基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、作業(yè)） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、作業(yè)）題目： 基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 分校（站、點(diǎn)）： 年級(jí)、專業(yè)： 教育層次： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 目 錄 摘要Ⅰ 一、機(jī)械手設(shè)計(jì)方案1 （一）機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 1 （二）機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 1 （三）機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 1 （四）機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 1 （五）機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 1 （六）機(jī)械手的主要參數(shù) 1 （七）機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 2 二、機(jī)械手手部設(shè)計(jì)2 （一）夾持式手部結(jié)構(gòu) 2 （二）升降缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核和伸縮缸的選擇 3 三、機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)13 （一）可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程13 （二）機(jī)械手可編程序控制器控制方案13 四、結(jié)論 14 參考文獻(xiàn) 14 致謝 16 內(nèi)容摘要 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、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(guò)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.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手，是一種模擬大中型場(chǎng)合工作的機(jī)械搬運(yùn)設(shè)備?？梢愿淖儎?dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，操作頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。在發(fā)出指令協(xié)調(diào)各有關(guān)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還要完成編程、示教/再現(xiàn)以及其他環(huán)境狀況（傳感器信息）、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作，使各關(guān)節(jié)能按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手 PCL 氣動(dòng) Ⅰ 基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 一、機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 （一）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(pán)。 （二）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。 （三）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)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)。 （四）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。 （五）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。 （六）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5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(guò)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。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為。平均移動(dòng)速度為。平均回轉(zhuǎn)速度為。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為。手臂升降行程定為。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為。 （七） 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 1、用途: 用于自動(dòng)輸送線的上下料。 2、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): （1）抓重: （2）自由度數(shù):4個(gè)自由度 （3）坐標(biāo)型式:圓柱坐標(biāo) （4）最大工作半徑: （5）手臂最大中心高: （6）手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù): 伸縮行程 伸縮速度 升降行程 升降速度 回轉(zhuǎn)范圍 回轉(zhuǎn)速度 （7）手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù): 回轉(zhuǎn)范圍 回轉(zhuǎn)速度 （8）手指夾持范圍:棒料: （9）定位方式:行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 （10）定位精度: （11）驅(qū)動(dòng)方式:氣壓傳動(dòng) （12）控制方式: 點(diǎn)位程序控制(采用PLC) 二、機(jī)械手手部設(shè)計(jì) （一）夾持式手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 1、手指的形狀和分類 夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 2、設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題 (1)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 (2)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。 (3)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 (4)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)力矩最小為佳。 （5)考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型。 （二）升降缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核和伸縮缸的選擇 1、氣缸的分類 普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖3-1。主要由前蓋、后蓋9、活塞6、活塞桿4、缸筒5 其他一些零件組成。 圖3-1普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成 1—組合防塵圈；—前端蓋；3—軸用YX密封圈；4—活塞桿；5—缸筒； 6—活塞；7—孔用YX密封圈；8—緩沖調(diào)節(jié)閥；9—后端蓋 （1）單作用氣缸 柱塞式氣缸：壓縮空氣只能使柱塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；借助外力或重力復(fù)位 活塞式氣缸：壓縮空氣只能使活塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；借助外力或重力復(fù)位（或借助彈簧力復(fù)位；用于行程較小場(chǎng)合） 薄膜式氣缸：以膜片代替活塞的氣缸。單向作用；借助彈簧力復(fù)位；行程短；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缸體內(nèi)壁不須加工；須按行程比例增大直徑。若無(wú)彈簧，用壓縮空氣復(fù)位，即為雙向作用薄膜式氣缸。行程較長(zhǎng)的薄膜式氣缸膜片受到滾壓，常稱滾壓（風(fēng)箱）式氣缸。 （2）雙作用氣缸 普通氣缸：利用壓縮空氣使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，活塞行程可根據(jù)實(shí)際需要選定，雙向作用的力和速度不同 雙活塞桿氣缸：壓縮空氣可使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，且其速度和行程都相等 不可調(diào)緩沖氣缸：設(shè)有緩沖裝置以使活塞臨近行程終點(diǎn)時(shí)減速，防止沖擊，緩沖效果不可調(diào)整 可調(diào)緩沖氣缸：緩沖裝置的減速和緩沖效果可根據(jù)需要調(diào)整 （3）特殊氣缸 差動(dòng)氣缸：氣缸活塞兩端有效面積差較大，利用壓力差原理使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)活塞桿側(cè)始終通以壓縮空氣 雙活塞氣缸：兩個(gè)活塞同時(shí)向相反方向運(yùn)動(dòng) 多位氣缸：活塞桿沿行程長(zhǎng)度方向可在多個(gè)位置停留，圖示結(jié)構(gòu)有四個(gè)位置 串聯(lián)氣缸：在一根活塞桿上串聯(lián)多個(gè)活塞，可獲得和各活塞有效面積總和成正比的輸出力 沖擊氣缸：利用突然大量供氣和快速排氣相結(jié)合的方法得到活塞桿的快速?zèng)_擊運(yùn)動(dòng)，用于切斷、沖孔、打入工件等 數(shù)字氣缸：將若干個(gè)活塞沿軸向依次裝在一起，每個(gè)活塞的行程由小到大，按幾何級(jí)數(shù)增加 回轉(zhuǎn)氣缸：進(jìn)排氣導(dǎo)管和導(dǎo)氣頭固定而氣缸本體可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。用于機(jī)床夾具和線材卷曲裝置上 伺服氣缸：將輸入的氣壓信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換為活塞桿的機(jī)械位移。用于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。撓性氣缸缸筒由撓性材料制成，由夾住缸筒的滾子代替活塞。用于輸出力小，占地空間小，行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合，缸筒可適當(dāng)彎曲 鋼索式氣缸：以鋼絲繩代替剛性活塞桿的一種氣缸，用于小直徑，特長(zhǎng)行程的場(chǎng)合 （4）組合氣缸 增壓氣缸：活塞桿面積不相等，根據(jù)力平衡原理，可由小活塞端輸出高壓氣體 氣-液增壓缸：液體是不可壓縮的，根據(jù)力的平衡原理，利用兩兩相連活塞面積的不等，壓縮空氣驅(qū)動(dòng)大活塞，小活塞便可輸出相應(yīng)比例的高壓液體 氣-液阻尼缸：利用液體不可壓縮的性能及液體流量易于控制的優(yōu)點(diǎn)，獲得活塞桿的穩(wěn)速運(yùn)動(dòng) 2、升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 (1) 活塞桿上輸出力和缸徑的計(jì)算 本課題中采用的是雙作用氣缸,單活塞桿雙作用氣缸是使用最為廣泛的一種普通氣缸,因其只在活塞一側(cè)有活塞桿,所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等.活塞左行時(shí)活塞桿產(chǎn)生推力,活塞右行時(shí)產(chǎn)生拉力。 （3-1） （3-2） 式中 活塞桿的推力(N); 活塞桿的拉力(N); 活塞直徑(m); 活塞桿直徑(m); 氣缸工作壓力(Pa); 氣缸工作總阻力(N); 氣缸工作時(shí)的總阻力與眾多因素有關(guān),如運(yùn)動(dòng)部件慣性力,背壓阻力,密封處摩擦力等.以上因素可以載荷率的形式計(jì)入公式,如要求氣缸的靜推力和靜拉力,則計(jì)入載荷率后 （3-3） （3-4） 計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特征.若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高;且工作頻率高,其載荷率一般取,速度高時(shí)取小值,速度低時(shí)取大值.若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般,且工作頻率低,基本是勻速運(yùn)動(dòng),其載荷率可取。根據(jù)要求本次設(shè)計(jì)中,我們?nèi)?。活塞桿拉力為克服機(jī)械手的自重（1.5KG）和克服抓取物的重量(0.5KG)所用的力為 由式（3-3，3-4）可求得氣缸直徑D。 當(dāng)推力作功時(shí) （3-5） （3-6） 用式（3-6）計(jì)算時(shí)，活塞桿d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定，詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)活塞的計(jì)算。估定活塞桿直徑可按 計(jì)算（必要時(shí)也可取0.4）。若將代入式（3-6），則可得 （3-7） 式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。 以上公式計(jì)算出的氣缸內(nèi)徑D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。參考表3-1得 根據(jù)可估算得 表缸筒內(nèi)徑系列 （mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 320 400 500 630 注：無(wú)括號(hào)的數(shù)值為優(yōu)先選用者 活塞桿直徑系列 （mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 （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)（L≤10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d （3-8） 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)，S≥1.4。 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) （3-9） 當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比 時(shí) （3-10） 式中 活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度（m），見(jiàn)表3-3 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)，見(jiàn)表3-3 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=1/5000 安裝方式為鉸支---鉸支,根據(jù)表3-3得知取n=1,由于活塞桿長(zhǎng)度L=10cm(行程為5mm),活塞桿桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑(實(shí)心桿) 所以長(zhǎng)細(xì)比 所以 若縱向推力載荷（總載荷）超過(guò)極限力，就應(yīng)采取相應(yīng)措施。在其他條件（行程、安裝方式）不變的前提下，多以加大活塞桿直徑d來(lái)解決。 表 活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度L及系數(shù)n n 安裝方式 (3)缸筒壁厚的計(jì)算 缸筒直接承受壓力，需有一定的厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比 ，所以通常可以按薄壁筒公式計(jì)算 （3-11） 式中 氣缸筒的壁厚（m）； 氣缸筒內(nèi)徑（缸徑）（m）； 氣缸試驗(yàn)壓力，一般取 氣缸工作壓力（Pa）； 缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）； 材料抗拉強(qiáng)度（Pa）； 安全系數(shù)，一般取 常用缸筒材料有：鑄鐵HT150或HT200等，其Q235A鋼管、20鋼管，其鋁合金ZL3，其；45鋼，其 本氣缸選用45號(hào)缸, ，其 所以 常用計(jì)算出的缸筒壁厚都相當(dāng)薄，但考慮到機(jī)械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往將氣缸筒壁厚作適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管和鋁合金管。表3-4所列缸筒壁厚值可供參考。 因加工等原因如表3-4選=5 mm. 表氣缸筒壁厚 (mm) 材料 氣缸直徑 鑄鐵HT150 50 80 100 125 160 200 250 320 壁 厚 7 8 10 10 12 14 16 16 鋼Q235A、45、20號(hào)無(wú)縫管 5 6 7 7 8 8 10 10 鋁合金ZL3 8--12 12--14 14--17 3、伸縮缸的選擇 根據(jù)機(jī)械手的總體的受力,伸縮缸的選擇可以和升降缸使用相同的尺寸。 （三）回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 1、工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 當(dāng)工件為Φ20時(shí)， R=10＞ J的計(jì)算取R＞情況下的公式，查表3-5可知，按圓柱體計(jì)算： 當(dāng)工件為Φ5時(shí)， J的計(jì)算取R=10＞情況下的公式，查表3-5可知，按圓柱體計(jì)算： 因?yàn)?，J工件（ф20）＞J工件（ф5）， 所以，J工件取J工件（ф20）=計(jì)算。 2、手部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)，查表3-5可知，按長(zhǎng)方體計(jì)算。 因?yàn)?，m手部總=1.5（kg） 表 2-1 3、旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 4、旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算： ⑴克服啟動(dòng)慣性所需的力矩M慣： 式中：ω——手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角速度（1/s） t啟——啟動(dòng)過(guò)程中所需的時(shí)間（s） t啟=0.1 s 那么， ⑵腕部回轉(zhuǎn)所屬的總力矩M總： 由于手夾持在工件重心（中心）位置轉(zhuǎn)動(dòng)， M偏=0，腕部與手部聯(lián)接使用非軸承元件，所生 的摩擦力矩M摩不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算可以將M慣 適當(dāng)放大，而省略掉M偏、M摩，這時(shí)M總=1.5M慣 那么，M總=1.5M慣=0.45(Nm) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第4版資料，選擇齒輪齒條轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸（缸徑為50mm）型號(hào)：DRQ-PPVJ-A。 在0.5Mpa時(shí)，轉(zhuǎn)矩為6Nm，大于M總（安全）。 三、機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì) （一）可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程 1、 可編程序控制器的選擇 目前，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國(guó)西門(mén)子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等?？紤]到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。 2、 可編程序控制器的工作過(guò)程 可編程序控制器是通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過(guò)程可分為4個(gè)階段。 第一階段是初始化處理。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問(wèn)是針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專門(mén)存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開(kāi)機(jī)時(shí)，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。 第二階段是處理輸入信號(hào)階段。 在處理輸入信號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。 第三階段是程序處理階段。 當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫(xiě)入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。 第四階段是輸出處理階段。 段CPU對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。 （二） 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 四、結(jié)論 （一）本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)通用機(jī)械手，相對(duì)于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由 度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。 （二）采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小， 不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。 （三）通過(guò)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度， 節(jié)省了大量時(shí)間和避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。 （四）機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn) 行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù) 機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。 參考文獻(xiàn)： [1] 張建民.工業(yè)機(jī)器人.北京:北京理工大學(xué)出版社，2007 [2] 蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略.機(jī)器人技術(shù)，2003 [3] 金茂青，曲忠萍，張桂華.國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢(shì)態(tài)分析.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ， 2005 [4] 王雄耀.近代氣動(dòng)機(jī)器人(氣動(dòng)機(jī)械手)的發(fā)展及應(yīng)用.液壓氣動(dòng)與密封，2004 [5] 嚴(yán)學(xué)高，孟正大.機(jī)器人原理.南京:東南大學(xué)出版社，2003 [6] 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [7] 黃錫愷，鄭文偉.機(jī)械原理.北京:人民教育出版社，2006 [8] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社 [9] 鄭洪生.氣壓傳動(dòng)及控制.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [10] 吳振順.氣壓傳動(dòng)與控制.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004 [11] 徐永生.氣壓傳動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [12]傅祥志，機(jī)械原理（第二版），武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.10 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