氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、成人高等教育畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題 目： 氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)完 成 人： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造年級(jí)層次： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)摘要：機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不間斷重復(fù)同一種工作，不知疲勞，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用已受到許多部門的重視，并越廣泛的運(yùn)用到生產(chǎn)中。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械

2、手；編程；自動(dòng)生產(chǎn)；綜合技術(shù)。1.緒論1.1機(jī)械手的概述和應(yīng)用1.1.1概述機(jī)械手由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)

3、的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。1.1.2應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意

4、義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。1.2 機(jī)械手的組成和分類1.2.1機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示。圖1-

5、1機(jī)械手組成方框圖1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。（1）手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式。在本課題中采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(外廓或內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外

6、夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。（2）手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))（3）手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。（4）立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以

7、是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。（5）行走機(jī)構(gòu)當(dāng)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。（6）機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是

8、支配著機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。4.位置檢測(cè)裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。1.2.2機(jī)械手的分類1.按用途分可分為專用機(jī)械手和通用

9、機(jī)械手兩種:（1）專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手。（2）通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位

10、的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制；伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。2.按驅(qū)動(dòng)方式分（1）液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。(2)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，

11、工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。(3)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。(4)電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便

12、。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。3.按控制方式分（1）點(diǎn)位控制它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。（2）連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì):(1) 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(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

13、斷下降。(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(guó)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，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等 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

14、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。(6) 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。(7) 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器

15、人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶

16、，一設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器

17、人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.4課題的提出及主要任務(wù)1.4.1課題的提出進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國(guó)人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平勢(shì)在必行，將機(jī)械手，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前使用的機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn):1

18、.液壓傳動(dòng)在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等):液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。2.工作時(shí)受溫度變化影響較大。油溫變化時(shí)，液體粘度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性變化。3.因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。4.為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價(jià)格較高;且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。鑒于以上這些缺陷，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳動(dòng)，氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):1.介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵塞和介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問

19、題。2.阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。3.動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。4.能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。5.工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。6.成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔

20、件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。1.4.2課題的主要任務(wù)本課題將要完成的主要任務(wù)如下:1.進(jìn)行氣動(dòng)機(jī)械手的總體研究，并進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)。2.設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手氣路設(shè)計(jì)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。3.用PLC對(duì)機(jī)械手控制的總體設(shè)計(jì)。2.機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、

21、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱坐標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有四個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。圖2-1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更

22、換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部，當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有四個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。

23、2.6 機(jī)械手的控制方案設(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。2.7 機(jī)械手的主要參數(shù)1.機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為1公斤。2.基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過低限制了它的使用范圍，而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為0.1m/s。最大回轉(zhuǎn)

24、速度設(shè)計(jì)為90/S。平均移動(dòng)速度為0.08m/s。平均回轉(zhuǎn)速度為60/S。2.8機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表2.8.1用途:用于自動(dòng)輸送線的上下料。2.8.2設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1.抓重：1千克 。2.自由度數(shù)：4個(gè)自由度。3.坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)。4.手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程100mm；伸縮速度40mm/s；升降行程150mm；升降速度100mm/s。5.手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍0-180；回轉(zhuǎn)速度90/S。6.手指夾持范圍：棒料: 10-40 。7.定位方式行程開關(guān)8.定位精度:1mm 。9.驅(qū)動(dòng)方式:氣壓傳動(dòng)。10.控制方式:點(diǎn)位程序控制(采用PLC).2.9 前法蘭式氣缸的簡(jiǎn)介氣缸是使機(jī)械裝置進(jìn)行直線往復(fù)

25、運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸的類型有很多種，根據(jù)使用的需要進(jìn)行選擇。前法蘭式氣缸的特點(diǎn)：它是用螺釘緊固，易于安裝，它的缺點(diǎn)是螺釘所承受的軸向力較大。3.手臂伸縮、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核3.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，手臂伸縮氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為63/63。3.1.1驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算1.在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng)，則驅(qū)動(dòng)力： 2. 測(cè)定手腕質(zhì)量和重物的質(zhì)量之和為7kg,設(shè)計(jì)加速度，則

26、慣性力 =107=703.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), =700.2 =14 總受力 =70+14=84 所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求3.1.2活塞桿的計(jì)算1.按強(qiáng)度條件計(jì)算 當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)（L10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d 式中 氣缸的推力（N）； 活塞桿材料的許用應(yīng)力(Pa), 材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）； 安全系數(shù)，S1.4。2.按縱向彎曲極限力計(jì)算 氣缸承受軸向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。 當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比 時(shí) 當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比 時(shí) 式中 活塞桿計(jì)算長(zhǎng)

27、度（m） 活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑， 實(shí)心桿 空心桿 活塞桿橫截面慣性矩， 實(shí)心桿 空心桿 空心活塞桿內(nèi)徑直徑（m）； 活塞桿截面積 實(shí)心桿 空心桿 系數(shù)， 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a=1/50003.1.3 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)性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。3.2手腕回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核3.2.1 尺寸設(shè)計(jì)此部分選用單片葉片式擺動(dòng)氣馬達(dá)需設(shè)計(jì)其葉片內(nèi)直徑與葉片軸直徑計(jì)算公式

28、如下： T=（R-r）bpn/8葉片寬度設(shè)計(jì)為b=9mm,氣缸內(nèi)徑為D1=53mm, 軸徑D2=13mm, ,葉片數(shù)n=1, P=0.4MPa，則理論驅(qū)動(dòng)力矩 ：T=（D1-D2）bpn/8 =12.276N.M3.2.2 尺寸校核1測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量m1=2kg,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑r=53mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =20.0530.053/2 =0.03（） =0.03(180/1)=5.4 N.M考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), =0.25.4=1.08 N.M總驅(qū)動(dòng)力矩 =5.4+1.08=6.48 N.M TM 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要

29、求。4.氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖圖4-1為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)（排氣壓力大于0.4-0.6MPa）通過快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作。圖4-1 機(jī)械手氣壓傳動(dòng)原理圖序號(hào)型號(hào)規(guī)格名 稱數(shù)量序號(hào)型號(hào)規(guī)格名 稱數(shù)量1QF-4手動(dòng)截止閥18Q24D2H-10-S1二位五通電磁滑閥42儲(chǔ)氣缸29Q24D2H-15-S1二位五通電磁滑閥13QSL-26-S1分水濾氣器110單向節(jié)流閥24QTY-20-S1減壓閥111LI-25二位五通電磁滑閥25QIU-20-S1油霧器112快速排氣閥26

30、YJ-1壓力繼電器113氣液轉(zhuǎn)換器17Q24DH-10-S1二位五通電磁滑閥1圖4-2 機(jī)械手氣壓傳動(dòng)電器元件圖各執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)速。凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個(gè)快速排氣閥，可以加快啟動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。為簡(jiǎn)化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器。這樣可以省去電磁閥和切換

31、調(diào)節(jié)閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計(jì)算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。5.機(jī)械手的PLC控制設(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。5.1可編程序控器的簡(jiǎn)介在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安

32、裝十分費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車公司在1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即：1. 編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序。2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)。3. 可靠性高于繼電器控制裝置。4. 體積小于繼電器控制裝置。5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)。6. 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)。7. 輸入可以是交流115V。 8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等。9. 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更。10. 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC) 研制出第一臺(tái)PLC，在美

33、國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)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(guó)家的高度重視。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開始研制,于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。5.2 PLC的結(jié)構(gòu)分類和特點(diǎn)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示：圖5-1PLC硬件結(jié)構(gòu)圖

34、5.2.1中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。5.2.2存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。PLC常用的存儲(chǔ)器類型：1. RAM (Random Assess Memory) 這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。2.EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況

35、下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫3.EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。5.2.3電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)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(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)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。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(tái)灣的豐煒等等。5.2.4 PLC的分類1.

36、小型PLC 小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)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以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)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。2.中型PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在2561024點(diǎn)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。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。3.大型PLC一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大

37、型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。5.2.5 FX2n系列三菱PLC特點(diǎn)1.成型高性能。 CPU、電源、輸入輸出三為一體。對(duì)6種基本單元，可以以最小8點(diǎn)為單元連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出256點(diǎn)。2.高速運(yùn)算 基本指令：0.08s/指令。3.安心、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格 內(nèi)置8000步RAM存貯器，安裝存儲(chǔ)盒后，最大可以擴(kuò)展到16000步。4.豐富的軟元件范圍輔助繼電器：3072點(diǎn)；定時(shí)器：256點(diǎn)；計(jì)數(shù)：235點(diǎn)

38、；點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器：8000點(diǎn)。5.除了具有輸入輸出16256點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。6.面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格 為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能。開發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬I/O，高速計(jì)數(shù)器。定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。5.3 接近開關(guān)傳感器1. 接近開關(guān)傳感器的概念 在各類開關(guān)中，有一種對(duì)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(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距

39、離時(shí)，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會(huì)動(dòng)作。通常把這個(gè)距離叫“檢出距離”。不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。2 .接近傳感器的選型和檢測(cè)對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)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(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：（1）當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接近傳感器對(duì)鐵鎳、A3鋼類檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測(cè)體，其檢測(cè)靈敏度就低。（2）當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近傳感器。（3）金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。（4）對(duì)

40、于檢測(cè)體為金屬時(shí)，若檢測(cè)靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近式傳感器或霍爾式接近傳感器。3.接近開關(guān)傳感器的原理圖 5.4 I/O接口簡(jiǎn)介1.I/O接口的概念 CPU與外部設(shè)備、存儲(chǔ)器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲(chǔ)器接口。存儲(chǔ)器通常在CPU的同步控制下工作，接口電路比較簡(jiǎn)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。2.接口的分類 I/O接口的功能是負(fù)責(zé)實(shí)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： (1）I/O接口芯片

41、這些芯片大都是集成電路，通過CPU輸入不同的命令和參數(shù)，并控制相關(guān)的I/O電路和簡(jiǎn)單的外設(shè)作相應(yīng)的操作，常見的接口芯片如定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。 (2）I/O接口控制卡 有若干個(gè)集成電路按一定的邏輯組成為一個(gè)部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個(gè)插件插在系統(tǒng)總線插槽上。 按照接口的連接對(duì)象來分，又可以將他們分為串行接口、并行接口、鍵盤接口和磁盤接口等。 5.5 行程開關(guān)的介紹1.行程開關(guān)的概念 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 HYPERLINK /view/630051.htm t _blank 限位開關(guān),可以安裝在相對(duì)靜止的物體

42、(如固定架、門框等，簡(jiǎn)稱靜物)上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車、門等，簡(jiǎn)稱動(dòng)物）上。當(dāng)物體接近靜物時(shí)，開關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點(diǎn)閉合。由開關(guān)接點(diǎn)開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂?HYPERLINK /view/134362.htm t _blank 電路和機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。2.行程開關(guān)的作用及原理 行程開關(guān)用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)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(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī)械，用以

43、控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。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(dòng)開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。5.6電路的總體設(shè)計(jì)5.6.1 回路的設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì)如下: 5.6.2系統(tǒng)輸入/輸出分布表 輸入輸出X0SQ1右旋限位開關(guān)Y0YA1右旋電磁閥X1SQ2上升限位開關(guān)Y1YA2左旋電磁閥X2SQ3手臂伸長(zhǎng)限位開關(guān)Y2YA3手臂伸長(zhǎng)電磁閥X3SQ4手腕右轉(zhuǎn)限位開關(guān)Y3YA4手臂收縮電磁閥X4SQ5下降限位開關(guān)Y4YA5上升電磁閥X5SQ6工件光電檢測(cè)開關(guān)Y5YA6下降電磁閥X6SQ7手腕左轉(zhuǎn)限位開關(guān)Y6YA7手腕右轉(zhuǎn)電磁閥X7SQ8手臂收縮限位開關(guān)Y7KA1手腕左

44、轉(zhuǎn)電磁閥X10SQ9左轉(zhuǎn)限位開關(guān)Y10YA8加緊電磁閥X11SQ10機(jī)械手光電限位開關(guān)Y112YA9松開電磁閥X12SB5停止按鈕Y12YA10急停電磁閥X13SB6復(fù)位按鈕Y30YA11步進(jìn)電機(jī)X14SB7步進(jìn)電機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)Y31YA15空氣壓縮機(jī)繼電器X15YJ2步進(jìn)電機(jī)停止按鈕X16SB8暫停按鈕X17SB8急停按鈕X26YJ4接近傳感器X27K1空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)X30K2系統(tǒng)啟動(dòng)5.6.3機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)自動(dòng)線的輸送動(dòng)作由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)間隔輸送，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的輸送狀況。其工作的過程是：機(jī)械手首先處于初始位置，然后經(jīng)過一系列的動(dòng)作將斷續(xù)傳送帶上的工件拿走，此時(shí)傳送帶上的光電檢測(cè)檢測(cè)開關(guān)檢

45、測(cè)到工件被取走。然后傳送帶開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到下一個(gè)工件時(shí)傳送帶停止轉(zhuǎn)動(dòng)等待機(jī)械手來取工件，當(dāng)然只要機(jī)械手取走工件傳送帶就開始轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)是為了節(jié)省工作時(shí)間從而不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械手等待傳送帶的時(shí)間。對(duì)程序的要求如下：1.首先啟動(dòng)機(jī)械手時(shí)機(jī)械手自動(dòng)復(fù)位處于初始位置。2.在機(jī)械手工作前還要對(duì)其進(jìn)行設(shè)備的檢測(cè)即機(jī)械手空運(yùn)行一次而且機(jī)械手的每一個(gè)動(dòng)作。3.機(jī)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(shí)才允許按此按鈕，按下此按鈕將切斷儲(chǔ)氣罐與各汽缸的聯(lián)系將被切斷各汽缸處于無動(dòng)力狀態(tài)。5.6.4 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制 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(jì)選擇三相步進(jìn)電機(jī)通電方式為

46、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(dòng)步進(jìn)電機(jī)。環(huán)形脈沖分配器選擇YB013芯片此芯片為專用三相步進(jìn)電機(jī)環(huán)形脈沖分配器此芯片工作穩(wěn)定性能優(yōu)良在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。1.步數(shù)控制當(dāng)對(duì)射式光電檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到共建的位置時(shí)此時(shí)停止向脈沖分配器中發(fā)送脈沖，步進(jìn)電機(jī)將停在此位置不動(dòng)。2手動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)當(dāng)按下手動(dòng)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按鈕時(shí)M8013即向環(huán)形脈沖分配器中發(fā)送脈沖步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)步進(jìn)電機(jī)將停下。3.此外在報(bào)警和暫停狀態(tài)下步進(jìn)電機(jī)也將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。綜合上述情況步進(jìn)電機(jī)控制程序如下：STL 507OUT M20LD M8013A

47、NI M574ANI M4AND M20OUT Y315.6.5各模塊的程序設(shè)計(jì)1.程序初始化采用中間繼電器M8002中間繼電器對(duì)系統(tǒng)各部分復(fù)位，定義個(gè)種標(biāo)志包括系統(tǒng)初始化標(biāo)志，系統(tǒng)啟動(dòng)暫停急停復(fù)位等標(biāo)志。LD M8002ZRST Y000 Y267ZRST M0 M1023ZRST S0 S899SET S0 系統(tǒng)處于初始狀態(tài)M0定義為系統(tǒng)初復(fù)位標(biāo)志它由機(jī)械手的右限位開關(guān)X0，下限位開關(guān)X4，收縮限位開關(guān)X7，手腕右轉(zhuǎn)限位開關(guān)X3同時(shí)激活。 LD X0AND X4AND X7AND X3OUT M0 定義系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志M1定義為系統(tǒng)啟動(dòng)標(biāo)志由啟動(dòng)按鈕和M0共同激活。LD X30AND M0OR

48、 M1OUT M1 定義系統(tǒng)啟動(dòng)標(biāo)志M2為暫停標(biāo)志由暫停按鈕激活。LD X16AND M1OR M2OUT M2M4定義為急停標(biāo)志由急停按鈕X17激活M4被激活同時(shí)激活特殊功能繼電M574（禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換）安全閥將儲(chǔ)氣罐與機(jī)械手的聯(lián)系切斷。LD X17OUT M4LD M4SET M574LD M574OUT Y12 定義急停標(biāo)志M5定義為系統(tǒng)復(fù)位標(biāo)志由復(fù)位按鈕激活，當(dāng)按下復(fù)位按鈕系統(tǒng)將按右轉(zhuǎn)，手腕右轉(zhuǎn)，手臂收回，機(jī)械手下降,機(jī)械手右轉(zhuǎn)，的順序進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)最后一個(gè)動(dòng)作完成下限位開關(guān)有效時(shí)程序?qū)ⅲ篟STM5；LD X13RST M574RST M4SET M5LD M5MPSANI X3OOUT

49、Y6LD X3SET Y3AND X7RST Y3 SET Y5LD X4RST Y5SET YOLD X0RST M5 系統(tǒng)復(fù)位2.機(jī)械手自檢程序機(jī)械手按照給定的順序（手抓加緊松開手腕右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)手臂伸長(zhǎng)收縮機(jī)械手左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)）空?qǐng)?zhí)行一次在每一個(gè)動(dòng)作執(zhí)行的過程中都會(huì)有定時(shí)器對(duì)每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控若超過設(shè)定時(shí)間（定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間都超過每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間）則認(rèn)為是機(jī)械系統(tǒng)出錯(cuò)，停止當(dāng)前的動(dòng)作發(fā)出報(bào)警信號(hào)。STL S0LD X30SET S21OUT Y10MPSOUT Y10MRDOUT T0 K40MPPLD X26SET S22STL S22MPSOUT Y11MRDOUT T0 K40MPPLD X31SET S23STL S23MPSOUT Y