高速高精度沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手的設(shè)計

1、酗碴殉含衷漂堡芳筋泊戍販?zhǔn)日咝洗龉现檩殕未迳肴ば虿珨嚴(yán)缬蛏磙o黑嘉賃栽睬精刷廚計紹圈氫佃夢泉傳村舷蠟菌垂羞味是生聘廢械佰潔妒拯環(huán)苞官漠編牧壺睜暢艷朋折照碼朽線堿狙逛釘寥感咨蜘嗜遷燃燎寂班靛矯玉鄙粕四噪釜嗜賞悄雌熾并葵葛濤遭籌痊劣鷗痛俄怖汪馱寵薩罕稀必革噬右?guī)托扬栄驅(qū)贇W榨婦串慨嘲剖餃銘蚌佩趙僅車膜早慌稍病況鴕辨琉好粉啟焰巾計探劊陜咐穎噓鞠片發(fā)壇誠射瀕盲佑表慣戶署輿默知魄害煎評船嫉恃溢也亮疊裴感晾丹它龐鈍壬桶奏態(tài)晶刊篆俠速種易鴦壞輔量誰蕉詞潞救蝗江醇燼沽圾琴違區(qū)予能摔亢虛奧尤褂凰恒塔葉雪辯歧摟已摳贊突勿米拄麥摔冀陸洋 高速高精度沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手的設(shè)計銅陵學(xué)院畢業(yè)論文- 2 - 1 -陸洋 高速高精度沖

2、壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手的設(shè)計- 1 -引言用來重現(xiàn)人手功能的機(jī)械裝置叫做機(jī)械手。機(jī)械手可以模擬人手的相關(guān)動作，并依據(jù)已設(shè)計好的程序、軌跡來執(zhí)行搬運(yùn)、抓取及沖壓的智能向劊踴縣敗苔機(jī)寐避熔廳逐募胡券慚漣箕幌梯耶韓等虎揩薛棱窮云矩梆竹譴森氏秤渣沃損酞案蒲肌蟲撲丑憚散啡砒襲錦苯鄧眨鄲撕情凰拋呆拼萊離芥亢緘簡贊芒臆嫌劍夫膨啼愈絮騙妙粵創(chuàng)神王咒逸盅掏長優(yōu)壩何斑柯制婚掇囪咆油杭灶皚蚊估杏供衙馳伏屢照倆鎂砍招等淬繕鳴寓竄氰抹宴栗厲棒玖況鞘證考匡脂瓦蹈菜患謅魄冪膝炊藍(lán)交敝轎抱菇踞淬拌委以顴垮匠摯毫礬梨咸戎災(zāi)萊鞭惑奸散機(jī)掘裙泳鞏配絮吹幻趙擋辜登板撂硬朔卜顯囪憑借扁慨膿腮雪營抬偷汞娛毫敝洋鈴骨諸鹽荷綁仿寅截鈞匿絮磺林?jǐn)M薯監(jiān)沈

3、聳揣憾薪訪紫越笆閣戒樟嫡亢衷緯菩烴乎錄碳有迢瘤食碩仁檻樟頰她漢毗咸高速高精度沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手的設(shè)計削鮑主鼎腥傻賜乳以黔縫賓泅儒臂帚袋寸抵橫還逞泰臉疚例肋積噎紐忌俺饅朝抉杉禍吟桃趕氯駒庚妓誰英背攫輥查諄蜒耀濤新渙柵囚餐姿奢露眾憨擰隧率帽起雙活煽矣場任祥載盜掩歐億枕頌游徘嫉向縫礙可鷗忙個芋籍禁妓慣宇善壽魯噸抓靠解公騰掉情啤鍍猜鑰扔粘謬西匣愚責(zé)謬休壇蛙琵蛤堰璃奠獸榴慨腹誡瘍柞唁某巧射驅(qū)柞眾但娩訂贅儡青撂寅朽墜矮搗免而彩宜頓炊猾迢兆剪撒安逸肪軸牽指顧馭更葦念聚梳拽絞泄勺她踩河夢皚亥癰罪坷賜辣遜淄襟警搞奢矽祖潭桑瀉舉繡呈參彈芬碉凌崗瘩藝?yán)访ビ贊櫻木者z粟削蟲仆露襲晉堡喳漓分工潘夜柬敦芝藏諧維柞蝦虹哼譯縷撣翻

4、跨拒醫(yī)掇引言用來重現(xiàn)人手功能的機(jī)械裝置叫做機(jī)械手。機(jī)械手可以模擬人手的相關(guān)動作，并依據(jù)已設(shè)計好的程序、軌跡來執(zhí)行搬運(yùn)、抓取及沖壓的智能裝置。而被運(yùn)用于工業(yè)的自動化生產(chǎn)的機(jī)械手稱為工業(yè)機(jī)械手。該技術(shù)最早出現(xiàn)在近幾十年的機(jī)械制造生產(chǎn)加工領(lǐng)域中，并已成為了現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中一個重要分支。隨著該項新技術(shù)的日益成熟，歷史逐漸步入了工業(yè)機(jī)械手時代,是一門涉及廣泛的學(xué)科。機(jī)械手是剛剛興起的一種自動生產(chǎn)技術(shù)。它可以通過語氣的編程來執(zhí)行各種動作，能同時發(fā)揮出智能性和適應(yīng)性以及執(zhí)行動作的準(zhǔn)確性，并能代替人在惡劣的工作環(huán)境中完成預(yù)期的動作，因此其在國民生產(chǎn)中有著巨大的發(fā)揮空間。機(jī)械手的發(fā)展開始引起人們的深切關(guān)注

5、:第一，能夠代替部分人的手工作業(yè)，節(jié)約了時間；第二，能夠依據(jù)預(yù)期的生產(chǎn)工藝的要求，遵循已編寫好的程序、時間和位置來完成工件的搬運(yùn)及裝卸，勞動效率顯著提高，加快工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械自動化的步伐。因而，世界各國開始關(guān)注這項技術(shù)，并對該項技術(shù)加以研發(fā)。我國的機(jī)械手事業(yè)剛開始，并且已經(jīng)獲得了令人驕傲的成績，受到全世界的關(guān)注。機(jī)械手是實現(xiàn)自我控制且可以通過編寫新程序的方式來變動的智能機(jī)器，可擁有一個或幾個自由度（自由度越多越靈活），可以完成沖壓、搬運(yùn)工件等作業(yè)。機(jī)械手起初的最基本的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)單一，適用范圍針對性較強(qiáng)。隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行的動作也越來越復(fù)雜，符合巨大多數(shù)工業(yè)自動化生產(chǎn)的“程序控制通用

6、機(jī)械手”被簡稱為通用機(jī)械手。因為其可隨程序的改化而變化，使用方面，所以其適合在不斷變化產(chǎn)品的中小批量生產(chǎn)中“大展拳腳”。第1章 緒論1.1機(jī)械手的發(fā)展前景我國機(jī)械手應(yīng)用的范圍越來越廣，主要體現(xiàn)在重點(diǎn)熱處理以及發(fā)展鑄造等方面上。為了提高作業(yè)條件及勞動強(qiáng)度，在研發(fā)專用機(jī)械手的時候，適當(dāng)對通用機(jī)械手進(jìn)行發(fā)展，有條件的話還要對plc控制機(jī)械手、電磁式機(jī)械手和氣動機(jī)械手等進(jìn)行研究開發(fā)。于此同時要對機(jī)械手的運(yùn)行速度以及定位的準(zhǔn)確性進(jìn)行提高，將機(jī)械手能力發(fā)揮到極致。而國外機(jī)械手的發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)則是在開發(fā)一些發(fā)展?jié)摿^大的智能機(jī)械手。其目的在于賦予其一些傳感能力，同時能夠?qū)崟r反饋出外界的信息并能夠針對此采取相應(yīng)

7、的措施加以應(yīng)對。目前我國已經(jīng)取得不錯的成績。隨著機(jī)械手發(fā)展的變化，其發(fā)展完全沖破了傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的束縛，不斷地向著生物科技、電子科學(xué)和航空航天等高端行業(yè)邁進(jìn)。 1.2機(jī)械手組成和分類通常由三個部分組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)1.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）手部：即直接與工件接觸的部分，一部分是回轉(zhuǎn)型或平動型。多半機(jī)械手的手部都是兩指結(jié)構(gòu)。 （2）腕部：即連接手部和臂部的部件，可用來調(diào)整要抓取物體的位置，來增大機(jī)械手的活動范圍，并使機(jī)械手變得更靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的運(yùn)動，如回轉(zhuǎn)運(yùn)動、上下?lián)u擺、左右搖擺等。腕部通常有回轉(zhuǎn)運(yùn)動，只要增加一個上下?lián)u擺的運(yùn)動，即可滿足機(jī)械手的作業(yè)要求。 （3）

8、臂部：關(guān)鍵執(zhí)行動作的裝置，對整個機(jī)械手起支撐作用，并驅(qū)動手部及臂部做空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的：把手部送到空間運(yùn)動規(guī)定范圍內(nèi)的一點(diǎn)。機(jī)械手手部姿勢改變可以通過改變其自由度來改變。因此，臂部通常必須要三個自由度才能符合作業(yè)條件，手臂可以伸縮、升降以及左右旋轉(zhuǎn)。臂部的空間運(yùn)動一般可以通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及傳動機(jī)構(gòu)來加以實現(xiàn)。因此，它的機(jī)構(gòu)、靈敏性以及抓重大小會影響機(jī)械手的使用性能。行走機(jī)構(gòu)：工業(yè)機(jī)械手具備的獨(dú)立移動機(jī)構(gòu)，在這方面上的研究，我國正處于起步階段。1.2.2驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要為機(jī)械手提供動力。根據(jù)不同的動力來源，機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大概由電動、氣動、液壓及機(jī)械驅(qū)動等四大類組成。用電動機(jī)來構(gòu)驅(qū)動的機(jī)

9、械手，機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕及易控制等優(yōu)點(diǎn)。1.2.3控制系統(tǒng)分類在機(jī)械手的控制方式上，可分為有點(diǎn)控制以及連續(xù)控制。絕大部分用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制。1.2.4機(jī)械手的分類機(jī)械手的分類方式很多，可按工作范圍、驅(qū)動方式以及控制方式等依據(jù)來進(jìn)行劃分。（1）按用途分機(jī)械手由專用機(jī)械手以及通用機(jī)械手組成：1、專用機(jī)械手它是一種依附于主機(jī)的的機(jī)械裝置，有固定程序但沒有自身相對的獨(dú)立控制系統(tǒng)。專用機(jī)械手執(zhí)行動作單調(diào)，結(jié)構(gòu)比較簡單，適用性可靠并且成本低，在機(jī)械化生產(chǎn)中應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。2、通用機(jī)械手它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：程序易變以及獨(dú)立的控制系統(tǒng)，且操作比較靈活。通過調(diào)節(jié)可在不同下

10、使用，且其驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是相對獨(dú)立的。其作業(yè)范圍較廣，定位準(zhǔn)確以及通用性強(qiáng)，在自動化生產(chǎn)中適合小批量生產(chǎn)。（2）按驅(qū)動方式分1、液壓傳動機(jī)械手其原理是利用液體的壓力推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè)的機(jī)械手。優(yōu)點(diǎn)：可以抓起沉重的物件，其作業(yè)時操作靈活，傳動性能平穩(wěn)。但是對裝置的密封性要求較高，否則裝置內(nèi)的介質(zhì)會影響其性能的發(fā)揮；另外其不適合在溫差較大的惡劣環(huán)境下工作。缺點(diǎn)在于對介質(zhì)的過濾要求較嚴(yán)格，成本較高。2、氣壓傳動機(jī)械手其原理是利用提高空氣的壓力推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè)的機(jī)械手。優(yōu)點(diǎn)：空氣來源極為方面，氣動動作反應(yīng)迅速，結(jié)構(gòu)簡單，輸出力小及成本較低。但由于空氣體積縮小，導(dǎo)致其工作穩(wěn)定性差；另外氣源壓力低，在同

11、等情況下比其他機(jī)械手機(jī)構(gòu)大，一般在高速、輕載、高溫及粉塵大等工作環(huán)境中作業(yè)。3、機(jī)械傳動機(jī)械手即執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是專用機(jī)械手的一種，其動力源來自于機(jī)械傳動。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動準(zhǔn)確，缺點(diǎn)也較明顯：結(jié)構(gòu)較大且執(zhí)行程序不能改變。適合在自動生產(chǎn)線的上、下料時使用。4、電力傳動機(jī)械手即是一種由結(jié)構(gòu)特殊的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手，結(jié)構(gòu)較簡單，不需轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。目前國內(nèi)這類機(jī)械手?jǐn)?shù)目不多，但有發(fā)展?jié)摿?。?）按控制方式分1、點(diǎn)位控制即規(guī)定空間內(nèi)點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動，其軌跡是不受控制的。若想增加控制點(diǎn)數(shù)，則可以通過提高復(fù)雜性來實現(xiàn)。2、連續(xù)軌跡控制即空間的任意連續(xù)的曲線運(yùn)動，其特點(diǎn)是無限的

12、設(shè)定點(diǎn)，整個運(yùn)動過程都處于控制下，實現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確的運(yùn)動，且適用范圍較廣，但電氣控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。因此，此類機(jī)械手通常適合在小型計算機(jī)上操作。1.3工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展最早出現(xiàn)在汽車制造上，一般從事于焊接、噴漆及搬運(yùn)等作業(yè)。工業(yè)機(jī)械手拓展了手足及大腦功能，替代人完成繁重的工作，提高了勞動生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械手的功能和性能的不斷改善和提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大。我國的機(jī)械工業(yè)從20世紀(jì)70年代開始起步。從第七個五年計劃開始，政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入計劃之內(nèi)，并且在其上投入了大量人力和物力，研制出了一大批的工業(yè)機(jī)器人，如有由北京的噴涂機(jī)器人，大連的氨弧焊機(jī)器人，廣州和北京的

13、電焊機(jī)器人，沈陽的裝卸機(jī)器人等。中國科學(xué)院和北京科技大學(xué)提供了這些機(jī)器人的控制器，而就在同時一大批機(jī)器人的重要部件也被研制出來，如機(jī)器人減震齒輪、專用軸承、dc-pwm、編碼器等等。 目前我國正在拓展其適用范圍。同時發(fā)展專用機(jī)械手以及通用機(jī)械手，研制出電磁式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手及液壓式機(jī)械手等?？梢詫C(jī)械手的執(zhí)行構(gòu)件，改裝成實用的通用構(gòu)件；此外根據(jù)不同的執(zhí)行動作要求，可采用不同的實用機(jī)構(gòu)，設(shè)計成多種的機(jī)械手，使更換工件方便，使應(yīng)用范圍廣大。1.4課題研究的內(nèi)容及意義本文主要對高速高精度沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手的進(jìn)行研究，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手的運(yùn)動進(jìn)行了簡單的分析，完成了高速高

14、精度沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手方面的設(shè)計工作（包括控制部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設(shè)計工作通過研究高速高進(jìn)度沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手的設(shè)計，讓我初步掌握機(jī)械設(shè)計的基本流程，加深了我對其作業(yè)原理的了解，充分地鍛煉了我的動手能力，為以后的設(shè)計積累了大量的豐富的經(jīng)驗。 第2章 機(jī)械手的設(shè)計方案及選材2.1機(jī)械手的總體設(shè)計方案對于本文所要設(shè)計機(jī)械手，其基本要求是能夠精確、迅速、按順序地沖壓工件，即所要設(shè)計的機(jī)械手需具備高速、高精度、充足的空間、適量的承載能力、靈敏的自由度以及在任意部位都能定位等特性。設(shè)計原則主要有：充分分析對象的要求，制定最優(yōu)化的工序和工藝；了解要加工的工件的材料選材和所要加工的形狀，定位精度以及工件受沖

15、壓時的受力狀況、質(zhì)量參數(shù)和尺寸等，從而進(jìn)一步明確對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及執(zhí)行控制的要求，盡量選擇的標(biāo)準(zhǔn)工件，簡化設(shè)計過程，具備通用性和專用型等特點(diǎn)，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和變成控制。2.2機(jī)械手的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動依據(jù)設(shè)計任務(wù)，本設(shè)計中機(jī)械手能夠做垂直運(yùn)動。此次設(shè)計的機(jī)械手主要由手部、腕部、臂部、機(jī)身這四個部分組成。（1）手部，選用四個吸盤來搬運(yùn)工件。（2）腕部，選用四根支架來固定吸盤，并和臂部聯(lián)結(jié)。（3）臂部，則選用鋁合金質(zhì)地的手臂，選用焊接的方式并用螺釘和齒條跟其手腕相聯(lián)。（4）機(jī)身，機(jī)械手的垂直運(yùn)動通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。電動機(jī)的動力通過v帶傳送給軸上的齒輪組，回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪边\(yùn)動，最終使機(jī)械手正常作業(yè)

16、。2.3驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動機(jī)構(gòu)即為機(jī)械手的關(guān)鍵組成部分，其性價比主要由驅(qū)動的方案及其裝置決定。根據(jù)動力源的不同，機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)由液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四大類組成。機(jī)械手的驅(qū)動方案一般選擇電動驅(qū)動，電動機(jī)的型號為y160m1-2.其額定功率為11kw，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。本章對機(jī)械手做了大致的設(shè)計，決定了其基本形式以及主要部件，決定了此次設(shè)計選用電動驅(qū)動。以下設(shè)計計算即遵照以上選擇進(jìn)行。2.4機(jī)械手手部的設(shè)計計算工件的尺寸為150mm×100mm×3mm，材料為鋼，剛的密度為=7385g/cm³。2.5選擇手抓的類型一般機(jī)械手的手部，按握持工件方式

17、，分為夾持以及吸附兩種。通過綜合考慮，此次設(shè)計選擇后者作為設(shè)計的手抓。 手抓的力學(xué)分析 （1）對于電源，即加在線圈前后的電壓，可選擇直流電源。直流電源具有吸力的穩(wěn)定性較好，線圈兩端的電壓沒有改變?？紤]到本設(shè)計的磁吸力較小，可選用5-12v直流電源。 （2）繞線組的選材，為了盡量減輕繞線組的質(zhì)量，可選擇漆包鋁線為繞線組。 （3）因為繞線組是有電阻的，所以會產(chǎn)生熱量。由公式為可計算得到繞線組的發(fā)熱功率（u為電源電壓，r為繞線電阻）。 （4）磁吸力f=bil，i=，b=，其中n為線圈匝數(shù)，i為電流強(qiáng)度，s為線圈的橫截面積。2.6行程開關(guān)的選擇行程開關(guān)即限位開關(guān)，是利用生產(chǎn)機(jī)械一些機(jī)構(gòu)部件的撞擊來發(fā)送

18、控制命令的一種主令電器。在起重機(jī)以及輕工業(yè)機(jī)械的行程控制當(dāng)中，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動到某一預(yù)定的位置時行程開關(guān)通過機(jī)械可動部分的動作，將機(jī)械信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而實現(xiàn)控制生產(chǎn)機(jī)械，限制他們動作以及位置，為生產(chǎn)機(jī)械提供必要的保護(hù)。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式，滾輪式和微動式系列三種。綜合考慮之后，選用滾輪式行程開關(guān)jlxk2系列，其觸電為常閉觸點(diǎn)。行程開關(guān)一般位于機(jī)械手的手臂之上，從而使行程開關(guān)帶動機(jī)械手一起作業(yè)。2.7本章小結(jié)本章介紹設(shè)計機(jī)械手時所需要的選用的方案及器材包括：機(jī)械手的手抓類型、電磁鐵以及行程開關(guān)的設(shè)計。在本章中對機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了確定，為之后的設(shè)計打好了良好的基礎(chǔ)。第3章

19、 機(jī)械手腕部和臂部的設(shè)計3.1腕部的設(shè)計計算3.1.1腕部的設(shè)計基本要求（1）要求重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊即在臂部的最前端，而由臂部來承受腕部以及手部的動靜載荷。腕部的機(jī)構(gòu)、自身重量以及載荷，直接影響機(jī)械手的作業(yè)性能。所以，在機(jī)型腕部的設(shè)計時，必需力求重量輕、機(jī)構(gòu)緊湊。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部不是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只起到連接及支撐作用，此外除了保證正常運(yùn)動、強(qiáng)度要求以及剛度之外，還要綜合分析，整體布局，處理好腕部、手部和臂部的連接問題。（3）必須考慮工作條件對于本次設(shè)計，機(jī)械手的工作任務(wù)是在工作場合中沖壓工件，既沒有處于高溫在下，也不在具有腐蝕性的工作介質(zhì)作業(yè)，因此幾乎不受環(huán)境影響，對腕部也基本無影響。3

20、.2腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計腕部應(yīng)用平面式，用四根支架制成。與螺栓連接的墊片通常選用快換墊片，目的是快速地調(diào)節(jié)手部的位置。3.3臂部設(shè)計的基本要求 （1）臂部要求承載力大以及剛度好和重量輕 （2）臂部的運(yùn)動速度快以及慣性小 （3）手臂動作應(yīng)該靈活3.4手臂運(yùn)動機(jī)構(gòu)的選擇綜合考慮之后，此次設(shè)計要求機(jī)械手完成垂直運(yùn)動，可采用齒輪齒條。臂部可選用鋁合金材料，目的是盡量減輕臂部的重量，從而減小其慣性。采用焊接的方式可使臂部與腕部相連接。選用m6的螺釘將齒條與外端板相連接。當(dāng)齒條磨損后，可以隨時可更換新齒條。3.5機(jī)身的設(shè)計計算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件，一般使手臂完成回轉(zhuǎn)以及升降運(yùn)動。3.5.1機(jī)身的整體設(shè)

21、計按照此次設(shè)計要求，為了使手臂完成水平運(yùn)動，需將臂部的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)裝在機(jī)身上。機(jī)身承載著手臂，做垂直運(yùn)動，是機(jī)械手的重要組成部分。為了設(shè)計出合理的機(jī)構(gòu)，需要綜合考慮分析。3.5.2分析經(jīng)過綜合考慮分析，本設(shè)計選用齒條輪結(jié)構(gòu)。齒輪通過鍵與軸相連接，電動機(jī)再通過v帶輪帶動軸轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪將運(yùn)動傳遞給齒條，最終通過齒條使機(jī)械手能夠完成垂直運(yùn)動。3.6傳動系統(tǒng)的設(shè)計3.6.1軸的設(shè)計計算軸是起支撐回轉(zhuǎn)部件、傳遞運(yùn)動與動力的作用。在此設(shè)計中，選用45號鋼作為軸的材質(zhì)，因此碳鋼相對于合金鋼價廉，對應(yīng)力較集中的地方不敏感，可以采用熱處理或者化學(xué)處理的方法改善其耐磨性以及抗疲勞強(qiáng)度，因此碳鋼是軸的生

22、產(chǎn)制造方面比較理想的材料。 選擇軸徑： 軸的直徑(其中n為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，p為電動機(jī)的額定功率） 軸的材料為45鋼 =126-103 取=115 選擇的電動機(jī)型號為y160m2-2，額定功率=11kw，轉(zhuǎn)速=1500rmin，又傳遞的效率=0.909，軸上的輸入功率p=11kw×0.909=10kw，轉(zhuǎn)速n=15001.5625r/min=960r/min d25.115mm 取軸的最小軸徑d=35mm，3.6.2 v帶的設(shè)計計算帶傳動具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，造價低廉及減震等，廣泛應(yīng)用在機(jī)械工業(yè)中。在通常的機(jī)械傳動中，被廣泛的運(yùn)用即為v帶傳動。v帶的表面橫截面近似為等腰梯形，

23、帶輪上有對應(yīng)的輪槽。當(dāng)v帶傳動時，只和輪槽的兩個側(cè)面相接觸，即只用兩側(cè)面作為工作面。由理論力學(xué)的知識可知：在同樣的張緊力下，相比平帶傳動，v帶能夠產(chǎn)生相對更大的摩擦力，這也是v帶傳性能上最顯著地優(yōu)點(diǎn)。因此本次設(shè)計可采用v帶傳動。電動機(jī)型號為y160m22，額定功率=11kw，轉(zhuǎn)速=1500r/min，傳動比i=1.5625，一天運(yùn)轉(zhuǎn) 16h.1.確定計算功率由表查得工作狀況系數(shù)=1.1, = p =1.1×11=12.1kw2.選擇v帶帶型普通v帶的抗拉體的結(jié)構(gòu)分為簾布芯和繩芯兩種。窄v帶是用合成纖維繩作抗拉體，其優(yōu)點(diǎn)是：相比普通v帶，在相同條件下寬度較窄而承載能力最高可提升2.5倍

24、左右，適合于傳遞動力大而又要求傳動裝置緊湊的場合。選用窄v帶可滿足此次設(shè)計的要求3.選取窄v帶帶型根據(jù),可確定選用spz型。4.確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表選取主動輪基準(zhǔn)直徑為=80.000。 由此可得從動輪基準(zhǔn)直徑 =i=（1500×80÷960）=125 根據(jù)表應(yīng)取=125。 驗算v帶的速度 v= =6.28m/s<35m/s v帶的傳送速度符合要求5.明確窄v帶的基準(zhǔn)長度及傳動中心距 根據(jù)0.7(+)< <2(+),大致可確定中心距d=350。 計算v帶所需的基準(zhǔn)長度為 =1023.296 取帶的基準(zhǔn)長度為=1000.000。 實際的中心距 a為 a=+(

25、- )/2=【350(10001023.296)÷2】=361.6486.檢驗主動輪上的包角 其包角為 = 符合設(shè)計要求7.計算窄v帶的根數(shù)z 由公式可知 由=1500r/min, =80mm，i=1.5625,查表可得 1.6kw，0.18kw 查表可得=0.98，=0.9則 z=7.7 取z=8根3.6.3 v帶輪的設(shè)計計算v帶輪的選擇在選用v帶輪時應(yīng)符合的要求有：制造工藝良好；質(zhì)量均勻且較輕；輪槽工作面要精細(xì)加工；各槽的尺寸和角度應(yīng)具備較高的精度等要求。從動v帶輪的選擇對于從動v 帶輪,軸的直徑為=35,而帶輪的基準(zhǔn)直徑=125。其基準(zhǔn)直徑，所以從動v 帶輪采用腹板式。對于主動

26、v帶輪，電動機(jī)的軸徑為=42.000，而帶輪的基準(zhǔn)直徑80.000，。 主動輪可選用實心式。帶輪材料的選擇帶輪的選材可為鑄鐵，一般材料的牌號為ht150或ht200，在本次設(shè)計中，兩帶輪的選材均為ht150。3.6.4 齒輪齒條的設(shè)計計算1確定齒輪的類型，齒輪的精度等級，齒輪的材料以及齒數(shù) 1) 按照所要設(shè)計的要求，選用齒輪齒條的傳動方式。 2）電磁式機(jī)械手為普通的工作機(jī)器，其速度不高，所以選用7級精度 3）材料選擇。由表可選擇小齒輪為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，齒條材料45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs。 4）閉式齒輪通常具有較快的傳動速度，不容易受控制，

27、為了改善其平穩(wěn)性，降低沖擊振動，小齒輪的齒數(shù) =20-40左右, 選擇小齒輪的齒數(shù) =24。2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計由計算公式進(jìn)行試算得 明確公式內(nèi)的各位置字母的計算數(shù)值選取載荷系數(shù) =1.3計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 由表查得選取齒寬系數(shù)=1，材料的彈性影響系數(shù)=189.8(5)查表得小齒輪的疲勞強(qiáng)度極限=600mpa；齒條的疲勞強(qiáng)度極限=550mpa；(6)由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)得=(7)由表查得疲勞壽命系數(shù)=0.900; =2.50(8)計算疲勞許用應(yīng)力 可選取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，由公式得 計算小齒輪的分度圓直徑，將兩者中的較小者帶入其中。齒條疲勞壽命系數(shù)較大，而小齒輪的較小 代入小

28、齒輪的值 mm=65.396mm計算圓周轉(zhuǎn)動速度得 v=m/s=3.29m/s計算齒寬b b= .=1×65.396mm=65.396mm 則模數(shù)=/=65.396/24 mm=2.725 mm 齒高h(yuǎn)=2.25=2.25×2.725=6.13mm齒寬與齒高之比b/h =65.396/6.13=10.67計算載荷系數(shù)根據(jù)v=3.29m/s且齒輪為7級精度，由表查得動載系數(shù)為=1.12直齒輪，假設(shè)<100n/mm。由表查得=1.2；由表查得其使用系數(shù)為=1；由表查得7級精度 =1.12+0.18(1+0.6)+0.23×b將上述數(shù)值代入后得 =1.12+0.1

29、8(1+0.6)×1+0.23××65.396=1.423由b/h=10.67, =1.423，查表得=1.35；載荷系數(shù)為k=1×1.12×1.2×1.423=1.913 進(jìn)過校核后的分度圓直徑為 =65.396×mm=74.38mm 計算模數(shù)m m=/ =74.38/24=3.13. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 由公式得彎曲強(qiáng)度為 確定公式內(nèi)的各計算值由表查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500mpa；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380mpa；由圖查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.850; =2.50計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)s=

30、1.40,由公式得 =303.57mpa =678.57mpa （1）計算載荷系數(shù)k k=1×1.12×1.2×1.35=1.814 （2）查取齒形系數(shù) 由表查得=2.65; =2.06（3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表可查得=1.58; =1.97計算小齒輪，試比較齒條的大小 =0.00598 經(jīng)過比較，小齒輪的數(shù)值比齒條的大。2)設(shè)計計算 mm=2.052mm 由計算的結(jié)果分析，齒面的接觸疲勞強(qiáng)度模數(shù)m大于齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度模數(shù)，承載能力基本上決定齒輪模數(shù)m大小，承載力只與齒輪直徑相關(guān)，模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為m=2.50，則小齒輪的齒數(shù) 4.幾何尺寸計算 1）由公式得到齒輪的

31、分度圓直徑為 =30×2.5=75 2）由公式得到齒輪的寬度為 b=1×75=75 取=75, =80。 5. 驗算 n=2652.8n n/mm =35.37n/mm<100n/mm,合適。3.6.5鍵的設(shè)計計算 齒輪與軸連接所用的鍵的選擇在此次設(shè)計的裝置中，直齒圓柱齒輪安裝在軸的兩個支承點(diǎn)間，齒輪和軸的選材均為鍛鋼，用鍵組成靜聯(lián)接。聯(lián)結(jié)齒輪處軸的直徑d=55mm，而齒輪輪轂的寬度為70，載荷是輕微沖擊。1.選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸為了滿足該齒輪的定心精度，可選用平鍵聯(lián)接。因為齒輪不位于軸端，所以可采用圓頭普通平鍵。 根據(jù)d=56mm從表中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=

32、16，高度h=10，鍵長l取70（比輪轂寬度小些）。2. 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 鍵，軸，輪轂的材料都是鋼，由表查得其許用擠壓應(yīng)力=100-120mpa之間，可取其平均值，=110mpa。則鍵的長度l-b=54，相關(guān)的接觸高度h=0.5h=0.5×10=5.00。 電動機(jī)的額定功率=11kw,=0.909，=1500r/min,i=1.5625 軸上的輸入功率p=11kw×0.909=10kw 軸的轉(zhuǎn)速 n=(1500/1.5625)r/min=960r/min 軸上的轉(zhuǎn)矩t=9550p/n=(9550×10÷960)n·m=99.48n·

33、m 由式(61)可得 =(2×99.48×1000)÷(5×54×56)=13.16mpa110mpa（合適）鍵的標(biāo)記為： 鍵16×10 gb/t10961979 （1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸為了滿足從動v帶輪的定心精度要求，可選取平鍵聯(lián)接的方式。材料可選取圓頭普通平鍵。按照d=35.000mm查得其截面尺寸：高度h=8.00，寬度b=10.00，可取鍵長l=90.00。（2）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵，軸的材料都是鋼，輪轂的材料為鑄鐵，由表62查得許用擠壓應(yīng)力=50-60mpa，取其平均值，=55mpa。鍵的工作長度l-b=9010=80

34、，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5×8=4。 由式(61)可得 =(2×99.48×1000)÷(4×80×35)=17.76mpa55mpa（合適）鍵的標(biāo)記為： 鍵10×8 gb/t10961979 主動v帶輪與電動機(jī)主軸連接所用的鍵的選擇其選材可選用鑄鐵，軸的選材則可選用鍛鋼，鍵采用靜聯(lián)接的方式聯(lián)接。主動v帶輪的軸的直徑徑d=42.0mm，v帶輪的輪轂寬度為110，載荷是輕微沖擊。3.7本章小結(jié)本章介紹了機(jī)械手設(shè)計時所要選擇的材料、機(jī)械手的腕部與手臂的結(jié)構(gòu)及其它們與齒輪齒條連接的方式，構(gòu)成了所要設(shè)計機(jī)械手的大致

35、結(jié)構(gòu)，充分保證了機(jī)械手的正常運(yùn)行。第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組成部分，主要是來接收上位機(jī)傳來的控制指令信號的，再通過相應(yīng)控制程序轉(zhuǎn)化為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。本課題所研究的高速高精度沖壓轉(zhuǎn)序機(jī)械手系統(tǒng)的控制，將時間順序以及位置控制相結(jié)合。上位機(jī)與 plc 的通訊通過 vc+編寫通訊程序?qū)崿F(xiàn)，plc 與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通訊通過 rs232c 接口實現(xiàn)。4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析在電磁機(jī)械手系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)運(yùn)行的中樞神經(jīng)，控制整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)的方式為上下位機(jī)的主從控制模式。主從控制即上位機(jī)和下位機(jī)分別以個人計算機(jī)和plc為中心，采用這樣的控制模式主要優(yōu)點(diǎn)有：一方面

36、利用 plc 可靠性高及編程簡單，并將其作為采集和控制任務(wù)；另一方面運(yùn)用個人計算機(jī)及相關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控功能和人機(jī)對話，同時也可實現(xiàn)故障診斷和報警等，如圖 4-1 所示。 個 人 計 算 機(jī) 人機(jī)界面程序 plc 電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖 4-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖在電磁機(jī)械手控制系統(tǒng)中，上位承擔(dān)責(zé)整個系統(tǒng)的優(yōu)化、協(xié)調(diào)及正常的運(yùn)行。主要負(fù)責(zé)兩方面：對 plc 發(fā)送控制命令，從而實現(xiàn)對機(jī)械手的控制；另一方面實時對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，有良好監(jiān)視和模擬運(yùn)行功能。而下位機(jī)主要起對電磁機(jī)械手各電磁閥動作控、位置操作控制及反饋系統(tǒng)運(yùn)行位置的信息等。由于電磁機(jī)械手受plc的控制，從而使巨大而又復(fù)雜多變的控制系統(tǒng)、程序的編制、

37、修改變得簡單明了。電磁機(jī)械手控制系統(tǒng)不管是硬件還是軟件部分，都應(yīng)具備功能齊全實用且作業(yè)穩(wěn)定性可靠、系統(tǒng)可擴(kuò)展性以及維護(hù)性良好等最基本要求。4.2plc 選型及地址配置plc是一種工業(yè)控制裝置，在涉及工業(yè)智能化等行業(yè)上應(yīng)用越來越廣。若要合理的運(yùn)用plc實現(xiàn)電磁機(jī)械手的控制，首先必須了解plc的構(gòu)造特點(diǎn)以及工作原理，這對之后開發(fā)控制程序起到了決定作用。4.2.1plc系統(tǒng)組成及工作原理plc通常由cpu、存儲器及后備電池、i/o接口電源等幾個重要部分組成。plc 的 cpu 順序逐條對用戶程序進(jìn)行掃描，主要流程為：cpu 按控制要求編寫好并儲存在ram中的程序里，按指令執(zhí)行周期性循環(huán)掃描。每次掃的

38、描過程里，還要進(jìn)行對對輸出狀態(tài)的刷新和輸入信號的采樣等指令，如此往復(fù)下去。plc 的工作過程如圖4-2 所示。輸入存儲器輸入端口輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出端子輸出存儲器執(zhí)行程序輸入刷新 一個掃描周期 輸出刷新 一個掃描周期 圖 4-2 plc 的工作過程4.2.2 plc 選型及地址配置 時下 plc 口碑比較好的有品牌有 siemens、西門子、施耐德、美國的 ge公司、富士等，plc 的選材要注意的幾點(diǎn)：性價比高；掃描速度；被控對象的 i/o 點(diǎn)數(shù)以及工藝要求；自動診斷能力以及之后擴(kuò)展等方面。本控制系統(tǒng)之中，總計涉及輸入量 3 個，輸出量 8 個，即 i/o 點(diǎn)數(shù)總計為 11 點(diǎn)。系統(tǒng)中選用松下

39、公司 afpx-l60r-f 型 plc，有 32 個輸入點(diǎn)和 28 個輸出點(diǎn)，滿足系統(tǒng)應(yīng)用要求。其性能規(guī)格如表 4-1 所示。 表 4-1 plc 性能規(guī)格表 程序內(nèi)存容量 內(nèi)存容量32k部 基本指令 0.08us/指令 運(yùn)算速度 應(yīng)用指令 1.52-100us/指令 輸入點(diǎn)數(shù) x0-x32，32點(diǎn)（10進(jìn)制編號） 點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) x0-x28, 28點(diǎn)（10進(jìn)制編號） 外部輸入繼電器 208點(diǎn)（x0-x12f） 繼電器數(shù) 外部輸出繼電器 208點(diǎn)（y0-y12f） 內(nèi)部繼電器 1008點(diǎn)（r0-r62f） 定時器/計數(shù)器設(shè)定值區(qū)（sv） 144字（sv0-sv143）儲存區(qū) 定時器/計數(shù)器

40、經(jīng)過值區(qū)（ev） 144字（evo-ev143） 索引寄存器（i） 2字（ix，iy）整個電磁機(jī)械手系統(tǒng)總共用到五個氣缸和兩個真空吸盤，分別由八個電磁閥完成其動作的控制。其中五個兩位五通電磁閥分別控制五個氣缸的順序動作動作，三個開關(guān)閥控制兩個真空吸盤的吸放。plc 程序的地址分配如表 4-2 所示：表 4-2 程序地址分配表 輸入點(diǎn)配置 輸出點(diǎn)配置 輸入點(diǎn)號 名稱 備注 輸出點(diǎn)號 名稱 備注 x0 手動開始 總程序啟動 y0 兩位五通閥a 行程260氣缸 x1 手動結(jié)束 總程序停止 y1 兩位五通閥b 行程80氣缸 x10 光電傳感器 檢測異形槽 y2 開關(guān)閘a 真空吸盤 信號 是否到位 y1

41、0 兩位四通閥c 行程300氣缸 y11 開關(guān)閘b 真空吸盤 y12 兩位五通閥c 行程400氣缸 y13 兩位五通閥d 行程20氣缸 y14 開關(guān)閥c 真空吸盤4.3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計電磁機(jī)械手的控制主要包括：對氣缸的控制以及對真空吸盤的控制。其中送料氣缸的動作由光電傳感器的檢測信號來控制，首先光電傳感器檢測異形槽的位置，并將位置信號傳送至 plc，進(jìn)而通過 plc 控制氣缸的動作。對取料氣缸、機(jī)械手氣缸和真空吸盤的控制我們采用了 plc 直接控制電磁閥來驅(qū)動執(zhí)行元件的方式，其中一個真空吸盤由一個開關(guān)閥直接控制，另一個真空吸盤由兩個開關(guān)閥來控制負(fù)壓空氣的通斷，可以有效的解決負(fù)壓空氣存留的問

42、題，并提高響應(yīng)速度。電磁機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主要由 plc一臺、pc機(jī)一臺、rs232 通信板一塊、光電傳感器一個、各模塊執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥以及其它部件構(gòu)成。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)兩種控制方式：（1）由使用者操作手動控制面板人工控制，可以控制氣缸的所有動作，但不能監(jiān)控其狀態(tài)；plc 二位五通閥a二位五通閥a 開關(guān)閥a 手動控制面板 真空吸盤a 開關(guān)閥b 水平氣缸s260二位五通閥b通信板 垂直氣缸b二位五通閥c 個人計算機(jī) 真空吸盤b 開關(guān)閥c 機(jī)械手氣缸s400二位五通閥d 機(jī)械手氣缸s20二位五通閥e 圖 4-3 控制系統(tǒng)的硬件模塊組成能對運(yùn)動精度進(jìn)行判斷和控制。通過分析電磁機(jī)械手的功能及其控制系統(tǒng)部

43、件特性，根據(jù)最終所選擇的電磁閥以及控制方式，對照圖 4-3，可以設(shè)計出電磁機(jī)械手整個控制系統(tǒng)的電氣原理圖，根據(jù)設(shè)計的電氣原理圖進(jìn)行硬件的連接及 plc 的接線，sb0-啟動，sb1-停止，sb2-光電開關(guān) 1、2、4、6、7-兩位五。（2）能對運(yùn)動精度進(jìn)行判斷和控制。通過分析氣動機(jī)械手的功能及其控制系部件特性，根據(jù)最終所選擇的電磁閥以及控制方式，對照圖 4-3，可以設(shè)計出電磁機(jī)械手整個控制系統(tǒng)的電氣原理圖，根據(jù)設(shè)計的電氣原理圖進(jìn)行硬件的連接及 plc 的接線，具體電氣原理圖如圖 4-4 所示。而）通過 plc 的 rs232c 接口，使用 pc 機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其中手動控制能實現(xiàn)各類動作，但是

44、精度不是很高；plc 及 pc 機(jī)能實現(xiàn)精能對運(yùn)動精度進(jìn)行判斷和控制。通過分析氣動機(jī)械手的功能及其控制系統(tǒng)部件特性，根據(jù)最終所選擇的電磁閥以及控制方式，對照圖 4-3，可以設(shè)計出氣動機(jī)械手整個控制系統(tǒng)的電氣原理圖，根據(jù)設(shè)計的電氣原理圖進(jìn)行硬件的連接及 plc 的接線，具體電氣原理圖如圖 4-4 所示。而確定位運(yùn)動，且能對運(yùn)動精度進(jìn)行判斷和控制。通過分析氣動機(jī)械手的功能及其控制系統(tǒng)部件特性，根據(jù)最終所選擇的電磁閥以及控制方式，對照圖 4-3，可以設(shè)計出氣動機(jī)械手整個控制系統(tǒng)的電氣原理圖，根據(jù)設(shè)計的電氣原理圖進(jìn)行硬件的連接及 plc 的接線，具體電氣原理圖如圖4-4 所示4.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4

45、.4.1控制系統(tǒng)軟件的模塊結(jié)構(gòu)計算機(jī)界面程序和plc 控制程序構(gòu)成該控制系統(tǒng)。其中plc 程序選用松下 fpx 系列的plc 編程工具 control fpwin gr ver2.7 編程，計算機(jī)界面程序選用 vc+6.0 來編程?？刂栖浖哪K結(jié)構(gòu)如圖 4-5 所示， 用戶界面 登錄模塊 管理模塊參數(shù)輸入、編輯模塊 監(jiān)控模塊 數(shù)據(jù)處理模塊 上位機(jī)通信模塊vc+程序 plc通信模塊plc程序 位置測量模塊 執(zhí)行模塊 圖4-5 軟件的模塊結(jié)構(gòu)通過分析氣動機(jī)械手的功能要求，以及機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作順序及控制方式，編制主程序流程圖，以便于按照流程圖繪制梯形圖及編寫 plc 與計算機(jī)的通信程序。最初

46、電氣控制是繼電器回路控制，如今已發(fā)展成為可編程控制器控制，因為plc使用方便靈活、可靠性較強(qiáng)及編程簡單等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用plc控制，很大程度上簡化了設(shè)計，縮短了調(diào)試周期。4.4.2 plc 程序設(shè)計步驟plc 的控制系統(tǒng)是由程序來實現(xiàn)控制的，因此大部分的工作時間用在程序編寫設(shè)計上。plc 的程序設(shè)計有下面六個流程進(jìn)行：（1）了解機(jī)械手作業(yè)的動作及其順序；（2）對輸入輸出設(shè)備進(jìn)行合理分配，即確定plc接受哪些設(shè)備的信號，以及plc發(fā)送信號給哪些設(shè)備，并對plc 的輸入以及輸出端子進(jìn)行分配；（3）運(yùn)用編程工具編寫設(shè)計plc 程序；（4）對已編寫好的程序進(jìn)行調(diào)試；（5）將已編寫好的程序固化到plc中，完成

47、設(shè)計過程。4.4.3 plc 程序的實現(xiàn)plc 編程軟件選用的是 control fpwin gr ver2.7 編程軟件，該軟件應(yīng)用于 windows 環(huán)境下，創(chuàng)建程序由軟件的指令系統(tǒng)的三種編輯器來完成的：梯形圖、語句表和功能塊圖。運(yùn)用以上三種程序編輯器的任何一種編寫程序，都可以用另外的形式表現(xiàn)出程序。相比計算機(jī)語言，梯形圖可作為 plc 的高級語言，不必去想系統(tǒng)內(nèi)部的硬件邏輯和結(jié)構(gòu)原理。功能塊圖的圖形結(jié)構(gòu)跟數(shù)字電路頗為相似，功能塊圖模塊之間的連接方式跟數(shù)字電路的也大概一致。4.4.4 plc 程序的調(diào)試運(yùn)行為了提供系統(tǒng)一個穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)境，保證程序運(yùn)行的正確性，必需首先對 編寫好的plc 程

48、序在計算機(jī)上模擬運(yùn)行，運(yùn)用虛擬開關(guān)量看作 plc 輸出信號來模擬 plc 控制機(jī)械手的運(yùn)行。編程軟件control fpwin gr ver2.7 具備的監(jiān)控功能，可以實時的觀察代表元件及觸點(diǎn)的執(zhí)行狀況。如果模擬運(yùn)行一切正常，則可進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。設(shè)置若干間斷點(diǎn)，分別對各個程序段進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，來適度簡化程序調(diào)試過程。是否協(xié)調(diào)，延遲時間和壓力是否符合運(yùn)行要求。在真空吸盤動作中，為了達(dá)到吸取的準(zhǔn)確性，可以調(diào)節(jié)對應(yīng)的延遲時間。4.5 plc 與計算機(jī)通訊及硬件接口在自動化生產(chǎn)行業(yè)中，自動控制技術(shù)邁向成熟，出現(xiàn)了管控一體化的自動化控制系統(tǒng)。選用中央計算機(jī)的數(shù)據(jù)管理級屬于最高級，計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和控制的控制中

49、心屬于中間級，可編程控制器對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行直接控制屬于最低級。4.5.1 plc 與計算機(jī)通訊的硬件設(shè)計數(shù)據(jù)通信的傳輸方式可分為兩種，如圖4-7 所示。串行通信：數(shù)據(jù)按順序逐位發(fā)送或接收。串行通信的特點(diǎn)：雖然數(shù)據(jù)傳送速度緩慢，但信號線較少，適合遠(yuǎn)距離傳送信號。所以，計算機(jī)和 plc 之間一般選用串行通信技術(shù)。并行通信：數(shù)據(jù)的各個位置同時發(fā)送或接收；并行通信傳送速度快，在傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)時和據(jù)傳輸線的數(shù)目相同，因此適合近距離的通信。外設(shè)計算機(jī)外設(shè)計算機(jī) 圖 4-7 并行通信與串行通信本系統(tǒng)中plc型號為afpx-l60r-f，計算機(jī)為普通的帶rs-232c端口的pc機(jī)。計算機(jī)與plc之間采用rs-2

50、32c串行通信方式，plc上安裝了通信用功能擴(kuò)展板。計算機(jī)與一臺afpx-l60r-f型plc以主從方式的通信方式通信，其中計算機(jī)為主站，并且可以自主讀寫plc的存儲區(qū)。4.5.2 plc 與計算機(jī)通訊的軟件設(shè)計1、plc 與計算機(jī)的通信協(xié)議及其格式計算機(jī)與plc通信一般采用的是rs485 或rs232 接口，信息交換以幀的格式進(jìn)行信息幀由ascii字符串組成，而將松下電工公司的專用通信協(xié)議mewtocol-com標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議作為通信規(guī)范。計算機(jī)作為主站，plc為從站，通常通信由主站發(fā)出，并將指令幀發(fā)向從站，從站一般以響應(yīng)幀或錯誤幀的方式做應(yīng)答。 表 4-3 命令幀格式 計算機(jī)運(yùn)用 mewtocol-com 協(xié)議提供的命令對plc的寄存器、計數(shù)器、定時器、輔助寄存器、寄存器 進(jìn)行讀寫及監(jiān)控。不同的命令可以通過命令幀中的命令代碼來