多自由度機械手課程設(shè)計--多自由度機械手機電系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計說明書</p><p>　　設(shè)計題目： 多自由度機械手機電系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 金山學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)年級： 10機械 </p><p>　　學(xué)

2、 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2014年1月14日</p><p>　　一、總體方案設(shè)計5</p><p&

3、gt;　　1.1 設(shè)計任務(wù)5</p><p>　　1.2 總體方案確定5</p><p>　　1.2.1機械手基本形式的選擇5</p><p>　　1.2.2機械手的主要部件及運動5</p><p>　　1.2.3驅(qū)動機構(gòu)的選擇5</p><p>　　1.2.4 機械手的技術(shù)參數(shù)列表5</p>

4、<p>　　二、機械系統(tǒng)設(shè)計6</p><p>　　2.1機械手手部的設(shè)計計算6</p><p>　　2.1 .1手部設(shè)計基本要求6</p><p>　　2.1.2 典型的手部結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.1.3機械手手抓的設(shè)計計算6</p><p>　　2.1.4.機械手手抓夾持精度的分析計算

5、10</p><p>　　2.1.5彈簧的設(shè)計計算11</p><p>　　2.2腕部的設(shè)計計算13</p><p>　　2.2.1 腕部設(shè)計的基本要求13</p><p>　　2.2.2典型的腕部結(jié)構(gòu)14</p><p>　　2.2.3 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇14</p><p>

6、;　　2.2.4 腕部的設(shè)計計算14</p><p>　　2.3臂部的設(shè)計及有關(guān)計算17</p><p>　　2.3.1 臂部設(shè)計的基本要求17</p><p>　　2.3.2 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇18</p><p>　　2.3.3 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定20</p><p>　　2.4機身的設(shè)

7、計計算21</p><p>　　2.4.1 機身的整體設(shè)計21</p><p>　　2.4.2 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計計算22</p><p>　　2.4.3 機身升降機構(gòu)的計算25</p><p>　　2.4.4 軸承的選擇分析27</p><p>　　三、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計27</p>&l

8、t;p>　　3.1可編程序控器的簡介27</p><p>　　3.2 PLC的結(jié)構(gòu)，種類和分類28</p><p>　　3.3 FX2n系列三菱PLC特點29</p><p>　　3.4 接近開關(guān)傳感器30</p><p>　　3.5 I/O接口簡介31</p><p>　　3.6 行程開關(guān)的介紹31

9、</p><p>　　3.6.1 行程開關(guān)的概念31</p><p>　　3.6.2 行程開關(guān)的作用及原理31</p><p>　　3.7電路的總體設(shè)計32</p><p>　　3.7.1回路的設(shè)計32</p><p>　　3.7.2 系統(tǒng)輸入/輸出分布表33</p><p>　　3.

10、7.3機械手的程序設(shè)計34</p><p>　　3.7.4 步進電機的運行控制34</p><p>　　四、參 考 文 獻35</p><p><b>　　一、總體方案設(shè)計</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>

11、　　基本要求: </b></p><p>　　設(shè)計一個多自由度機械手（至少要有三個自由度）將最大重量為30Kg的工件，由車間的一條流水線搬到別一條線上；</p><p>　　二條流水線的距離為：1800mm；</p><p>　　工作節(jié)拍為：50s；</p><p>　　工件：最大直徑為200mm 的棒料；</p>

12、<p>　　1.2 總體方案確定</p><p>　　1.2.1機械手基本形式的選擇</p><p>　　常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機械手; ( 3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機械手; (4)多關(guān)節(jié)型機機械手。其中圓柱坐標(biāo)型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)計采用圓柱坐標(biāo) 。圖1.1

13、是機械手搬運物品示意圖。圖中機械手的任務(wù)是將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B。圖1.1 機械手基本形式示意</p><p>　　1.2.2機械手的主要部件及運動</p><p>　　在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計任務(wù)，為了滿足設(shè)計要求，本設(shè)計關(guān)于機械手具有5個自由度既：手抓張合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降5個主要運動。本設(shè)計機械手主要由4個大部件和5個液壓缸

14、組成：（1）手部，采用一個直線液壓缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。（2） 腕部，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)（3）臂部，采用直線缸來實現(xiàn)手臂平動1.2m。（4）機身，采用一個直線缸和一個回轉(zhuǎn)缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。</p><p>　　1.2.3驅(qū)動機構(gòu)的選擇</p><p>　　驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分, 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)動力源

15、的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。</p><p>　　1.2.4 機械手的技術(shù)參數(shù)列表</p><p>　　一、用途：搬運:用于傳送帶間搬運</p><p><b>　　二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):</b&

16、gt;</p><p>　　1、抓重:30Kg (夾持式手部)</p><p>　　2、自由度數(shù):5個自由度</p><p>　　3、座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo)</p><p>　　4、最大工作半徑:1800mm</p><p>　　5、手臂最大中心高:1248mm</p><p><b>　

17、　6、手臂運動參數(shù)</b></p><p>　　伸縮行程：1200mm</p><p>　　伸縮速度：83mm/s</p><p>　　升降行程：300mm</p><p>　　升降速度：67mm/s</p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍：0~180°</p><p><b&

18、gt;　　7、手腕運動參數(shù)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍：0~180°</p><p><b>　　二、機械系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　2.1機械手手部的設(shè)計計算</p><p>　　2.1 .1手部設(shè)計基本要求</p><p>　　（1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊

19、力和驅(qū)動力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。</p><p>　　（2） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。</p><p>　　（3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。</p><p&

20、gt;　?。?） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。</p><p>　　2.1.2 典型的手部結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。</p><p>　?。?） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動。</p><p><b>　?。?）平面平移型。</b></p><

21、;p>　　2.1.3機械手手抓的設(shè)計計算</p><p>　　1.選擇手抓的類型及夾緊裝置</p><p>　　本設(shè)計是設(shè)計平動搬運機械手的設(shè)計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為30Kg。常用的工業(yè)機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計機械手采用夾持式手指,夾持式機械手按運動形式

22、可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結(jié)構(gòu)簡單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅(qū)動力需加在手指移動方向上,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。</p><p>　　通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機

23、械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機械手手指張開。</p><p>　　2 .手抓的力學(xué)分析</p><p>　　下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖3.1 滑槽杠桿

24、式手部結(jié)構(gòu)、受力分析</p><p>　　1——手指 2——銷軸 3——杠桿</p><p>　　在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于A及B。</p><p>　　由=0 得 </p&

25、gt;<p><b>　　=0 得</b></p><p><b>　　由=0 得h</b></p><p>　　F= （3.1）</p><p>　　式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離（mm）.</p>

26、<p>　　——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。</p><p>　　由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=~。</p><p>　　3.夾緊力及驅(qū)動力的計算</p><p>　　手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。

27、一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(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)。</p><p>　　手指對工件的夾緊力可按公式計算： （3.2）</p><p>　　式中 ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0；</p><p>　　——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋

28、，重力方向的最大上升加速度；</p><p>　　——運載時工件最大上升速度</p><p>　　——系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.03~0.5s</p><p>　　——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇。</p><p>　　G——被抓取工件所受重力（N）。</p><p>　　表3-1 液壓缸的工作壓

29、力</p><p>　　計算：設(shè)a=100mm,b=50mm,<<;機械手達到最高響應(yīng)時間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動力和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。</p><p><b>　　設(shè) </b></p><p><b>　　==1.02</b></p><p>　　根據(jù)公式，將已知條件帶入：<

30、/p><p><b>　　=1.5</b></p><p>　?。?）根據(jù)驅(qū)動力公式得：</p><p><b>　　=1378N</b></p><p><b>　?。?）取</b></p><p>　　（4）確定液壓缸的直徑D</p>&l

31、t;p>　　選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.8~1MPa,</p><p>　　根據(jù)表4.1（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm</p><p><b>　　則活塞桿內(nèi)徑為:</b></p><p>　　D=630.5=31.5mm，選取d=32mm</p><p>　　

32、4. 手抓夾持范圍計算</p><p>　　為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為34mm。</p><p>　　手抓夾持范圍，手指長100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時候，根據(jù)機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時，如圖3.2（b）所示，最</p><p>　　大夾持半徑計算如下：</p><p>　　機械手的夾持半徑從40~90mm</p

33、><p>　　圖3.2 手抓張開示意圖</p><p>　　2.1.4.機械手手抓夾持精度的分析計算</p><p>　　機械手的精度設(shè)計要求工件定位準確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。</p><p>　　機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于

34、機械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、</p><p>　　小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進行機械手的夾持誤差。</p><p>　　圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖</p><p>　　該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。</p><p>　　機械手的夾持范圍為80mm~200mm。</p>&

35、lt;p>　　一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：</p><p><b>　　工件的平均半徑：</b></p><p><b>　　手指長,取V型夾角</b></p><p>　　偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：</p><p><b>　　計算 </b></p>

36、;<p><b>　　當(dāng)S時帶入有：</b></p><p>　　夾持誤差滿足設(shè)計要求。</p><p>　　2.1.5彈簧的設(shè)計計算</p><p>　　選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3.4所示，計算如下。</p><p>　　圖3.4 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)</p><p

37、>　　(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力</p><p>　　(2).選擇旋繞比C=8，則</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm，估算彈簧絲直徑</p><p>　　(4).試算彈簧絲直徑

38、 （3.4）</p><p>　　(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　選擇標(biāo)準為，彈簧的總?cè)?shù)圈</p><p>　　(6).最后確定，，，</p><p>　　(7).對于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗算

39、</p><p>　　對于壓縮彈簧如果長度較大時，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)象壓縮彈簧的長細比，本設(shè)計彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。?</p><p>　　當(dāng)兩端固定時，,當(dāng)一端固定；一端自由時，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動時，。</p><p>　　結(jié)論本設(shè)計彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。</p><p>　　(8).疲勞

40、強度和應(yīng)力強度的驗算。</p><p>　　對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進一步對彈簧的疲勞強度和靜應(yīng)力強度進行驗算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時，可只進行靜應(yīng)力強度驗算）?，F(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定載荷情況下，所以只進行靜應(yīng)力強度驗算。計算公式： ；選取1.3~1.7（力學(xué)性精確能高） </p>

41、<p>　　結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。</p><p>　　2.2腕部的設(shè)計計算</p><p>　　2.2.1 腕部設(shè)計的基本要求</p><p>　?。?） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕</p><p>　　腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性

42、能。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局</p><p>　　腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。</p><p>　?。?） 必須考慮工作條件</p><p>　　對于本設(shè)

43、計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，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，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。</p><p>　　2.2.2典型的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般

44、小于）。</p><p>　　(2) 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(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。</p><p>　　(3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。</p><p>　　(4) 機-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2

45、.2.3 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇</p><p>　　本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。</p><p>　　2.2.4 腕部的設(shè)計計算</p><p>　　1. 腕部設(shè)計考慮的參數(shù)</p><p>　　夾取工件重量30Kg，回轉(zhuǎn)。</p><p

46、>　　2. 腕部的驅(qū)動力矩計算</p><p>　　腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩。</p><p>　　腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。</p><p>　　夾取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量30Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時，計算 力矩：</p><p>　?。?） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑1

47、20mm，其重力估算G=3.14</p><p><b>　　擦力矩。</b></p><p>　　啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度=0.314rad，等速轉(zhuǎn)動角速度。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　查取轉(zhuǎn)動慣量公式有：</p><p><b&

48、gt;　　代入： </b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　3. 腕部驅(qū)動力的計算</p><p>　　表4-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm）</p><p>　　設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表4-1設(shè)缸體內(nèi)空半徑R=110mm，外徑根據(jù)表3

49、-2選擇121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為226mm；動片寬度b=66mm,輸出軸r=22.5mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇8Mpa</p><p>　　圖4.1 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意</p><p>　　表4.2 標(biāo)準液壓缸外徑（JB1068-67） （mm）</p><p>　　4

50、. 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?lt;/p><p>　　圖4.2 缸蓋螺釘間距示意</p><p>　　表4.3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系</p><p>　　缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，如圖4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強有關(guān)，見表4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力</p><p><b>　?。?.2）</b>

51、;</p><p><b>　　計算：</b></p><p>　　液壓缸工作壓強為P=8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇8個螺釘，，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個 </p><p><b>　　危險截面</b></p><p>　??； ； </p>

52、;<p>　　所以 =11863.3+10545=19772N</p><p>　　螺釘材料選擇Q235，（）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆?（4.4）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.</p><p>　　5.動片和輸

53、出軸間的連接螺釘</p><p>　　動片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　動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)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 </p><p>　　于是得 (4.5)</p&g

54、t;<p><b>　　D——動片的外徑；</b></p><p>　　f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取f=0.15</p><p>　　螺釘?shù)膹姸葪l件為 (4.6)</p><p>　　或

55、 (4.7)</p><p><b>　　帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（）</p><p><b>　　螺釘?shù)闹睆?</b></p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=12mm.選擇M12的開槽盤頭螺釘。</p

56、><p>　　2.3臂部的設(shè)計及有關(guān)計算</p><p>　　手臂部件是機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），并帶動它們作空間運動。手臂運動應(yīng)該包括3個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)置在機身處，將在下一章敘述。</p><p>　　臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方

57、位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(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、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 </p><p>　　2.3.1 臂部設(shè)計的基本要求</p><p&g

58、t;　　一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕</p><p>　　根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。</p><p>　　提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。</p><p>　　合理布置作用力的位置和方向。</p><p><b>　　注意簡化結(jié)構(gòu)。</b></p><p><b

59、>　　提高配合精度。</b></p><p>　　二、 臂部運動速度要高，慣性要小</p><p>　　機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在1000~1500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在180°/s內(nèi)，大部分平均移動速度為1000mm/s，平均回轉(zhuǎn)角速度在90°/s。在速度和

60、回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑：</p><p>　　減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。</p><p>　　減少臂部運動件的輪廓尺寸。</p><p>　　減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。<

61、/p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。</p><p>　　三、手臂動作應(yīng)該靈活</p><p>　　為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。</p>&

62、lt;p>　　總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計出完美的、性能良好的機械手。</p><p>　　2.3.2 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　1. 手臂的典型運動機構(gòu)</p><p>　　常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種：</p><p>　　雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)。</p>&

63、lt;p>　　手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。</p><p>　　雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。</p><p>　　活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。</p><p>　　2. 手臂運動機構(gòu)的選擇</p><p>　　通

64、過以上，綜合考慮，本設(shè)計選擇雙導(dǎo)桿伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。</p><p>　　3. 手臂直線運動的驅(qū)動力計算</p><p>　　先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、

65、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算。</p><p><b>　　(5.1)</b></p><p>　　4. 手臂摩擦力的分析與計算</p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　摩擦力的計算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻

66、力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。上圖是機械手的手臂示意圖，本設(shè)計是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對稱配置在伸縮崗兩側(cè)。</p><p>　　圖 5.1 機械手臂部受力示意</p><p><b>　　計算如下：</b></p><p>　　由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。</p><p><b>

67、;　　，</b></p><p>　　得 ， ，</p><p>　　得 ，</p><p><b>　　(5.2)</b></p><p>　　式中 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N）；</p><p

68、>　　L——手臂與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計算;</p><p>　　a——導(dǎo)向支撐的長度（m）;</p><p>　　——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。</p><p><b>　　對于圓柱面：</b></p><p>　　——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：

69、</p><p>　　鋼對青銅：取μ=0.1~0.15</p><p>　　鋼對鑄鐵：取μ=0.18~0.3</p><p>　　導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ，，L=1.69-0.028=1.41m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計為0.016m</p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進行計算</p><p>　　5.手臂慣性力的

70、計算</p><p>　　本設(shè)計要求手臂平動是V=,在計算慣性力的時候,設(shè)置啟動時間，啟動速度V=V=, (5.3)</p><p>　　6. 密封裝置的摩擦阻力</p><p>　　不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸

71、處密封的總摩擦阻力可以近似為：。</p><p>　　經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力：</p><p>　　2.3.3 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定</p><p>　　經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力F=6210N，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa</p><p>　　確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：</p>&

72、lt;p>　　液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖5.2所示</p><p>　　圖5.2 雙作用液壓缸示意圖</p><p><b>　　當(dāng)油進入無桿腔：</b></p><p><b>　　當(dāng)油進入有桿腔中：</b></p><p><b>　　液壓缸的有效面積：</b></

73、p><p>　　故有 （無桿腔） (5.4)</p><p>　?。ㄓ袟U腔） (5.5)</p><p>　　F=6210N，=，選擇機械效率</p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：</b></p><p>

74、;　　根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標(biāo)準液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=65mm.</p><p><b>　　液壓缸外徑的設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm，所以該液壓缸的外徑為79mm.</p><p><b>　　活塞桿的計算校核</b></p><p&g

75、t;　　活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算：</p><p><b>　　(5.6)</b></p><p>　　設(shè)計中活塞桿取材料為碳剛，故=100~120Mpa，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進行校核。</p><p>　　結(jié)論： 活塞桿的強度足夠。<

76、;/p><p>　　2.4機身的設(shè)計計算</p><p>　　機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。</p><p>　　2.4.1 機身的整體設(shè)計</p>

77、<p>　　按照設(shè)計要求，機械手要實現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設(shè)計在機身處。為了設(shè)計出合理的運動機構(gòu)，就要綜合考慮，分析。</p><p>　　機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結(jié)構(gòu)有以下幾種：</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運動傳動路線長，花鍵軸的變形對

78、回轉(zhuǎn)精度的影響較大。</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部件較大。</p><p>　　活塞缸和齒條齒輪機構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)：齒條的往復(fù)運動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。</p><p><b>　　分析：</b>&

79、lt;/p><p>　　經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機構(gòu)置于升降缸之上的機身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定

80、了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見下圖。</p><p>　　驅(qū)動機構(gòu)是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機械擋塊來決定，對于本設(shè)計就是考慮兩個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計要求，設(shè)計中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1800。</p><p>　　2.4.2 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)

81、計計算</p><p>　?。?） 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算</p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩，應(yīng)該與手臂運動時所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。</p><p><b>　　(6.1)</b></p><p><b>　　慣性力矩的計算</b></p><

82、;p><b>　　(6.2)</b></p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量（），在起動過程中=；</p><p>　　t——起動過程的時間(s);</p><p>　　——手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（）。</p><p>　　若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則</p&

83、gt;<p><b>　　(6.3)</b></p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動慣量。 </p><p><b>　　(6.4)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長1800mm，直徑為60mm的圓柱體，質(zhì)量為159.2Kg.設(shè)置起動角度=180，則起動角速度=0.314，

84、起動時間設(shè)計為0.1s。</p><p><b>　　4694.3</b></p><p>　　密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計。</p><p>　　經(jīng)過以上的計算=4839.5</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 </p><p>　

85、　設(shè)計回轉(zhuǎn)缸的靜片和動片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強為8Mpa。d為輸出軸與動片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計算：</p><p><b>　　(6.5)</b></p><p><b>　　D=151mm</b></p><p>　　既設(shè)計液壓缸的內(nèi)徑為150mm,根據(jù)表4.2選擇液壓缸的

86、基本外徑尺寸180mm(不是最終尺寸)，再經(jīng)過配合等條件的考慮。</p><p><b>　　液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?lt;/b></p><p>　　根據(jù)表4.3所示，因為回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,根據(jù)初步估算， ，,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個面6個，兩個面是12個）。</p><p><b>　　危險截面<

87、;/b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（）</p><p><b>　　螺釘?shù)闹睆?lt;/b></p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=20mm.選擇M

88、20的開槽盤頭螺釘。</p><p>　　經(jīng)過以上的計算，需要螺釘來連接，最終確定的液壓缸內(nèi)徑為150mm，外徑為230mm，輸出軸徑為50mm</p><p>　　動片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 </p><p&

89、gt;　　于是得 </p><p>　　式中——每個螺釘預(yù)緊力；</p><p><b>　　D——動片的外徑；</b></p><p>　　f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取f=0.15</p><p>　　螺釘?shù)膹姸葪l件為 </p><p>　　或

90、 </p><p><b>　　帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（）</p><p><b>　　螺釘?shù)闹睆?</b></p><p>

91、;　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=14mm.選擇M14的開槽盤頭螺釘。</p><p>　　2.4.3 機身升降機構(gòu)的計算</p><p>　　1.手臂偏重力矩的計算</p><p>　　圖 6.3 手臂各部件重心位置圖</p><p><b>　　零件重量、、、等。</b></p><p>　　現(xiàn)在對機械

92、手手臂做粗略估算：總共=33Kg</p><p>　　+++=109.2Kg</p><p>　　(2)計算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。</p><p><b>　　=1920mm</b></p><p><b>　　=1.69mm</b></p><p>&l

93、t;b>　　=0.88mm</b></p><p><b>　　(6.6)</b></p><p><b>　　所以，回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　(3) 計算偏重力矩</p><p><b>　　(6.7)</b></p><p&

94、gt;　　2 .升降不自鎖條件分析計算</p><p>　　手臂在的作用下有向下的趨勢，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢。</p><p>　　由力的平衡條件有= ，h=</p><p>　　即 ==</p><p>　　所謂的不自鎖條件為：</p><p>　　即

95、 ，</p><p>　　取 (6.8)</p><p>　　當(dāng)=1650mm時，0.32=528mm</p><p>　　因此在設(shè)計中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于528mm</p><p>　　3. 手臂做升降運動的液壓缸驅(qū)

96、動力的計算</p><p><b>　　(6.9)</b></p><p>　　式中摩擦阻力，參考圖5.3</p><p><b>　　取f=0.16</b></p><p>　　G——零件及工件所受的總重。</p><p><b>　　（1）的計算</b&g

97、t;</p><p>　　設(shè)定速度為V=4;起動或制動的時間差t=0.02s;近似估算為286.1Kg;將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?。?）的計算 </b></p><p>　　28725.6=2792.2N</p><

98、;p>　　（3）液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 </p><p><b>　　最后通過以上計算</b></p><p>　　當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時，F(xiàn)=6756N</p><p>　　當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時，F(xiàn)=6756-=6184N</p><p>　　2.4.4 軸承的選擇分析<

99、/p><p>　　對于升降缸的運動，對于機身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響，因此，這里要充分考慮這個問題。對于本設(shè)計，采用一支點，雙固定，另一支點游動的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。其結(jié)構(gòu)參看本章開始的——機身結(jié)構(gòu)示意圖5.3。本設(shè)計采用兩個角接觸球軸承，面對面或者背對背的組合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。</p><p>　　三、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計&

100、lt;/p><p>　　考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制.當(dāng)機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　3.1可編程序控器的簡介</p><p>　　1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC) 研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)

101、控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971年，日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制,于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。</p><

102、p>　　3.2 PLC的結(jié)構(gòu)，種類和分類</p><p>　　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)基本上與微型計算機相同，如圖所示：</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　（一）中央處理單元(CPU)</p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PL

103、C系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 </p><p><b>　?。ǘ?存儲器</b></p><p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。</p><p>　　存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。</p><

104、;p><b>　?。ㄈ?電源 </b></p><p>　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。</p><p>　　一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。</p><p&g

105、t;　　常見的PLC的類型挺多的，有三菱的FX系列、西門子的S7系列、臺灣的豐煒等等。</p><p><b>　　plc的分類有：</b></p><p>　　(一) 小型PLC </p><p>　　小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種

106、特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。</p><p><b>　　(二) 中型PLC</b></p><p>　　中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在256~1024點之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出

107、。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，</p><p>　　通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。</p><p><b>　　(三) 大型PLC</b></p><p>　　一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)

108、，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。</p><p>　　3.3 FX2n系列三菱PLC特點：</p><p>　　1、集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。</p><p>　　對6種基本單元，可以以最小8點為單元連接輸入輸出擴展設(shè)備，最大可以擴展輸入輸出256點。</p><p&g

109、t;<b>　　2、高速運算</b></p><p>　　基本指令：0.08μs/指令</p><p>　　應(yīng)用指令:1.52～數(shù)100μs/指令</p><p>　　3、安心、寬裕的存儲器規(guī)格</p><p>　　內(nèi)置8000步RAM存貯器</p><p>　　安裝存儲盒后，最大可以擴展到160

110、00步。</p><p>　　4、豐富的軟元件范圍</p><p>　　輔助繼電器：3072點，定時器：256點，計數(shù)：235點</p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器；8000點</p><p>　　5、除了具有輸入輸出16～256點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。</p><p>　　6、面向海外的產(chǎn)品適合

111、各種安全規(guī)格</p><p>　　為大量實際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能：</p><p>　　開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要----模擬I/O，高速計數(shù)器。</p><p>　　定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。</p><p>　　對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。<

112、/p><p>　　3.4 接近開關(guān)傳感器</p><p>　　1 接近開關(guān)傳感器的概念 在各類開關(guān)中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。</p><p>　　當(dāng)有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。不同的接

113、近開關(guān)檢出距離也不同。</p><p>　　2 接近傳感器的選型和檢測對于不同的材質(zhì)的檢測體和不同的檢測距離，應(yīng)選用不同類型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：</p><p>　?。?）當(dāng)檢測體為金屬材料時，應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接近傳感器對鐵鎳、A3鋼類檢測體檢測最靈敏。對鋁、黃銅和不銹鋼類檢測體，其檢測靈敏度就低。</p>

114、;<p>　?。?）當(dāng)檢測體為非金屬材料時，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近傳感器。</p><p>　?。?）金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時，應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。</p><p>　　（4）對于檢測體為金屬時，若檢測靈敏度要求不高時，可選用價格低廉的磁性接近式傳感器或霍爾式接近傳感器。</p><p>

115、;　　3 接近開關(guān)傳感器的原理圖:</p><p>　　3.5 I/O接口簡介</p><p>　?。?）I/O接口的概念 CPU與外部設(shè)備、存儲器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲器接口。存儲器通常在CPU的同步控制下工作，接口電路比較簡單；而I/O設(shè)備品種繁多，其相應(yīng)的接口電路也各不相同，因此，習(xí)慣上說到接口只是指I/O接口。</

116、p><p><b>　　(2）接口的分類 </b></p><p>　　I/O接口的功能是負責(zé)實現(xiàn)CPU通過系統(tǒng)總線把I/O電路和 外圍設(shè)備聯(lián)系在一起，按照電路和設(shè)備的復(fù)雜程度，I/O接口的硬件主要分為兩大類： </p><p>　　1）I/O接口芯片 </p><p>　　這些芯片大都是集成電路，通過CPU輸入不同的命令和

117、參數(shù)，并控制相關(guān)的I/O電路和簡單的外設(shè)作相應(yīng)的操作，常見的接口芯片如定時／計數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。 </p><p>　　2）I/O接口控制卡 </p><p>　　有若干個集成電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個插件插在系統(tǒng)總線插槽上。 </p><p>　　按照接口的連接對象來分，又可以將他們分為串行接口、

118、并行接口、鍵盤接口和磁盤接口等。 </p><p>　　3.6 行程開關(guān)的介紹</p><p>　　3.6.1 行程開關(guān)的概念</p><p>　　行程開關(guān)就是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān),可以安裝在相對靜止的物體(如固定架、門框等，簡稱靜物)上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當(dāng)物體接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉

119、合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構(gòu)的動作。</p><p>　　3.6.2 行程開關(guān)的作用及原理</p><p>　　行程開關(guān)用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的

120、作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護。</p><p>　　3.7電路的總體設(shè)計</p><p>　　3.7.1回路的設(shè)計 </p><p>　　整個系統(tǒng)的回路設(shè)計如下:</p><p>　　3

121、.7.2 系統(tǒng)輸入/輸出分布表</p><p>　　3.7.3機械手的程序設(shè)計</p><p>　　自動線的輸送動作由步進電動機帶動實現(xiàn)間隔輸送，實現(xiàn)設(shè)計要求的輸送狀況。其工作的過程是：機械手首先處于初始位置，然后經(jīng)過一系列的動作將斷續(xù)傳送帶上的工件拿走，此時傳送帶上的光電檢測檢測開關(guān)檢測到工件被取走。然后傳送帶開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)檢測到下一個工件時傳送帶停止轉(zhuǎn)動等待機械手來取工件，當(dāng)然只要機械

122、手取走工件傳送帶就開始轉(zhuǎn)動，這樣設(shè)計是為了節(jié)省工作時間從而不會出現(xiàn)機械手等待傳送帶的時間。</p><p><b>　　對程序的要求如下：</b></p><p>　　(1)首先啟動機械手時機械手自動復(fù)位處于初始位置；</p><p>　　(2)在機械手工作前還要對其進行設(shè)備的檢測即機械手空運行一次而且機械手的每一個動作都有相應(yīng)的定時器進行監(jiān)控

123、若超出規(guī)定的運行時間則認為是設(shè)備出現(xiàn)故障。</p><p>　　(3)機械手設(shè)有急停按鈕（一般情況下是不被允許使用的）只有出現(xiàn)緊急情況時才允許按此按鈕，按下此按鈕將切斷儲氣罐與各汽缸的聯(lián)系將被切斷各汽缸處于無動力狀態(tài)。</p><p>　　3.7.4 步進電機的運行控制</p><p>　　由于傳送帶的速度要求不高且精度也不是太高所以本設(shè)計選擇三相步進電機通電方式為

124、三相雙三拍，利用PLC中的M8014特殊功能繼電器向環(huán)形脈沖分配器中發(fā)送脈沖然后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和功放電路驅(qū)動步進電機。</p><p>　　環(huán)形脈沖分配器選擇YB013芯片此芯片為專用三相步進電機環(huán)形脈沖分配器此芯片工作穩(wěn)定性能優(yōu)良在實際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　四、參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 濮良貴.

125、記名剛.機械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2003[2] 張立勛.孟慶鑫,張今瑜.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2000[3] 房小翠.單片微型計算機與機電接口技術(shù).國防工業(yè)出版社,2002[4] 王小明. 電動機的單片機控制. 北京航空航天大學(xué)出版社,2002[5] 李建勇.機電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004[6] 李廣弟.朱月秀，王秀山.單片機基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社,2001 [7]

126、 徐灝.機械設(shè)計手冊（3）.機械工業(yè)出版社,2003[8] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京理工出版社,2004[9] 徐灝等.機械設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000[10] 鄭學(xué)堅.周斌.微型計算機原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2003[11] 吳振彪.機電綜合設(shè)計指導(dǎo)[M].湛江:湛江海洋大學(xué),1999[12].楊入清.現(xiàn)代機械設(shè)計—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社,2000</p>