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1、軸承坯料搬運機械手的設(shè)計 機械手是一種機械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。 采用機械手是提高產(chǎn)品質(zhì) 量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強度的一種有效手段。 它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動 化技術(shù)裝備。機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條 件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期、 頻繁、單調(diào)的操作，采用機械手是有效的；此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放 射性和其它有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 本課題的主要內(nèi)容是采

2、用機械設(shè)計原理，進行三自由度搬運機械手的設(shè)計，熟悉三 自由度機械手的運用場合和相關(guān)的設(shè)計步驟。機械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動， 從而減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率。結(jié)合三自由度設(shè)計的各方面的知識，在設(shè)計 過程中學會怎樣發(fā)現(xiàn)問題?解決問題?研究問題。并且在設(shè)計中融入自己的想法和構(gòu)思, 提高自己的創(chuàng)新能力。盡力使機械手使用方便，結(jié)構(gòu)簡單。 關(guān)鍵詞：機械手，輸送工件，搬運，三自由度 -1 - ABSTRACT Manipulator is a mechanical technology and electronic technology with the combination o

3、f high technology products. Using manipulator is to improve product quality and productivity, and realize the automatic production process, improve working conditions, and reduce labor intensity of a kind of effective method. It is an imitation of the upper part of the human body function, according

4、 to the predetermined requirement or parts transportation holding tools for operation of the automation technology and equipment. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and production automatio

5、n level. Industrial production often appears in the handling of the heavy and long-term, frequent, drab operation, USES the manipulator is effective; In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions o

6、peration, more shows its superiority, with broad prospects. This topic is the main content of the mechanical design principle of the design of the three dof carrying manipulator, familiar with three degrees of freedom of the manipulator using occasions and related design steps. Robots can replace a

7、 lot of repeatability of physical labor, so as to reduce the labor intensity, improve production efficiency. Combined with three degrees of freedom all aspects of design knowledge, in the design process learn how to find out the problem to solve problems. And in the design idea and into their idea,

8、improve their innovation ability. Try to make robots easy to use simple structure. Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom - # - 第1章緒論 4 1.1機械手的歷史 4 1.2機械手的組成 5 1.3機械手的分類 6 第2章搬運機械手機構(gòu)總體方案設(shè)計 8 2.1搬運機械手設(shè)計要求 8 2.2基本設(shè)計思路 1 2.3搬運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 2.

9、4機械手材料的選擇 11 2.5機械臂的運動方式 11 2.6搬運機械手驅(qū)動與控制系統(tǒng)分析 12 第3章搬運機械手機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 13 3.1搬運機械手手爪設(shè)計 13 3.2搬運機械手手臂設(shè)計 13 3.3手部設(shè)計計算 -23 - 3.4腕部設(shè)計計算 20 3.5液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 21 3.6機身結(jié)構(gòu)的設(shè)計 23 第4章機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 27 4.1 PLC 簡介 27 4.2 PLC工作原理 27 4.3 PLC機型的選擇 27 4.4 PLC控制面板的擬定 29 4.5機械手工藝過程和控制方案的確定 30

10、4.5 PLC程序編寫 33 總結(jié)與展望 40 參考文獻 41 致謝 42 -3 - 1 緒論 隨著人類科技的進步，社會經(jīng)濟的發(fā)展，機器人學成為近幾十年來迅速發(fā)展的一 門綜合學科。它體現(xiàn)了光機電一體化技術(shù)的最新成就，機械手作為其中的佼佼者更是 發(fā)揮了不可磨滅的作用。在人類社會中，凡是有機械活動的地方，都能看到機械手的 身影。機械手產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學領(lǐng)域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至 是服務(wù)娛樂等民用領(lǐng)域發(fā)展了，并且各式各樣的機械手正在涌現(xiàn)出來，以驚人的速度 延伸到人類活動的各個領(lǐng)域。機械手是由于人類期望生產(chǎn)水平的提高，為了提升生產(chǎn) 效率而出現(xiàn)的。然而由于機械手

11、善于完成重復(fù)的，單調(diào)的，精確度要求高的工作，能 取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或者不愿完成的工作，因此，機械手的出現(xiàn)又大 大解放了人類的生產(chǎn)力。所以說機械手的發(fā)展是社會發(fā)展的結(jié)果，也是社會發(fā)展的必 然趨勢?，F(xiàn)在，很多發(fā)達國家都追逐著機械手這一發(fā)展趨勢，積極地進行著機械手的 各種開發(fā)和研制的工作，并且其中一些國家已經(jīng)取代了不錯的成果，研制出了許多新 型且實用的機械手或者是機器人。例如：日本的跳舞機器人、犬型機器人愛寶 (AIBO) ；。英國研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機器人；美國 iRobot 公司推出了能避開障礙，自動設(shè)計行進路線吸塵器機器人 Roomba；上海世博會使用過

12、的福娃機器人等等。 由于機械手的迅猛發(fā)展，機械手進入學校教學是必然的。三自由度機械手作為是 機械手的典型產(chǎn)品，其設(shè)計及應(yīng)用對機電一體化、機械結(jié)構(gòu)工藝、機械制造、自動 化、電子信息等專業(yè)的教學及研究都有著很重要的意義。 1.1 機械手的歷史 機械手是在機械化， 自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。 它是機器人的一 個重要分支。 它的特點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 人和機器各自的優(yōu)點， 尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。 在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣 泛的運用于自動生產(chǎn)線中， 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活， 但它具有能不斷重復(fù) 工作和勞動，不知疲勞，不怕危險

13、，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手 已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。 機械手首先是從美國開始研制的。 1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。 它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)， 控制系統(tǒng)是 示教形的。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再 現(xiàn)型機械手。商名為Unimate。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用 液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。 不少球坐標通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā) - 4 - 展起來的。同年，美國機械制造公司也實驗成功一種叫 Vewrsatra n

14、機械手。該機械手的 中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。 這兩種出現(xiàn)在六十年 代初的機械手，是后來國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國Unimate公司和斯坦 福大學，麻省理工學院聯(lián)合研制一種 Unimate-Vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計 算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于土 1毫米。聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一 種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 目前，機械手大部分還屬于第一代， 主要依靠人工進行控制；改進的方向主要是降 低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有 視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能

15、力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使 機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務(wù)。 它與電子計算 機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS和柔性制造單元FMC中的 重要一環(huán)節(jié)。 1.2機械手的組成 一般來說，機械手主要有以下幾部分組成： 1. 手部（或稱抓取機構(gòu)）：包括手爪、傳力機構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的 作用。 2. 傳送機構(gòu)（或稱臂部）：包括手腕、手臂等，主要起改變物件方向和位置的 作用。 3. 驅(qū)動部分：它是前兩部分的動力，因此也稱動力源，常用的有液壓、氣壓、 電力和電機四種驅(qū)動形式。 4. 控制部分：它是機械手動作的指揮系

16、統(tǒng)，由它來控制動作的順序 （程序）、 位置和時間（甚至速度與加速度）等。 5. 其它部分：如機體、行走機構(gòu)、行程檢測裝置和傳感裝置等。 1.2.1執(zhí)行機構(gòu) 一般機械手的執(zhí)行機構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有 行走機構(gòu)組成。 1.2.2驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、電動驅(qū)動和機械驅(qū)動等形式。不過目前還 是以液壓和氣動用的最多 液壓驅(qū)動具有體積小、出力大、控制性能好、動作平穩(wěn)等特點，它利用油缸、馬達 加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈 條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動具有潤滑性能好、壽命長的特點，結(jié)構(gòu)緊湊，剛

17、性 好。定位精度高，克實現(xiàn)任意位置開停。 有很多專業(yè)機械手能直接利用主機的液壓系統(tǒng)。 但缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣動驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉。氣源方便，所需的壓縮氣源一般工廠都有，并且無 污染，一般采用的壓力0.4-0.6MPa,最高可達1MPa缺點是出力小，體積大。由于空氣 的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓 系統(tǒng)容易生銹。 電動由于減速和回轉(zhuǎn)運動變往復(fù)運動機構(gòu)復(fù)雜 , 很少采用。機械式用于簡單的場 合。 1.2.3 控制機構(gòu) 機械手的控制方式有點動和連續(xù)控制兩種方式。 大多數(shù)是用插銷板進行點位程序 控制，也有采用可編程序

18、控制器控制、微型計算機數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿 孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。 1.3 機械手的分類 機械手從使用范圍、 運動坐標形式、 驅(qū)動方式以及臂力大小四個方面的分類分別 為： 1. 按使用范圍分類： (1) 專用機械手 一般只有固定的程序，而無單獨的控制系統(tǒng)。它從屬于某 種機器或生產(chǎn)線用以自動傳送物件或操作某一工具，例如 “毛坯上下料機械手”、“曲拐 自動車床機械手”、“油泵凸輪軸自動線機械手”等等。這種機械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較 低，適用于動作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。 (2) 通用機械手 指具有可變程序和單獨驅(qū)動的控制系統(tǒng)，不從屬于某種

19、機 器，而且能自動完成傳送物件或操作某些工具的機械裝置。 通用機械手按其定位和控制 方式的不同， 可分為簡易型和伺服型兩種。 簡易型只是點位控制， 故屬于程序控制類型， 伺服型可以是點位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。 2. 按運動坐標型式分類： (1) 直角坐標式機械手 臂部可以沿直角坐標軸 X 、Y 、Z 三個方向移動， 亦 即臂部可以前后伸縮 ( 定為沿 X 方向的移動 ) 、左右移動 ( 定為沿 Y 方向的移動 ) 和上下 升降（定為沿Z方向的移動）； （2） 圓柱坐標式機械手 手臂可以沿直角坐標軸的X和Z方向移動，又可繞 Z軸轉(zhuǎn)動（定為繞Z軸轉(zhuǎn)動），亦即臂

20、部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動； （3） 球坐標式機械手 臂部可以沿直角坐標軸X方向移動，還可以繞Y軸和 Z軸轉(zhuǎn)動，亦即手臂可以前后伸縮（沿X方向移動）、上下擺動（定為繞丫軸擺動）和左 右轉(zhuǎn)動（仍定為繞Z軸轉(zhuǎn)動）； （4） 多關(guān)節(jié)式機械手 這種機械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂 的連接（肘部）以及大臂和機體的連接（肩部）均為關(guān)節(jié)（鉸鏈）式連接，亦即小臂對大臂可 繞肘部上下擺動，大臂可繞肩部擺動多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動。 3. 按驅(qū)動方式分類： (1) 液壓驅(qū)動機械手 以壓力油進行驅(qū)動； (2) 氣壓驅(qū)動機械手 以壓縮空氣進行驅(qū)動； (3) 電力驅(qū)動機械手

21、直接用電動機進行驅(qū)動； ⑷ 機械驅(qū)動機械手 是將主機的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機構(gòu)等 傳遞給機械手的一種驅(qū)動方式。 4. 按機械手的臂力大小分類: (1) 微型機械手 臂力小于1 kg； ⑵ 小型機械手 臂力為1— 10 kg； (3) 中型機械手 臂力為10— 30 kg; ⑷ 大型機械手 臂力大于30 kg。 我所設(shè)計的搬運機械手，是以搬運物料為目的的圓柱坐標式三自由度機械手 它采用液壓與機械傳動兩種驅(qū)動方式，屬于小型機械手。 -7 - 第2章搬運機械手機構(gòu)總體方案設(shè)計 2.1搬運機械手設(shè)計要求 SQ1 — SQ6 Ar一

22、下限開關(guān) 右限 左旋 夾緊 上限幵關(guān) 傳送帶A 傳送帶B SQ4光屯開關(guān) 圖1機械手工作示意圖 (1) 初始狀態(tài)，按啟動按鈕傳送帶 A開始傳送物料，光電傳感器開始工作，機械 手回原點。 (2) 當光電傳感器檢測到有物料時，傳感器將信號傳給機械手，機械手開始工作。 (3) 機械手從初始位置開始運動，通過機械手臂的旋轉(zhuǎn)，機械手抓伸出，機械臂下 降，機械手抓抓緊來獲得傳送帶 A上的物料。 (4) 獲得物料后，通過機械臂升降，機械手抓的伸縮，機械臂旋轉(zhuǎn)，機械手抓的放 松，將物體運送到傳送帶B上。 (5) 機械手完成這一系列動作后，開始重復(fù)工作。 2.2基本設(shè)計思路 2

23、.2.1系統(tǒng)分析 機械手是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、提高勞動生產(chǎn)率的一種有力工具。要在一個生產(chǎn)過 程中實現(xiàn)自動化，需要對各種機械化、 自動化裝置進行綜合的技術(shù)和經(jīng)濟分析，從而判 斷機械手是否合適。所以要完成機械手的設(shè)計，一般要先做如下工作： (1) 根據(jù)機械手的使用場合，明確機械手的目的和任務(wù)。 (2) 分析機械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境。 (3) 認真分析系統(tǒng)的工作要求，確定機械手的基本功能和方案，如機械手的自由度 數(shù)目、動作速度、定位精度、抓取重量等。進一步根據(jù)抓取、搬運物體的質(zhì)量、形狀、 尺寸及生產(chǎn)批量等情況，來確定機械手爪的形式及抓取工件的部位和握力大小。 對此，我進行如下分析： (

24、1) 本設(shè)計課題為物料傳送機械手設(shè)計，是通過機械手進行兩地物料運輸?shù)臋C械 手。而機械手的使用場合，非常廣泛，要涉及到物料的狀態(tài)，運作流水線的環(huán)境等等因 素，相較于我所掌握的理論知識和能力， 我選擇非批量生產(chǎn)的小型物體加工流水線上的 物料傳送機械手。 (2) 由于我所選擇的機械手是非批量生產(chǎn)的小型物體加工流水線上的物料傳送機 械手，所以，機械手所在的系統(tǒng)工作環(huán)境一定是工廠， 要求精度高，容錯率低，速度快。 (3) 再者是搬運物體的考慮，由于是小型物件，所以對機械手的抓取力量并無太高 要求，而物體形狀初步擬定為圓柱形，方便設(shè)計。 2.2.2 總體設(shè)計框圖 控制系統(tǒng) 感知系統(tǒng) 圖2

25、總體設(shè)計框圖 如圖2為總設(shè)計框圖，說明如下： (1) 控制系統(tǒng)：任務(wù)是根據(jù)機械手的作業(yè)指令程序和傳感器反饋回來的信號，控制 機械手的執(zhí)行機構(gòu)，使其完成規(guī)定的運動和功能。主要設(shè)計目標為 CPU的選擇，CPU 程序的編寫調(diào)試等。 (2) 驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)工作的驅(qū)動裝置。 (3) 機械系統(tǒng)：包括機身、機械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標形式， 并計算得出具體結(jié)構(gòu)。 (4) 感知系統(tǒng)：即傳感器的選擇及具體作用 223搬運機械手的基本參數(shù) 1. 機械手的最大搬運物料的重量是它的主參數(shù)。本論文物料傳送機械手所搬運 的物料質(zhì)量可設(shè)定為5kg。 2. 運動速度直接影響機械手的動

26、作快慢和機械手動作的穩(wěn)定性， 所以運動速度 也是是物料物料傳送機械手的一個主要的基本參數(shù)。 設(shè)計速度過低的話，會無法滿足機 械手的動作功能，限制機械手的使用范圍。設(shè)計的速度過高又會加重機械手的負載并影 響機械手動作的平穩(wěn)性。該機械手的最大平移速度為 1 m/s。 3. 伸縮行程和工作半徑是決定機械手工作范圍及整機尺寸的關(guān)鍵， 也是機械手 設(shè)計的基本參數(shù)。過大的工作半徑和伸縮行程， 會增大機械手的運動負載，使得機械手 剛性降低，而工作半徑過小則不能夠?qū)崿F(xiàn)機械手的功能，限制了機械手的應(yīng)用和擴展性。 本論文物料傳送機械手設(shè)定水平反向伸縮行程 200mm，回轉(zhuǎn)角度范圍為90。機械手 豎直方向

27、的升降行程為100mm。 4. 定位精度也是機械手的主要基本參數(shù)之一。機械手精度太低，就完成不了功 能，精度太高又意味著成本的增加。 綜合考慮，該物料傳送機械手的定位精度設(shè)定為士 0.5到士 1mm之間。物料傳送機械手的各個部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物 料傳送機械手各關(guān)節(jié)的行程和時間分配來決定。 表1物料傳送機械手基本參數(shù)(自定) 水平機構(gòu) 伸出范圍： 0~500mm 垂直機構(gòu) 升降范圍： 100mm 伸出速度 334mm/s 上升速度： 200mm/s 收縮速度 334mm/s 下降速度： 200mm/s :定位精度 士 1mm

28、 定位精度：n 士 1mm 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 回轉(zhuǎn)角度 180 手爪 搬運范圍 < 0500mm 回轉(zhuǎn)速度 90 /s 定位精度： 士 5 -11 - 2.3搬運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.3.1搬運機械手坐標形式的選擇 根據(jù)所設(shè)計的機械手的運動方式：機械臂的轉(zhuǎn)動，機械臂的升降，機械臂的伸 縮，得到了機械臂的三個自由度。根據(jù)上文所說的，機械手按照坐標的分類情況，選擇 圓柱坐標式機械手更為妥當。 2.4機械手材料的選擇 機器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來進行選擇，并滿足機器人的設(shè)計和制作 要求。從設(shè)計的思想出發(fā)，機器人手臂要完成各種運動。因此，對材料的一個

29、要求是作 為運動的部件，它應(yīng)是輕型材料。另一方面，手臂在運動過程中往往會產(chǎn)生振動，這必 然大大降低它的運動精度。所以在選擇材料時，需要對質(zhì)量、剛度、阻尼進行綜合考慮， 以便有效地提高手臂的動態(tài)性能。此外，機器人手臂選用的材料與一般的結(jié)構(gòu)材料不同。 機器人手臂是一種伺服機構(gòu)，要受到控制，必須考慮它的可控性。在選擇手臂材料時， 可控性還要和材料的可加工性、結(jié)構(gòu)性、質(zhì)量等性質(zhì)一起考慮。 總之，選擇機器人手臂的材料時，要綜合考慮強度、剛度、重量、彈性、抗震性、 外觀及價格等多方面因素。下面介紹幾種機器人手臂常用的材料： (1) 碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強度鋼：這類材料強度好，尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強度

30、增 加了 4~5倍、彈性模量E大、抗變形能力強，是應(yīng)用最廣泛的材料； (2) 鋁、鋁合金及其它輕合金材料：其共同特點是重量輕、彈性模量 E不大，但是材 料密度小，則E/p之比仍可與鋼材相比； (3) 陶瓷:陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，可加工型不好，與金屬等零件連 接的接合部需要特殊設(shè)計。然而，日本己試制了在小型高速機器人上使用的陶瓷機器人 手臂的樣品； 從本文設(shè)計的機械手的角度來看，在選用材料時不需要很大的負載能力，也不需要很 高的彈性模量和抗變形能力，此外還要考慮材料的成本，可加工性等因素。在衡量了 各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下，初步選用鋁合金作為機械臂的構(gòu)件 2.5機械臂

31、的運動方式 根據(jù)主要的運動參數(shù)選擇運動形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。 常見的機器人的運動形式有 五種:直角坐標型、圓柱坐標型、極坐標型、關(guān)節(jié)型和 SCARA型。同一種運動形式為適 應(yīng)不同生產(chǎn)工藝的需要，可采用不同的結(jié)構(gòu)。具體選用哪種形式，必須根據(jù)作業(yè)要求、 工作現(xiàn)場、位置以及搬運前后工件中心線方向的變化等情況，分析比較并擇優(yōu)選取。 考慮到機械手的作業(yè)特點，即要求其動作靈活、有較大的工作空間、且要求結(jié)構(gòu)緊 湊、占用空間小等特點，故選用關(guān)節(jié)型機械手。這類機械手一般由 2個肩關(guān)節(jié)和1個肘 關(guān)節(jié)進行定位，由2個或3個腕關(guān)節(jié)進行定向。其中，一個肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一 個肩關(guān)節(jié)實現(xiàn)俯仰。這兩個肩關(guān)節(jié)軸線

32、正交。肘關(guān)節(jié)平行于第二個肩關(guān)節(jié)軸線，如圖所 示。這種構(gòu)形動作靈活、工作空間大、在作業(yè)時空間內(nèi)手臂的干涉最小、結(jié)構(gòu)緊湊、占 地面積小、關(guān)節(jié)上相對運動部位容易密封防塵。但是這類機械手運動學比較復(fù)雜，運動 學的反解比較困難；確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀，且在進行控制時，計算量比較大。 9嘰 (a)耳抿躺上弍 2 圖3常見的運動方式 ■ 尖吊條i餐 2.6搬運機械手驅(qū)動與控制系統(tǒng)分析 2.6.1驅(qū)動方式的選擇 機械手常用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種基本形式。 液壓驅(qū)動的特點是功率大、結(jié)構(gòu)簡單，可省去減速裝置，響應(yīng)快，精度較高。但是 需要有液壓源，而且容易發(fā)生液

33、體泄漏。 氣壓驅(qū)動的能源、結(jié)構(gòu)都比較簡單，但與液壓驅(qū)動相比，功率較小，速度不易控制, 精度不咼。 電機傳動能源簡單，機構(gòu)速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高，使用 方便，噪聲低，控制靈活。 起初，我先選擇電動機的傳動結(jié)構(gòu)，但是考慮到機械手的升降運動運用純機械結(jié)構(gòu) 并不能達到理想傳動效果。而機械手臂旋轉(zhuǎn)如若使用氣壓或者液壓傳動，就必須帶有旋 轉(zhuǎn)氣壓或者旋轉(zhuǎn)液壓缸，相對來說結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于設(shè)計。 故改良方案，將驅(qū)動方式分成兩個部分。 其中，機械臂的回轉(zhuǎn)采用電機傳動的驅(qū)動 方式，通過電機帶動齒輪鏈進行旋轉(zhuǎn)傳動；而機械臂的伸縮、升降和機械手抓的抓取， 都采用氣壓驅(qū)動方式。 2.6

34、.2控制系統(tǒng)的選擇 這里選擇用PLC控制的控制系統(tǒng) 3搬運機械手機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 3.1搬運機械手手爪設(shè)計 設(shè)計時考慮的幾個問題： 1. 具有足夠的夾緊力：在確定手爪的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳 送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 2. 手爪間應(yīng)具有一定的開閉角：兩手爪張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱 為手爪的開閉角。手爪的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開， 若夾持不同直徑的工件， 應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手爪只有開閉幅度的要求。 3. 保證工件準確定位：為使手爪和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被 抓取工件的形狀

35、，選擇相應(yīng)的手爪形狀。考慮被抓取對象的要求，手爪形狀設(shè)計成V型 4. 具有足夠的強度和剛度：手爪除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手 在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響， 要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲 變形，應(yīng)當盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使 手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小。 3.2搬運機械手手臂設(shè)計 機械手臂，在我的設(shè)計中，涉及到三個自由度：升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)。水平手臂作伸 縮用，而垂直手臂則有兩部分組成。 與底座連接部分為機械臂旋轉(zhuǎn)部分，通過電機帶動 齒輪鏈使得機械臂旋轉(zhuǎn)；上面部分為機械臂升降部分，通過氣壓驅(qū)動控制機械臂的升降。 所以，我將機

36、械手臂的設(shè)計分為三個步驟，先完成垂直臂的設(shè)計，再完成水平臂的設(shè)計 3.2.1伸縮機械臂的設(shè)計 1. 尺寸校核 (1)在校核尺寸時，只需校核氣壓缸內(nèi)徑 D1=50mm,半徑R=25nm的氣壓缸的尺寸 滿足使用要求即可,設(shè)計使用壓強P=0.4MPa,則驅(qū)動力： 2 6 2 F 二P 二R =0.4 10 3.14 0.0315 =1246N (3-1) (2)分析計算伸縮手臂加速度: 如下圖所示，t =8s,將其分為三段，分別為加速狀態(tài)ti，勻速狀態(tài)t2和減速狀 態(tài)t3。切運動距離L為500mm,所以有公式: 2 2 又有加速度公式a二衛(wèi)二01 = 0.33m s2 (

37、3-3) At 3 測定手臂質(zhì)量為m = g m^ 50 55kg ,加速度a二0.33m / s2，則慣性 力: Fi =ma =55 0.33 = 18.15N (3-4) 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) k = 0.2, Fm f =0.2 16.5= 3.63( N) (3-5) 總受力 F^ F1 Fm =18.15 3.63 = 21.78N (3-6) 所以氣壓缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。 3.2.2升降機械臂的設(shè)計 1.尺寸設(shè)計 氣壓缸運行長度設(shè)計為 丨=80mm,氣壓缸內(nèi)徑為 D1 =80mm,半徑 R=40mm,壓強 p=0.4MPa,則驅(qū)動力：

38、 Go 二 p.二R2 =0.4 106 3.14 0.0552 =3799N (3-7) 2. 尺寸校核 (1 )測定手臂質(zhì)量為m = g m2叫=55 ? 30二85kg ,則重力： G 二mg =85 10 =850N (3-8) 如下圖所示，t=3s,將其分為三段，分別為加速狀態(tài)ti，勻速狀態(tài)t2和減 0.1 0.5 1 0.5 =0.05 m s (3-9) 速狀態(tài)t3。切運動距離L為100mm,所以有公式: -17 - -# - 又有加速度公式 a =- - 0.05 = 0.05 m s2 (3-10) At 1 (3-11)

39、 則慣性力為：F訐ma =85 0.05 =4.25N (3) 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) k二。1,如圖所示: 若安裝時升降臂完全豎直，貝U摩擦力為零。但在實際操作中，不能達到此效 果，所以設(shè)定偏斜角度為1?3。所以重力G在機械臂面上有一個分力Gm對機械臂 側(cè)面產(chǎn)生壓力，故產(chǎn)生了摩擦力 Fm。則有公式: Gm 二 G sin3 =44.49N (3-11) Fm =Gm k =44.49 0.1 =4.45N (3-12) 總受力 Gq =G Fm Gm =850 44.49 4.45 =898.94N (3-13) Gq ：： Go 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要

40、求。 3.2.3旋轉(zhuǎn)機械臂的設(shè)計 如圖所示，旋轉(zhuǎn)機械臂固定在底座上。對于其傳動方式，我選擇了齒形帶傳動。通 過電動機帶動齒輪Oi，經(jīng)由齒形帶傳動，達到讓齒輪 。2轉(zhuǎn)動的效果。同時，旋轉(zhuǎn)臂與 齒輪02通過鍵連接達到旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動效果。 圖4齒輪鏈傳動原理圖 齒輪帶的傳動比計算公式為 匕 乙 i n1 Z2 (3-14) 齒輪帶的平均速度Va為 Va =乙 t n 1 =Z2 t n2 (3-15) 3.3手部設(shè)計計算 (1) 對手部設(shè)計的要求 (a) 有適當?shù)膴A緊力 手部在工作時，應(yīng)具有適當?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。對于剛性很

41、差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)， 對于笨重的工 件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 (b) 有足夠的開閉范圍 根據(jù)工件外圓大小，夾持的大小直徑必須大于120mm。 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。 工作時，一個手指開閉位置以最大變化量 稱為開閉范圍。對于回轉(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 說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖 5所示。 t 圖5機械手機構(gòu)開閉示例簡圖 (C)力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量

42、和體積直接影響整個 機械手機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力 求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。 (d) 手指應(yīng)有一定的強度和剛度 (e) 其它要求： 因此送料，夾緊機械手機構(gòu)，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾 緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。 (2) 拉緊裝置 如圖6所示：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。 Jf ZL r n 圖6油缸示意圖 (a) 右腔推力為 設(shè)定活塞的直徑D=50mm,系統(tǒng)壓力P=25Mpa Fp =「：/4D2P =二 /4 0.

43、52 25 103 =4908.7N (b) 根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為: 2 F, = 2b/a cos： N 其中N =4 98N=392N，帶入公式2.2得： F^ 2b/a cos： 2N =(2 150/50) (cos30o) 2 392 =1764 N 則實際加緊力為F1實際=PK1K2/n =1764 1.5 1.1/0.85=3424 N 經(jīng)圓整F1=3500N 由公式 N = a/2b 1/cos： p得： a=50.5 mm b=72 mm (3-16) (3-17) (3-18) (c) 計算手部活塞桿行程長L,即

44、 (3-19) L 二 D/2tg =25 x tg30o =23.1 mm 經(jīng)圓整取|=25mm (d) 確定“ V ”型鉗爪的L、俟 取 L/Rcp=3 (3-20) 式中： Rcp=P/4=200/4=50 (3-21 ) 由公式得：L=3X Rcp=150 取“V”型鉗口的夾角2o=120o，則偏轉(zhuǎn)角B按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定， 查表得： 3=22o39 (5) 機械運動范圍(速度) (a) 伸縮運動 Vmax=500mm/s Vmin=50mm/s (b) 上升運動 Vmax=500mm/s Vmin=40mm/s (c) 下降 Vmax=800mm/s

45、Vmin=80mm/s (d) 回轉(zhuǎn) Wmax =90 o/ s Wmin =30o/s 所以取手部驅(qū)動活塞速度 V=60mm/s (6) 手部右腔流量 Q 二 SV (3-22 ) =60 二r2 =60x 3.14 x 252 =1177.5mm3s (7) 手部工作壓強 P=Fj/S (3-23) =3500/1962.5=1.78 Mpa -21 - 3.4腕部設(shè)計計算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位， 它動作靈 活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸 驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn)

46、土 90o 角速度 =45o/s 以最大負荷計算： 當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 10kg，長 度I =650mm。如圖7所示。 (1) 計算扭矩二I, 設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩二為： 二 11 = F S ( 3-24) =10X 9.8 X 0.2=19.6 (N-M) F " 工件 S r 1 圖7腕部受力簡圖 (2) 油缸(伸縮)及其配件的估算扭矩 F =5kg S =10cm 帶入公式2.9得 l2=F S=5X 9.8 X 0.1 =4.9 (N-M) -20 - 2

47、(3) 擺動缸的摩擦力矩\、1摩 F摩=300 (N)(估算值) S=20mm (估算值) I 摩=卩摩 X S =6 ( N *M) (4) 擺動缸的總摩擦力矩\ I I FI1+J2+J 摩 (3-25) =30.5 ( N M ) (5) 由公式 T 二 P b’A-mm2 106 /8 (3-26) 其中：b—葉片密度，這里取b=3cm； ai —擺動缸內(nèi)徑,這里取Ai=10cm； mm —轉(zhuǎn)軸直徑,這里取，mm =3cm 所以代入公式 又因為 P=8T —-mm2 106 =8X 30.5/0.03 X( 0.1 2-0.03 2)X 106 =0.89

48、Mpa W =8Q/A —mm2b 所以 Q 」；mm2 b/8 =0.27 (n /4 ) (0.1 2-0.03 2)X 0.03/8 X 10-4m3/s =27 ml/s 3.5液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 液壓控制機械手機構(gòu)的一種主要的控制形式。機械手機構(gòu)的運動速度和操作室根據(jù) 油的流量與壓力來確定，因而只要控制油的流量和壓力，就可以控制機械手機構(gòu)的運動 速度和操作力，油壓壓力一般在5—140公斤/厘米范圍內(nèi)，最大臂力可達160公斤以上 主要優(yōu)點： (1) 液壓執(zhí)行元件(馬達和油缸)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率小。 (2) 可通過液壓油帶走大量熱能，保證機械的正常運行，并

49、由于液壓油的潤滑作用, 可延長元件的使用壽命。 (3) 液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。只要通過閥和泵的調(diào)節(jié)就能實現(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，制動和反向，無后滯現(xiàn)象。其力矩一慣量比也 較大，因而其加速度能力較強。 (5) 液壓元件于其他驅(qū)動元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐 振動等。 缺點： (1) 液壓控制需要一套液壓系統(tǒng)，不像電力容易獲得，而且價格較貴。 (2) 油溫有上限，并難以保持不漏，比較臟，易于使閥和執(zhí)行元件堵塞。 (3) 控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，處理功率訊號的數(shù)學運算誤差，檢測，

50、放大，測試和補償功能 不如電子，機電裝置靈活簡便?？傮w系統(tǒng)圖 圖8總體系統(tǒng)圖 (1) 總體系統(tǒng)圖如圖8所示, (2) 工作過程： 小臂伸長一手部抓緊-腕部回轉(zhuǎn)一小臂回轉(zhuǎn)-小臂收縮一手部放松 電磁鐵動作順序表： -27 - 表2總體系統(tǒng)圖 7-、、元件 動作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 小臂伸長 - + + - - 手部抓緊 - + - - - 腕部回轉(zhuǎn) - + - + - 小臂收縮 - - - - - 手部放松 - - + - - 卸荷 + ⑷確電機規(guī)格：

51、 液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定壓力P =10Mpa,工作流量在32?70ml/r之間。 選取80L/min為額定流量的泵， 因此：傳動功率 N二P Q/ (3-27) 式中：n=0.8 (經(jīng)驗值) 所以代入公式得： N =10 x 80X 103x 106/60 x 0.8 =16.7KN 選取電動機JQ乙61-2型電動機，額定功率17KW，轉(zhuǎn)速為2940r/min。 3.6機身結(jié)構(gòu)的設(shè)計 機身是直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝 置或傳動件都安裝在機身上，或者就直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。 因此，臂部的運 動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況

52、就愈復(fù)雜， 機身既可以是固定式的，也可以是行走式的 臂部和機身的配置形式基本上反映了機械手機構(gòu)的總體布局。 本課題機械手機構(gòu)的 機身設(shè)計成機座式，這樣機械手機構(gòu)可以是獨立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安 放和搬動，也可具有行走機構(gòu)。臂部配置于機座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型機械手機構(gòu)。 臂部可沿機座立柱作升降運動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。 由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶 動了機身的旋轉(zhuǎn)，從而達到了自由度的要求。 3.6.1電機的選擇 機身部使用了兩個電機，其一是帶動臂部的升降運動；其二是帶動機身的回轉(zhuǎn)運動。 帶動臂部升降

53、運動的電機安裝在肋板上，帶動機身回轉(zhuǎn)的電機安裝在混凝土地基上。 帶動臂部升降的電機： 初選上升速度 V =100mm/s -29 - P =6KW 所以 n = (100/6 )x 60=1000轉(zhuǎn)/ 分 選擇丫90S-4型電機，屬于籠型異步電動機。采用B級絕緣，外殼防護等級為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3 Y90S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 表3 Y90S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 額定功 率KW 滿載時 堵轉(zhuǎn)電 流 額定電 流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn) 矩 最大轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn)

54、矩 電流A 轉(zhuǎn)速 效率% r/min 功率因 素 Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.2 3.6.2螺柱的設(shè)計與校核 螺桿是機械手機構(gòu)的主支承件，并傳動使手臂上下運動 螺桿的材料選擇： 從經(jīng)濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。 螺距 P =6 mm 梯形螺紋 (3-28) (3-29) (3-30) 螺紋的工作高度 h =0.5P =3mm 螺紋牙底寬度 b =0.65 P=0.65 x 6=3.9 mm 螺桿強度 ■■ I = cS?5 =150/3 ?5 =30 ?50Mpa 螺紋牙剪切 丨--

55、1 =40 彎曲：■ b =45?55 (1)當量應(yīng)力 (3-31) 式中T 傳遞轉(zhuǎn)矩 N?mm [C ――螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式得: :=(4 200 9.8/2)2 3(200 9.8 0.6/0.2d「)2 =(2495/di2)2 (61.2/di3)2 乞 30~50 106 =(2495/ d i2)2+3 (61.2/ d i3) 2< 900?2500 X 1012 =6225025/d 14+11236/d 16 < 900?2500 X 1012 6225025di2+11236< 900d* X 1012 6225025X 0.029

56、2+11236< 900X 0.029 6X 1012 即 16471pav 535340pa 合格 (2)剪切強度 Z 二H/P =160/6 (旋合圈數(shù)) (3-32) 二 F/「abz (3-33) =200 X 9.8/ n X 0.029 X 3.9 X( 160/6) X 10-3 =206.8 X 10pa =0.206 Mpav [ t ]=40 Mpa ⑶彎曲強度 2 -b =3FhT d1b z =3X 200X 9.8 X 3/ n X 2.9 X 3.92X( 160/6 ) =0.48Mpav [(T ]=45Mpa 合格 3.6.3機座

57、的機械結(jié)構(gòu)示意圖 帶動機身回轉(zhuǎn)的電機： 初選轉(zhuǎn)速 W =60 o/ 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 X 3X 30=900轉(zhuǎn)/ 分 選擇Y90L-6型籠型異步電動機 電動機采用B級絕緣。外殼防護等級為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 丫90S-6電動機技術(shù)數(shù)據(jù)所示: 表4 Y90L-6電動機技術(shù) 型號 額定功 率KW 滿載時 堵轉(zhuǎn)電 流 額定電 流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn) 矩 最大轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn) 矩 電流 A 轉(zhuǎn)速 效

58、率 r/min % 功率因 素 Y9OL-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 6.0 2.0 2.0 機座的機械結(jié)構(gòu)如圖 9所示: -33 - 軸承坯料搬運機械手的設(shè)計 4搬運機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 PLC簡介 PLC(Programmable Logic Controller),是可編程邏輯控制器。它采用一類可編程的存 儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向 用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本

59、上與微型計算機相同， 基本構(gòu)成為：(1)電源；⑵中央處理單元(CPU)；⑶存儲器；⑷ 輸入輸出接口電路； (5)功能模塊；(6)通信模塊。 4.2 PLC工作原理 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行 和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。 在整個運行期間，PLC的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 1. 輸入采樣階段 2. 用戶程序執(zhí)行階段 3. 輸出刷新階段 4.3 PLC機型的選擇 我選擇使用三菱PLC。原因如下： 首先是語言方面。西門子的編程語言相當復(fù)雜。不僅有我們學過的 LAD(梯型圖)， FBD(功能

60、圖)，STL(語句表)，還有我們沒有接觸到的許多編程方式。對于我們這些大 學生來說，西門子編程語言太過繁瑣，不適合我們短時間的設(shè)計理解。 在程序結(jié)構(gòu)上，西門子采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計， 而且在用戶界面上，將數(shù)據(jù)和程序代碼嚴 格分開。而三菱就相對比較簡單，方便我們快速掌握。 綜上，因為本次工藝流程設(shè)計的語言較為簡單，只需要簡單的指令編程即可實現(xiàn)， 三菱可以對整體的I/O進行預(yù)先設(shè)置是直接方式還是刷新方式，而且有指令可以實現(xiàn)對 局部I/O的立即刷新執(zhí)行。有利于程序的設(shè)計，所以故選用三菱 PLC。 431 PLC機型的選擇 因每種品牌配置不一樣，所以它的選型方式也有所差異。 三菱 PLC 的型號有

61、多種多樣， FR-FX1N、FR-FX1S、FR-FX2N、FR-FX3U、 FR-FX2NC、FR-A FR-Q 要選擇相對應(yīng)的機型，就要分析被控對象： 此次PLC需要控制的對象為物料傳送機械手， 由于用途比較固定，I/O點數(shù)并不復(fù) 雜，所以選擇小型PLC即可。故選擇三菱PCL中FX1N系列的PLC。 4.3.2所選PLC的參數(shù) 項目 規(guī)格 備注 運轉(zhuǎn)控制方式 通過儲存的程序周期運轉(zhuǎn) I/O控制方法| 批次處理方法 I/O指令可以刷新 +運轉(zhuǎn)力卜理時卄「間 基本指令: 0.55 至 0.7(is 運轉(zhuǎn)處理時冋 應(yīng)用指令: 3.7至幾百(i

62、s 編程語言 邏輯梯形圖和指令清單 使用步進梯形圖生成 SFC類型程序 內(nèi)置2K步EEPROM 程式容量 存儲盒(FX1 n-EEPR0M-8L)可選 表5 FS1S系列PLC的參數(shù) I/O配置 最大總I/O由主處理單元設(shè)置 基本順序指令：27 指令數(shù)目 步進梯形指令：2 應(yīng)用指令：85 最大可用167條應(yīng)用指令，包括所有 的變化 輔助繼電 器(M) 鎖定 特殊 384點 M0 至 M383 128點(子系統(tǒng)) M384 至 M511 256點 M8000 至 M8255 狀態(tài)繼電 器(S) 128點 S0 至 S127 初始

63、10點(子系統(tǒng)) S0 至 S9 100毫秒 范圍：0至3276.7秒63點 TO 至 T55 定時器(T) 10毫秒 范圍：0至327.67秒31點 當特殊 M線圈工作時T32至T62 1毫秒 范圍：0.001至32.767秒1點 范圍：1至32767數(shù)16點 計數(shù)器(C) 鎖定 范圍：1至32767數(shù)16點 類型: 16位增計數(shù)器 C16 至 C31 類型: 16位增計數(shù)器 CO 至 C15 數(shù)據(jù)寄存 128點 DO 至 D127 32位元件的16位數(shù)據(jù)存儲寄存器對 器(D) 鎖定 128點 D128 至 D255 32

64、位元件的16位數(shù)據(jù)存儲寄存器對  外 7卜部調(diào)節(jié) 范圍：0至255 2點 通過外部設(shè)置電位計間接輸入 D8013 或 D8030&D803114 數(shù)據(jù) r 特殊 256 點（包含 D8030，D8031） 從 D8000 至 D8255 16位數(shù)據(jù)存儲寄存器］ 變址 16點 V和Z 16位數(shù)據(jù)存儲寄存器］ 指標（P） 用于 CALL 64點 P0 至 P64 用于中斷 6點 100* 至 130* （上升觸發(fā)*=1，下降觸發(fā)*=0） 十進位K 16 位：-32768 至+32768 常數(shù)

65、32 位：-2147483648 至+2147483647 十六進位 16 位：0000 至 FFFF H 32 位：00000000 至 FFFFFFFF 4.4 PLC控制面板的擬定 我初步設(shè)想的機械手工作，有三種工作狀態(tài)：第一種是自動工作，用于批量物 料搬運，使用時間長，普遍；第二種是單步工作，就是機械手只運送一次工件就停止運 行，用于個別物料的搬運，使用時間不長；第三種為手動操作，是根據(jù)實際情況人為操 作的控制方式。 單周期 上升 下降 ^轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) -37 - 軸承坯料搬運機械手的設(shè)計

66、-# - 軸承坯料搬運機械手的設(shè)計 放松 圖10 建議控制面板的設(shè)計 -# - 軸承坯料搬運機械手的設(shè)計 4.5 機械手工藝過程和控制方案的確定 4.5.1 明確工藝要求 (1) 初始狀態(tài)，按啟動按鈕傳送帶 A 開始傳送物料，光電傳感器開始工作，機械 手回原點。 (2) 當光電傳感器檢測到有物料時，傳感器將信號傳給機械手，機械手開始工作。 (3) 機械手從初始位置開始運動， 通過機械手臂的旋轉(zhuǎn)，機械手抓伸出，機械臂下 降，機械手抓抓緊來獲得傳送帶 A 上的物料。 (4) 獲得物料后，通過機械臂升降，機械手抓的伸縮，機械臂旋轉(zhuǎn)，機械手抓的放 松，將物體運送到傳送帶 B 上。 (5) 機械手完成這一系列動作后，自行復(fù)位，開始重復(fù)工作。 (6) 傳送帶 B 獲得物體后，通過光電傳感器測定是否有物體在傳送帶 B 上，來控 制傳送帶 B 的工作。 4.5.2 確定工藝流程 確認工藝要求后，開始著手思考工藝流程。 根據(jù)我的設(shè)計思路，完成一次物料傳送動作需要完成如下幾個步驟： 判斷物料； 機 械手準備 ( 其中包