有基座；所述支撐架的兩側(cè)設(shè)置有夾板，兩者緊固連接；所述電動(dòng)機(jī)安裝在底座上，底座的兩端利用插接銷固定；所述單桿氣缸安裝在基座上，在單杠氣缸上設(shè)置有頂升桿，其頂升桿和基座活動(dòng)連接；所述單桿氣缸的右側(cè)安裝有升降光電開關(guān)；所述旋轉(zhuǎn)氣缸利用緊固螺母安裝在推動(dòng)氣缸的右側(cè)；所述行走平臺(tái)安裝在推動(dòng)氣缸的下端，推動(dòng)氣缸的上端固定安裝有伸縮桿；所述推動(dòng)氣缸的左端連接有行程光電開關(guān)；所述旋轉(zhuǎn)氣缸和轉(zhuǎn)盤通過(guò)升降手臂活動(dòng)連接；所述轉(zhuǎn)盤的內(nèi)部設(shè)置了彈簧，轉(zhuǎn)盤的下端設(shè)置有安裝頭，氣動(dòng)手抓連接在安裝頭上。
優(yōu)選的，所述彈簧為高彈性彈簧，該裝置設(shè)置有兩個(gè)彈簧，兩壓縮彈簧緊固連接，其彈簧的下端和安裝頭緊固連接，在安裝頭上安裝有安全報(bào)警開關(guān)，安全報(bào)警開關(guān)和電動(dòng)機(jī)通過(guò)導(dǎo)線電性連接。
優(yōu)選的，所述電動(dòng)機(jī)為伺服電機(jī)，在電動(dòng)機(jī)上安裝有兩個(gè)V帶齒輪，分別驅(qū)動(dòng)基座的旋轉(zhuǎn)和頂升桿的升降，單桿氣缸兩側(cè)的夾板為L(zhǎng)形結(jié)構(gòu)，采用高碳鋼制造，該裝置安裝有四個(gè)夾板。
優(yōu)選的，所述行程光電開關(guān)和升降光電開關(guān)均為PLC電氣元件，其行程光電開關(guān)控制伸縮桿和推動(dòng)氣缸的移動(dòng)。
優(yōu)選的，所述氣動(dòng)手抓上安裝有氣動(dòng)軸，其氣動(dòng)軸為圓柱體結(jié)構(gòu)，通過(guò)導(dǎo)管和推動(dòng)氣缸相連通。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：該伺服機(jī)械手，由于設(shè)置有夾板，對(duì)單桿氣缸起到了保護(hù)作用，增強(qiáng)了單桿氣缸的強(qiáng)度；其行程光電開關(guān)和升降光電開關(guān)均為電氣元件，對(duì)基座和伸縮桿的控制更加穩(wěn)定和靈活；在安裝頭上的安全報(bào)警開關(guān)和電動(dòng)機(jī)電性連接，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，安全報(bào)警開關(guān)會(huì)使電動(dòng)機(jī)停止工作，提高了整個(gè)裝置的安全性。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1底座、2電動(dòng)機(jī)、3支撐架、4單桿氣缸、5行程光電開關(guān)、6伸縮桿、7推動(dòng)氣缸、8緊固螺母、9行走平臺(tái)、10旋轉(zhuǎn)氣缸、11升降手臂、12升降光電開關(guān)、13頂升桿、14轉(zhuǎn)盤、15彈簧、16安裝頭、17氣動(dòng)手抓、18夾板、19基座和20插接銷。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
實(shí)施例
請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型提供一種技術(shù)方案：一種伺服機(jī)械手，包括底座1、電動(dòng)機(jī)2、支撐架3、單桿氣缸4、行程光電開關(guān)5、伸縮桿6、推動(dòng)氣缸7、緊固螺母8、行走平臺(tái)9、旋轉(zhuǎn)氣缸10、升降手臂11、升降光電開關(guān)12、頂升桿13、轉(zhuǎn)盤14、彈簧15、安裝頭16、氣動(dòng)手抓17、夾板18、基座19和插接銷20；所述底座1的上端安裝有支撐架3，支撐架3的中間設(shè)置有基座19；所述支撐架3的兩側(cè)設(shè)置有夾板18，兩者緊固連接；所述電動(dòng)機(jī)2安裝在底座1上，底座1的兩端利用插接銷20固定；所述單桿氣缸4安裝在基座19上，在單杠氣缸4上設(shè)置有頂升桿13，其頂升桿13和基座19活動(dòng)連接；所述單桿氣缸4的右側(cè)安裝有升降光電開關(guān)12；所述旋轉(zhuǎn)氣缸10利用緊固螺母8安裝在推動(dòng)氣缸7的右側(cè)；所述行走平臺(tái)9安裝在推動(dòng)氣缸7的下端，推動(dòng)氣缸7的上端固定安裝有伸縮桿6；所述推動(dòng)氣缸7的左端連接有行程光電開關(guān)5；所述旋轉(zhuǎn)氣缸10和轉(zhuǎn)盤14通過(guò)升降手臂11活動(dòng)連接；所述轉(zhuǎn)盤14的內(nèi)部設(shè)置了彈簧15，轉(zhuǎn)盤14的下端設(shè)置有安裝頭16，氣動(dòng)手抓17連接在安裝頭16上。
所述彈簧15為高彈性彈簧，該裝置設(shè)置有兩個(gè)彈簧15，兩彈簧15緊固連接，其彈簧15的下端和安裝頭16緊固連接，在安裝頭16上安裝有安全報(bào)警開關(guān)，安全報(bào)警開關(guān)和電動(dòng)機(jī)2通過(guò)導(dǎo)線電性連接，出現(xiàn)故障時(shí)，安全報(bào)警開關(guān)會(huì)使電動(dòng)機(jī)2停止工作，提高了整個(gè)裝置的安全性；所述電動(dòng)機(jī)2為伺服電機(jī)，在電動(dòng)機(jī)2上安裝有兩個(gè)V帶齒輪，分別驅(qū)動(dòng)基座19的旋轉(zhuǎn)和頂升桿13的升降，單桿氣缸4兩側(cè)的夾板18為L(zhǎng)形結(jié)構(gòu)，采用高碳鋼制造，該裝置安裝有四個(gè)夾板18，對(duì)單桿氣缸4起到了保護(hù)作用，增強(qiáng)了單桿氣缸4的強(qiáng)度；所述行程光電開關(guān)5和升降光電開關(guān)12均為PLC電氣元件，對(duì)基19和伸縮桿6的控制更加穩(wěn)定和靈活，其行程光電開關(guān)5控制伸縮桿6和推動(dòng)氣缸7的移動(dòng)；所述氣動(dòng)手抓17上安裝有氣動(dòng)軸，其氣動(dòng)軸為圓柱體結(jié)構(gòu)，通過(guò)導(dǎo)管和推動(dòng)氣缸7相連通。
本實(shí)用新型在使用時(shí)候，電動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)2上的V帶輪驅(qū)動(dòng)基座19旋轉(zhuǎn)，此時(shí)單桿氣缸4會(huì)推動(dòng)頂升桿12上升或下降；行程光電開關(guān)5使得伸縮桿6和推動(dòng)氣缸7在行走平臺(tái)9上前后移動(dòng)；當(dāng)氣動(dòng)手抓17位于提取物品正上方時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸10驅(qū)動(dòng)升降手臂11下降，使得氣動(dòng)手抓17抓緊提取物品，然后升降光電開關(guān)13驅(qū)動(dòng)升降手臂11上升，V帶輪驅(qū)動(dòng)基座19旋轉(zhuǎn)，使氣動(dòng)手抓17將提取物品放置合適位置，如此反復(fù)循環(huán)；出現(xiàn)故障時(shí)，安全報(bào)警開關(guān)會(huì)使得電動(dòng)機(jī)停止工作，保證了工作的安全性。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
10002
2010.2
5
說(shuō) 明 書 附 圖
圖 1
10003
2010.2
1
寧學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
一種基于PLC控制的
伺服機(jī)械手的設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
2016年 3月 30日
摘 要
近代的工業(yè)機(jī)械手是由目標(biāo)機(jī)械本體、控制器系統(tǒng)、傳感裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和伺服動(dòng)力器系統(tǒng)組成，是一種模仿人的操作、自動(dòng)化控制、可多次編程、能在立體空間完成各式各樣作業(yè)的Mechatronics設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手對(duì)于提高和確保產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)的效率，改善工人的工作條件和快速更新產(chǎn)品起著非常重要的作用。工業(yè)機(jī)械手技術(shù)結(jié)合了多們學(xué)科的知識(shí)。包含機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)、控制論、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等。它是當(dāng)代十分活躍，應(yīng)用非常廣泛的領(lǐng)域。
課題將設(shè)計(jì)一個(gè)伺服機(jī)械手，將用于工作人員出入，物料搬運(yùn)的伺服機(jī)械手。機(jī)械手具有很多人類所不具有的能力，包括快速分析環(huán)境能力；抗干擾能力強(qiáng)，能長(zhǎng)時(shí)間工作和工作精度高?？梢哉f(shuō)機(jī)械手是工業(yè)進(jìn)步的產(chǎn)物，它也發(fā)揮了在當(dāng)今工業(yè)的至關(guān)重要的作用。如今，機(jī)械手工業(yè)已成為世界各國(guó)備受關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。
本文闡述了機(jī)械手的發(fā)展歷史，國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用狀況，及其巨大的優(yōu)越性，提出了具體的機(jī)械手設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)和各自由度的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手；工業(yè)；傳動(dòng)；強(qiáng)度
V
Abstract
Modern industrial manipulator is composed of target machine body, system controller, sensing device system, control system and servo drive system, is a people to imitate operation and automation control, multiple programming, to complete the various operations of the mechatronics equipment in the three-dimensional space. The industrial manipulator to improve and ensure the quality of products, improve production efficiency, plays a very important role in improving the working conditions of workers and the rapid updating of product. Industrial machinery hand technology combined with multi discipline knowledge. Contains mechanism, computer, control theory, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics etc.. It is the very active, very wide field of application.
We design a servo manipulator, will be used for staff entry, material handling servo manipulator. The manipulator has the ability of many humans do not have, including rapid analysis of environmental capacity; strong anti-interference ability, can work for a long time and high precision work. Can be said that the manipulator is a product of industrial progress, it also plays a vital role in today's industry. Nowadays, industrial robot has become a worldwide concern of the industry.
In this paper, the history of the development of manipulator, the application status at home and abroad, and its great superiority proposed specific manipulator design requirements and the overall scheme design and various degrees of freedom of the design of the concrete structure, calculation.
Keywords: manipulator; industrial; transmission; strength
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1課題背景及目的 1
1.2伺服機(jī)械手的定義與發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.1定義 1
1.2.2 伺服機(jī)械手的發(fā)展 2
1.3課題研究意義 2
1.4主要研究的內(nèi)容 3
第2章 伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)介紹分析 5
2.1伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu) 5
2.2伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的組成 5
2.3伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 5
2.4伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的分類 6
第3章 伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型 8
3.1原始數(shù)據(jù)及資料 8
3.2伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)形式及分析動(dòng)作要求 8
3.2.1機(jī)構(gòu)形式 8
3.2.2動(dòng)作要求分析 9
3.3伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 9
第4章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì) 10
4.1手部設(shè)計(jì)計(jì)算 10
4.2腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 13
4.3臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.4氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17
4.5手部抓取缸 18
4.6腕部擺動(dòng)氣壓回路 18
4.7小臂伸縮缸氣壓回路 19
4.8總體系統(tǒng)圖 20
4.9機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22
4.9.1 電機(jī)的選擇 23
4.9.2 減速器的選擇 23
4.9.3螺柱的設(shè)計(jì)與校核 24
4.9.4機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu) 25
4.10伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的定位及平穩(wěn)性確定 26
4.10.1常用的定位方式 26
4.10.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 27
4.10.3伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 28
第5章 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29
5.1 搬運(yùn)機(jī)械手的工藝過(guò)程 29
5.2 PLC 控制系統(tǒng) 30
5.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 32
總結(jié)與展望 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
第1章 緒論
1.1課題背景及目的
畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)在校學(xué)習(xí)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)四年大學(xué)學(xué)習(xí)的繼續(xù)深化和檢驗(yàn)，即有實(shí)踐性又有綜合性，是其他單一課程所不能替代的，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)更能提高綜合訓(xùn)練能力，為即將走向工作崗位，提高實(shí)際工作能力起到十分重要的作用。以達(dá)到如下目的：
（1）綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
（2）接受工程師必須的綜合訓(xùn)練，提高實(shí)際工作能力。如調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料并進(jìn)行分析的能力；制訂設(shè)計(jì)或試驗(yàn)方案的能力；設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖能力；總結(jié)提高撰寫論文的能力。
（3）檢驗(yàn)綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力。
1.2伺服機(jī)械手的定義與發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1定義
目前，工業(yè)伺服機(jī)械手的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)伺服機(jī)械手協(xié)會(huì)給工業(yè)伺服機(jī)械手下的定義：工業(yè)伺服機(jī)械手是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ)，對(duì)工業(yè)伺服機(jī)械手作如下定義：
工業(yè)伺服機(jī)械手是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具[1]。
工業(yè)伺服機(jī)械手以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。
工業(yè)伺服機(jī)械手是在計(jì)算機(jī)控制下可編程的自動(dòng)伺服機(jī)械手是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。伺服機(jī)械手的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力[2]。
根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，工業(yè)伺服機(jī)械手具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能，如抓取功能或移動(dòng)功能，或兩者兼有之，另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能（如視覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)等）。以及語(yǔ)音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。
在工業(yè)伺服機(jī)械手的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)伺服機(jī)械手，利用錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)伺服機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)以及對(duì)零件的抓取。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，機(jī)器達(dá)到精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
1.2.2 伺服機(jī)械手的發(fā)展
工業(yè)伺服機(jī)械手的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過(guò)程可分為三代：
第一代工業(yè)伺服機(jī)械手就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)伺服機(jī)械手，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過(guò)示教存貯信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。
第二代伺服機(jī)械手是帶感覺(jué)的伺服機(jī)械手。它具有尋力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)伺服機(jī)械手要復(fù)雜得多，這種伺服機(jī)械手從1980年開始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。
第三代工業(yè)伺服機(jī)械手即智能伺服機(jī)械手。這種伺服機(jī)械手除了具有觸覺(jué)、視覺(jué)等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周圍的環(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種伺服機(jī)械手還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用[2-4]。
1.3課題研究意義
(1)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和。
(2)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。
(3)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。
(4)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。
1.4主要研究的內(nèi)容
隨著搬運(yùn)機(jī)械手技術(shù)的飛速發(fā)展和搬運(yùn)機(jī)械手應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。本論文主要研究搬運(yùn)機(jī)械手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
要求獨(dú)立完成工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。
(1) 如圖所示，有兩部機(jī)械對(duì)工作物進(jìn)行加工，加工位置分別是A點(diǎn)、B點(diǎn)，要求由搬運(yùn)機(jī)械手臂將加工物從A點(diǎn)送至B點(diǎn)。
(2) 手動(dòng)操作，每個(gè)動(dòng)作均能單獨(dú)操作，用于將搬運(yùn)機(jī)械手復(fù)歸至原點(diǎn)位置；
(3) 連續(xù)運(yùn)行，在原點(diǎn)位置按起動(dòng)按鈕時(shí)，搬運(yùn)機(jī)械手按圖連續(xù)工作一個(gè)周期，一個(gè)周期的工作過(guò)程如下：
原點(diǎn)→下降→夾緊（T）→上升→右移→下降→放松（T）→上升→左移到原點(diǎn)。
任務(wù)要求：
1) PLC外部接線圖，以及其它相關(guān)設(shè)備的電氣圖；PLC編程元件明細(xì)表，應(yīng)包含定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等元件的設(shè)定值；
2) 完整的程序資料，應(yīng)包括PLC工序圖、梯形圖、指令表等3種格式的程序及注解；
9
第2章 伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)介紹分析
2.1伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)，顧名思義，是指能模仿人手的部分動(dòng)作，用以完成某些抓放，搬運(yùn)物件或操縱工具等工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)通常用附屬于它所服務(wù)的設(shè)備，動(dòng)作程序固定，多數(shù)沒(méi)有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，其控制裝置包括在主機(jī)的控制系統(tǒng)（不包括工業(yè)伺服機(jī)械手）。
2.2伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的組成
執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機(jī)身機(jī)座等，其中最主要是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。
手部是夾緊（或吸附、托持）與松開工件或工具 的部件，由手指（或吸盤），驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)元件等組成。
腕部、臂部、機(jī)身是將手部抓取的工件或工具進(jìn)行搬運(yùn)或操作的部件。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)臂部、腕部、手部和伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力裝置，常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓、氣動(dòng)、機(jī)械、電氣或其他的組合。
控制系統(tǒng)是支配伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)按規(guī)定程序和要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的裝置，他們主要用來(lái)控制：位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制）、
時(shí)間、速度和加速度等參數(shù)。
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系[3]。
2.3伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的應(yīng)用
按伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)布局形式分可分為：架空式伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)、附機(jī)式伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)、落地式伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)三種。此外，還有安裝在自動(dòng)線料道上或料道旁，實(shí)現(xiàn)工件上、下料、傳遞轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)向等用途的伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)，他們具有運(yùn)動(dòng)單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置靈活及精度一般要求較低的特點(diǎn)。
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置[3]。
2.4伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的分類
(1)根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)可分為以下三類：
(a)承擔(dān)搬運(yùn)工作的伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：這種伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。
(b)生產(chǎn)工業(yè)用伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。
(c)通用工業(yè)伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)[9]。
(2)按功能分類:
(a)專用伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：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。專用伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)。
(b)通用伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：又稱工業(yè)伺服機(jī)械手。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。
(c)示教再現(xiàn)伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：采用示教法編程的通用伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)。所謂示教，即由人通過(guò)手動(dòng)控制，“拎著”伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái)。伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。
(3)按驅(qū)動(dòng)方式分：
(a)氣力驅(qū)動(dòng)式的伺服機(jī)械手：氣源壓力一般只有0.6Mpa左右，適宜抓舉力較小的場(chǎng)合。
(b)液力驅(qū)動(dòng)式的伺服機(jī)械手：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)且動(dòng)作靈敏，但對(duì)密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工作，要求的制造精度較高，成本較高。
(c)電力驅(qū)動(dòng)式的伺服機(jī)械手：無(wú)環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，成本低，驅(qū)動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。
(d)新型驅(qū)動(dòng)式的伺服機(jī)械手：例如靜電驅(qū)動(dòng)器，壓電驅(qū)動(dòng)器，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)器等
(4)按控制方式分:
(a)固定程序伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。
(b)可編程序伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變[9]。
第3章 伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型
3.1原始數(shù)據(jù)及資料
1．陶瓷插芯加工材料：氧化鋯（ZrO2）, 尺寸：毛胚外徑2.56mm,內(nèi)孔0.02mm,長(zhǎng)度10.5mm。
2．陶瓷插芯同心度(內(nèi)孔與外徑)1微米。
3．砂輪：金剛石砂輪，線速度50米／秒。
4．裝料內(nèi)孔定位，裝料用氣動(dòng)形式,裝料速度6只/min。
3.2伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)形式及分析動(dòng)作要求
3.2.1機(jī)構(gòu)形式
圖3.1 伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)圖
3.2.2動(dòng)作要求分析
動(dòng)作一：送 料
動(dòng)作二：預(yù)夾緊
動(dòng)作三：手臂上升
動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn)
動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng)
動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn)
預(yù)夾緊
手臂上升
手臂旋轉(zhuǎn)
手臂伸長(zhǎng)
手臂轉(zhuǎn)回 手腕旋轉(zhuǎn)
圖3.2 伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)動(dòng)作簡(jiǎn)易圖
3.3伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型
本課題所設(shè)計(jì)的伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)為通用型的伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式手部設(shè)計(jì)方案。手部部分由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。其他部分則按照一般工業(yè)生產(chǎn)所采用的通用形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)用于手臂的伸縮和伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的夾取和翻轉(zhuǎn)[3]。
第4章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)
4.1手部設(shè)計(jì)計(jì)算
a．有適當(dāng)?shù)膴A緊力
手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。
b．有足夠的開閉范圍
夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖4.1所示。
圖4.1 伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)工作示例簡(jiǎn)圖
c．力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小
手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。
d．手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度
因此送料，夾緊伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，松開時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。
(a)右腔推力為
（4.1）
=4908.7N
(b)根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：
（4.3）
其中 N′=498N=392N，帶入公式4.2得：
=
=1764N
則實(shí)際加緊力為 （4.3）
經(jīng)圓整F1=3500N
由公式得：
a=50.5 mm
b=72 mm
(c)計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng)L,即
（4.4）
=25×tg30o
=23.1mm
經(jīng)圓整取l=25mm
(d)確定“V”型鉗爪的L、β[3]。
取 （4.5）
式中： （4.6）
由公式（4.5）（4.6）得：L=3Rcp=150
取“V”型鉗口的夾角2α=120o，則偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定，
查表得：
β=22o39′
(5)機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度）
(a)伸縮運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
(b)上升運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/s
Vmin=40mm/s
(c)下降Vmax=800mm/s
Vmin=80mm/s
(d)回轉(zhuǎn) =90o/s
=30o/s
所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度V=60mm/s
(6)手部右腔流量
（4.7）
=60
=60×3.14×252
=1177.5mm3/s
(7)手部工作壓強(qiáng)
（4.8）
=
如圖所示：
圖4.3 尺寸示意圖
4.2腕部設(shè)計(jì)計(jì)算
腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。
要求：回轉(zhuǎn)±90o
角速度=45o/s
以最大負(fù)荷計(jì)算：
當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重5kg，長(zhǎng)度l =650mm。如圖4.4所示。
工件
圖4.4 腕部受力簡(jiǎn)圖
(1)計(jì)算扭矩[4]
設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩為：
（4.9）
=5×9.8×0.2=19.6（N·M）
(2)氣缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 [4]
F =5kg S =10cm
帶入公式2.9得
=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）
(3)擺動(dòng)缸的摩擦力矩[4]
=300（N）（估算值）
S=20mm （估算值）
=×S =6（N·M）
(4)擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 [4]
=++ （4.10）
=30.5（N·M）
(5)由公式
（4.11）
其中： b—葉片密度，這里取b=3cm；
—擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取=10cm；
—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取=3cm。
所以代入（4.11）公式
=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×106
=0.89Mpa
又因?yàn)?
所以
=
=0.27×10-4m3/s
=27ml/s
4.3臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
手臂是伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。
臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了[5]。
手臂的伸縮速度為200m/s
行程L=500mm
(1)手臂右腔流量，公式（4.7）得：
=200×π×402
=1004800mm3/s
=0.1/102m3/s
=1000ml/s
(2)手臂右腔工作壓力，公式（4.8） 得：
（4.12）
式中：F ——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F =10+20=30kg，=1000N。
所以代入公式（3.12）得：
=
=0.26Mpa
(3)繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如表4.1所示：
機(jī)構(gòu)名稱
工作速度
行程
工作壓力
流量
手部抓緊
腕部回轉(zhuǎn)
小臂伸縮
60mm/s
45°/s
200mm/s
25mm
±90°
500mm
1.78 Mpa
0.89 Mpa
0.26Mpa
117.8m/s
27m/s
1000ml/s
表4.1 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表
(4)由初步計(jì)算選氣泵
所需氣壓最高壓力
P =1.78Mpa
所需氣壓最大流量
Q =1000ml/s
選取CB-D型氣泵
此泵工作壓力為1Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之間，可以滿足需要。
(5)驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸：
（4.13）
（4.14）
式中：—機(jī)械效率?。? 0.85～0.9
—容積效率取： 0.7～0.95
所以代入公式（4.13）得：
=25.8（N·M）
T < M=30.5（N·M）
代入公式（4.14）得：
=0.673rad/s
W <π/4≈0.785rad/s
因此，取腕部回轉(zhuǎn)氣缸工作壓力 P =1Mpa
流量 Q =35ml/s
圓整其他缸的數(shù)值：
手部抓取缸工作壓力=2Mpa
流量=120ml/s
小臂伸縮缸工作壓力=0.25Mpa
流量=1000ml/s
4.4氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
氣壓控制室伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的一種主要的控制形式。伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和操作室根據(jù)氣體的流量與壓力來(lái)確定，因而只要控制氣的流量和壓力，就可以控制伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和操作力，氣壓壓力一般在5—140公斤/厘米范圍內(nèi)，最大臂力可達(dá)160公斤以上。
主要優(yōu)點(diǎn)：
(1)氣壓執(zhí)行元件(馬達(dá)和氣缸)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率小。
(2)可通過(guò)空氣帶走大量熱能，保證機(jī)械的正常運(yùn)行。
(3)氣壓元件有直線位移式和旋轉(zhuǎn)式二種，適用范圍較廣，其控制速度的區(qū)間也比較寬。只要通過(guò)閥和泵的調(diào)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)的控制系統(tǒng)。
(4)響應(yīng)速度比較快，能高速啟動(dòng)，制動(dòng)和反向，無(wú)后滯現(xiàn)象。其力矩一慣量比也較大，因而其加速度能力較強(qiáng)。
(5)氣壓元件于其他驅(qū)動(dòng)元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐振動(dòng)等。
缺點(diǎn):控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，處理功率訊號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算誤差，檢測(cè)，放大，測(cè)試和補(bǔ)償功能不如電子，機(jī)電裝置靈活簡(jiǎn)便[4-6]。
4.5手部抓取缸
圖 4.5 手部抓取缸氣壓原理圖
(1)手部抓取缸氣壓原理圖如圖4.5所示
(2)泵的供氣壓力P取1Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q =1300ml/s。
因此，需裝圖4.1中所示的調(diào)速閥，流量定為7.2L/min，工作壓力P=2Mpa。
選取采用：
2FRM5-20/102調(diào)速閥
23E1-10B二位三通閥
4.6腕部擺動(dòng)氣壓回路
圖 4.6 腕部擺動(dòng)氣壓回路
(1)腕部擺動(dòng)缸氣壓原理圖如圖4.6所示
(2)工作壓力: P=1Mpa
流量: Q=35ml/s
選取采用:
2FRM5-20/102調(diào)速閥
34E1-10B 換向閥
4.7小臂伸縮缸氣壓回路
圖 4.7 小臂伸縮缸氣壓回路
(1)小臂伸縮缸氣壓原理圖如圖4.7所示
(2)工作壓力: P =0.25Mpa
流量: Q =1000ml/s
選取采用：
2FRM5-20/102 調(diào)速閥
23E1-10B二位三通閥
4.8總體系統(tǒng)圖
圖 4.8 總體系統(tǒng)圖
(1)總體系統(tǒng)圖如圖4.8所示,
(2)工作過(guò)程:
小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松
(3)電磁鐵動(dòng)作順序表:
表4.2總體系統(tǒng)圖
元件
動(dòng)作
1DT
2DT
3DT
4DT
5DT
小臂伸長(zhǎng)
手部抓緊
腕部回轉(zhuǎn)
小臂收縮
手部放松
卸荷
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
±
+
-
-
-
+
±
-
-
+
-
-
±
-
-
-
-
-
±
(4)確電機(jī)規(guī)格：
氣壓泵選取CB-D型氣泵，額定壓力P =1Mpa，工作流量在32～70ml/r之間。選取80L/min為額定流量的泵，
因此：傳動(dòng)功率 （4.15）
式中：η=0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）
所以代入公式（4.15）得：
=16.7KN
選取電動(dòng)機(jī)JQZ-61-2型電動(dòng)機(jī)，額定功率17KW，
轉(zhuǎn)速為2940r/min。
4.9機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的總體布局。本課題伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求[7-9]。
4.9.1 電機(jī)的選擇
機(jī)身部使用了兩個(gè)電機(jī)，其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng)；其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在肋板上，帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。
帶動(dòng)臂部升降的電機(jī)：
初選上升速度 V =100mm/s
P =6KW
所以轉(zhuǎn)/分
選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。
如表4.3 Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：
表4.3 Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)
型號(hào)
額定功率KW
滿載時(shí)
堵轉(zhuǎn)電流
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
電流A
轉(zhuǎn)速r/min
效率%
功率因素
額定電流
額定轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)矩
Y90S-4
1.1
2.7
1400
79
0.78
6.5
2.2
2.2
4.9.2 減速器的選擇
減速器的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增
轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。
初選WD80型圓柱蝸桿減速器。
WD為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器。
蝸桿的材料為38siMnMo調(diào)質(zhì)
蝸輪的材料為ZQA19-4
中心矩 a=80
Ms×q=4.0×11 （4.16）
傳動(dòng)比I =30
傳動(dòng)慣量0.265×10ˉ3kg·m2
4.9.3螺柱的設(shè)計(jì)與校核
螺桿是伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的主支承件，并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng)。
螺桿的材料選擇：
從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿足要求的材料為鑄鐵。
螺距 P =6mm 梯形螺紋
螺紋的工作高度 h =0.5P （4.17）
=3mm
螺紋牙底寬度 b =0.65P=0.65×6=3.9mm （4.18）
螺桿強(qiáng)度〖11〗 （4.19）
=30～50Mpa
螺紋牙剪切 =40
彎曲=45～55
(1)當(dāng)量應(yīng)力
(4.20)
式中 T——傳遞轉(zhuǎn)矩N·mm
[σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力
所以代入公式（4.20）得：
6225025d12+11236≤900d16×1012
6225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012
即16471pa＜535340pa
合格
(2)剪切強(qiáng)度
（旋合圈數(shù)） （4.21）
（4.22）
=206.8×103pa
=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa
(3)彎曲強(qiáng)度
=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa
合格
4.9.4機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)
帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：
初選轉(zhuǎn)速 W =60o/s
N =1/6轉(zhuǎn)/秒
=10轉(zhuǎn)/分
由于齒輪 I =3
減速器 I =30
所以 n =10×3×30=900轉(zhuǎn)/分
選擇 Y90L-6型籠型異步電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。
如表4.4 Y90S-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：
表4.4 Y90L-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)
型號(hào)
額定功率KW
滿載時(shí)
堵轉(zhuǎn)電流
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
電流
A
轉(zhuǎn)速
r/min
效率
%
功率因素
額定電流
額定轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)矩
Y9OL-6
1.1
3.2
910
73.5
0.72
6.0
2.0
2.0
機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖4.9所示:
圖4.9 機(jī)座結(jié)構(gòu)圖
4.10伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的定位及平穩(wěn)性確定
4.10.1常用的定位方式
機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊。當(dāng)伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，緊靠擋塊而定位。
若定位前已減速，定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。一般可高于±0.5mm，若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力，這時(shí)伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離，因而定位精度變低[12]。
4.10.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)能否準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問(wèn)題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡(jiǎn)單情況下，單個(gè)量值可能是主要的。影響單個(gè)線量或角量定位誤差的因素如下：
(1)定位方式
不同的定位方式影響因素不同。如機(jī)械擋塊定位時(shí)，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān)。
(2)定位速度
定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí)，必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。
(3)精度
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響。
(4)剛度
伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí)，因易產(chǎn)生振動(dòng)，定位精度一般較低。
(5)運(yùn)動(dòng)件的重量
運(yùn)動(dòng)件的重量包括伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)本身的重量和被抓物的重量。
運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大。通常，運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí)，定位精度降低。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量，而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影響。
(6)驅(qū)動(dòng)源
氣壓的壓力波動(dòng)及電壓、氣溫的波動(dòng)都會(huì)影響伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)氣壓措施。
(7)控制系統(tǒng)
開關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。這不僅是因?yàn)楦鞣N控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無(wú)有關(guān)[13]。
本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位。
4.10.3伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置
緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。但有時(shí)安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡(jiǎn)便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。
本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。
當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到距油缸端蓋某一距離時(shí)能在活塞與端蓋之間形成一個(gè)緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時(shí)背壓阻力，以使運(yùn)動(dòng)減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置[12-15]。
在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。
設(shè)計(jì)油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時(shí)，（最大加速度）、（緩沖腔最大沖擊壓力）和（殘余速度）三個(gè)參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個(gè)參數(shù)，然后校驗(yàn)其余兩個(gè)參數(shù)。步驟如下：
(1)選擇最大加速度
通常，amax值按伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，同時(shí)要考慮速度與載荷大小。對(duì)于重載低速伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)，- 取5m/s2以下，對(duì)于輕載高速伺服機(jī)械手機(jī)構(gòu)，-取5～10 m/s2
(2)計(jì)算沿運(yùn)動(dòng)方向作用在活塞上的外力F
水平運(yùn)動(dòng)時(shí)：
（4.23）
=0.25×103×π×3.62-7
=138N
(3)計(jì)算殘余速度Vr
（4.24）
m/s
第5章 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 搬運(yùn)機(jī)械手的工藝過(guò)程
搬運(yùn)機(jī)械手的工作均由電機(jī) 驅(qū)動(dòng)，它的上升、下降、左移、右移都是有電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)來(lái)完成的。 分析工藝過(guò)程搬運(yùn)機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)后按扭后，搬運(yùn)機(jī)械手將原點(diǎn)→下降→夾緊（T）→上升→右移→下降→放松（T）→上升→左移到原點(diǎn),動(dòng)作完成一個(gè)工作周期。搬運(yùn)機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動(dòng)作轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開關(guān)來(lái)控制的，而加緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是有時(shí)間來(lái)控制的。
為了確保安全，搬運(yùn)機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工件時(shí)才能下降， 若上次搬到右工作臺(tái)上的工件尚未移走，搬運(yùn)機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。為此設(shè)置了一個(gè)光電開關(guān)，以檢測(cè)“無(wú)工件”信號(hào)。
為了滿足生產(chǎn)要求，搬運(yùn)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。
1） 手動(dòng)工作方式：利用按鈕對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手每一步動(dòng)作進(jìn)行控制。例如，按下“下降” 按鈕，搬運(yùn)機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，搬運(yùn)機(jī)械手上升。手動(dòng)操作可用于調(diào)整工作 位置和緊急停車后搬運(yùn)機(jī)械手返回原點(diǎn)。
2） 單步工作方式：從原點(diǎn)開始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按一次啟動(dòng)按鈕，
搬運(yùn)機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。
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3） 單周期工作方式：按下啟動(dòng)按鈕，搬運(yùn)機(jī)械手按工序自動(dòng)自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)
作，返回原點(diǎn)后停止。
4） 連續(xù)工作方式：按下按鈕，搬運(yùn)機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)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，搬運(yùn)機(jī)械手在完成最后一個(gè) 周期的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。
緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時(shí)停車。按下緊急停車按鈕，搬運(yùn)機(jī)械手停止 在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回到原點(diǎn)。
5.2 PLC 控制系統(tǒng)
1．確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號(hào)
1）輸入信號(hào)
位置檢測(cè)信號(hào)：下限、上限、右限、左限共 4 個(gè)行程開關(guān)，需要 4 個(gè)輸入端 子。
“無(wú)工件檢測(cè)”信號(hào)：用光電開關(guān)作檢測(cè)元件，需要 1 個(gè)端子?！肮ぷ鞣绞健边x擇開關(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)輸如端子。
手動(dòng)操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松 6 個(gè)按鈕，也需要6 個(gè)輸入端子。
自動(dòng)工作：尚需啟動(dòng)、正常停車、緊急停車 3 個(gè)按鈕，也需要 3 個(gè)輸入端子。 以上共需要 18 個(gè)輸入信號(hào)。
2）輸出信號(hào)
PLC 的輸出用于控制搬運(yùn)機(jī)械手的下降、上升、右移、左移、加緊、放松以三個(gè) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制等，共需要 11 個(gè)輸出點(diǎn)。搬運(yùn)機(jī)械手從原點(diǎn)開始工作，需要一個(gè) 原點(diǎn)指示燈，也需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)。所以，至少需要 6 個(gè)輸出點(diǎn)。
由于搬運(yùn)機(jī)械手的控制屬于開關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型 號(hào)的小型 PLC 均可滿足要求。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 FX2N-48RM，其輸入和輸出各 24 點(diǎn)，繼電器輸出型。FX2N-48RM 的各項(xiàng)工作參數(shù)已在第二章介紹，在此不在做介紹。
2．分配 PLC 的輸入/輸出端子
PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 5-2 所示。
圖 5-2 輸入/輸出分配接線圖
所需元器件明細(xì)表
5.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
為了方便編程，可將手動(dòng)和自動(dòng)程序分別編出相對(duì)獨(dú)立的程序段，用跳轉(zhuǎn)指 令進(jìn)行選擇，控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖，如圖 5-3 所示。選擇手動(dòng)方式時(shí)，X3 接 同，跳過(guò)自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序；選擇自動(dòng)工作方式時(shí)，X3 斷開，執(zhí)行自動(dòng) 程序。
（1）手動(dòng)程序 手動(dòng)操作不需要按工序順序進(jìn)行動(dòng)作，所以可按普通繼電器程 序來(lái)設(shè)計(jì)。手動(dòng)操作的梯形圖，如圖 5-4 所示，手動(dòng)按鈕 X20-X25 分別控制下
圖 5-3 總程序結(jié)構(gòu)框圖
圖 5-4 手動(dòng)程序 降、上升、右移、左移、加緊和放松各個(gè)動(dòng)作。為了保證系統(tǒng)的的安全與進(jìn)行， 設(shè)置了一些必要的連鎖。其中在左、右移動(dòng)的電路中加入 X11 作上限連鎖，這是 因?yàn)榘徇\(yùn)機(jī)械手只有處于上限位置時(shí)，才允許左、右移動(dòng)。
（2） 自動(dòng)程序 自動(dòng)程序如圖 5-5 所示。
1）連續(xù)及單周期操作。當(dāng)搬運(yùn)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，程序處于初始狀態(tài) S0，執(zhí)行下 降動(dòng)作。當(dāng)下降到下限位開關(guān)時(shí)，X10 接通，又接通下一個(gè)狀態(tài) S21，接著執(zhí)行 下一步動(dòng)作。當(dāng)執(zhí)行完最后一步動(dòng)作，即左移到原點(diǎn)碰到左限位開關(guān)時(shí)，X13 接 通，如果是單周期操作，則 M0 斷開，回到初始狀態(tài)，如果連續(xù)操作，則 M0 接通， 狀態(tài)轉(zhuǎn)移至 S20，又開始下一個(gè)周期的循環(huán)。
在運(yùn)行中，如按正常停車按鈕，則 X1 接通，M0 復(fù)位，搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作繼續(xù)執(zhí) 行完一個(gè)周期后，回到初始狀態(tài)。如按緊急停車按鈕，則 X2 接通，狀態(tài) S0~S33 全部復(fù)位，搬運(yùn)機(jī)械手工作停止。重新啟動(dòng)時(shí)，先用手動(dòng)來(lái)將搬運(yùn)機(jī)械手移回原點(diǎn)，才能 再次進(jìn)行自動(dòng)操作。
2）單步操作。當(dāng)自動(dòng)操作程序采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)時(shí)，單步操作程序用“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”標(biāo)志器 M8040 來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 5-6 所示。該繼電器線圈接通時(shí)，禁進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，線圈斷電時(shí)，允許狀態(tài)轉(zhuǎn)移。
圖 5-5 自動(dòng)程序 止步
在單步操作方式下，利用啟動(dòng)按鈕 X0 作為單步操作信號(hào)，X4 接通。不按啟 動(dòng)按鈕時(shí)，X0 斷開，其常閉接點(diǎn)閉合，M8040 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移被禁止。
圖 5-6 用“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”設(shè)計(jì)的單步操作梯形圖
當(dāng)完成一步動(dòng)作后，按下啟動(dòng)按鈕，X0 接通，，其常閉接點(diǎn)將 M8040 斷開，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一步。
將如圖 5-6 所示的單步操作梯形圖連接在如圖 5-5 所示的自動(dòng)程序上端，就 得到了包括單步、單周期、連續(xù)操作在內(nèi)的整個(gè)自動(dòng)操作的梯形圖。
至此，搬運(yùn)機(jī)械手的控制程序分段設(shè)計(jì)完畢。根據(jù)圖 5-3 所示的總程序結(jié)構(gòu)框圖，
將手動(dòng)操作程序梯形圖和自動(dòng)程序梯形圖嵌入，就得到整個(gè)程序的梯形圖。
總結(jié)與展望
總結(jié)與展望
一、總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程中，我取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題。這對(duì)我以后的工作有很大的幫助,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題，有的是知識(shí)方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面不足導(dǎo)致的。這些問(wèn)題有時(shí)使得我束手無(wú)措，不過(guò)在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計(jì)。
雖然我的設(shè)計(jì)存在很多不足的地方，總的來(lái)說(shuō)，我希望通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，為將來(lái)工作打下良好的基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)未來(lái)工作的一種模擬。
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