升降臂機(jī)械手及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目 升降臂機(jī)械手及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 答辯教師 時(shí) 間 摘要摘要 經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用越來(lái)越廣泛，所以我們要對(duì)其了解。對(duì)機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于機(jī)械手的起源發(fā)展、設(shè)計(jì)要求、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械手的夾持部分重點(diǎn)分析，控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC進(jìn)行編程，對(duì)各部分有所了解和分析。 機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操做工具的自動(dòng)化裝置。在我國(guó)由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱做操作機(jī)械手。關(guān)鍵字：機(jī)械

2、手,夾持部分,執(zhí)行,控制山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)論文 AbstractABSTRACT The rapid development of economy, manipulator used more widely, so we want to its understanding. Design of manipulator, the origin of the development for manipulator, design requirements, control system and drive system and implement system design. The c

3、lamping manipulator part focuses on the analysis, the control system design using PLC programmable, part of the understanding and analysis. Design of manipulator, the origin of the development for manipulator, design requirements, control system and drive system and implement system design. The clam

4、ping manipulator part focuses on the analysis, the control system design using PLC programmable, part of the understanding and analysis.Keywords ： Manipulator，Clamping part，Implement, Control 目錄目錄摘要2ABSTRACTIII第一章 緒論11.1機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程11.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)1第二章 機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求32.1工業(yè)機(jī)械手介紹32.1.1機(jī)械手的特點(diǎn)32.2技術(shù)參數(shù)4第三章 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

5、的分類 5第四章 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行系統(tǒng)74.1機(jī)身和臂部結(jié)構(gòu)74.1.1機(jī)身結(jié)構(gòu)74.1.2臂部結(jié)構(gòu)84.2手腕結(jié)構(gòu)84.3手部加緊氣缸的設(shè)計(jì)8第五章 控制系統(tǒng)125.1簡(jiǎn)介125.2 PLC簡(jiǎn)介12致謝18參考文獻(xiàn)19 緒論第一章 緒論 1.1機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程 近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)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(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，

6、并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。例如：在機(jī)床加工，裝配作業(yè)，勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境以及在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作等。 現(xiàn)在機(jī)器人學(xué)這一學(xué)科已從幼年轉(zhuǎn)入青年時(shí)代。許多國(guó)家先后成立了機(jī)器人學(xué)會(huì)和協(xié)會(huì)。并召開了一些以機(jī)器人學(xué)為中心的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，還出現(xiàn)了許多于此相關(guān)的雜志如Robtics等，在我國(guó)也自1985年開始創(chuàng)立各種關(guān)于機(jī)器人學(xué)的學(xué)會(huì)和協(xié)會(huì)，還出版了一些專業(yè)刊物如機(jī)器人等。這一學(xué)科也在我國(guó)形成了一定規(guī)模。 近幾年，智能機(jī)器人研究工作很重視，其具有了學(xué)習(xí)、推理和決策的能力。許多新技術(shù)又運(yùn)用到了智能機(jī)器人上如臨場(chǎng)感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多智能體技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)等。1.2工業(yè)機(jī)

7、器人的發(fā)展趨勢(shì) 研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)：隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，應(yīng)開發(fā)新型微動(dòng)機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)、自由度的手臂和手指，研制新型的行走機(jī)構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。 朝著智能化方向發(fā)展：在多品種，小批量生產(chǎn)的柔性制造自動(dòng)化技術(shù)中，特別是機(jī)器人自動(dòng)裝配技術(shù)中，要求工業(yè)機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境和對(duì)象物體有適應(yīng)能力，即具有一定的“智能”，機(jī)器人的智能化是指機(jī)器人具有感覺、知覺等，即有很強(qiáng)的檢測(cè)功能和判斷功能。為此必須開發(fā)類似人類感覺器官的傳感器，發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過(guò)各種傳感器得到關(guān)于工作對(duì)象和外部環(huán)境的信息，以及信息庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃的資料，以完成模式識(shí)別，用

8、“專家系統(tǒng)”智能系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解，動(dòng)作規(guī)劃。 研究機(jī)器人協(xié)作控制：先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)協(xié)作機(jī)器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上，機(jī)器人是作為一個(gè)群體工作的，不論每個(gè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上起什么作用，它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此，要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，來(lái)研究工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人的集成，還有機(jī)器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)發(fā)展的機(jī)器人控制系統(tǒng)，有大量的理論與實(shí)踐的工作要

9、做。18 機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求第二章 機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求2.1工業(yè)機(jī)械手介紹 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成，其組成及相互關(guān)系如下圖：控制部分驅(qū)動(dòng)部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程檢測(cè)裝置被傳動(dòng)物件手部2-1 系統(tǒng)組成圖2.1.1機(jī)械手的特點(diǎn)（1） 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng) 能代替人從事危險(xiǎn)，有害的工作。在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，滅等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。（2） 機(jī)械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人

10、的功能。（3） 由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。（4） 機(jī)械手特點(diǎn)是通過(guò)用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。圖2.2圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人 直角坐標(biāo)式機(jī)器人 按機(jī)器人研究進(jìn)程分類：第一代機(jī)器人具有示教再現(xiàn)功能，或具有可編程的NC裝置，但對(duì)于外部信息不具反饋能力。第二代機(jī)器人不僅具有內(nèi)部傳感器，而且具有外部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。第三代機(jī)器人具有多種智能傳感器，能感知和領(lǐng)悟外部環(huán)境信息，包括具有理解諸如人下達(dá)的語(yǔ)言指令這樣的能力，能進(jìn)行學(xué)習(xí)，具有決策上的自治能力。2.2技術(shù)參數(shù)抓重夾

11、持:10Kg，氣流負(fù)壓吸附；5Kg；自由度:4個(gè)；坐標(biāo)型式:圓柱；最大工作半徑：1500mm；手臂最大中心高度：1380mm；手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 伸縮行程：600mm伸縮速度：500mm/s 升降行程：200mm升降速度：300mm/s 回轉(zhuǎn)范圍：002400回轉(zhuǎn)速度900/s定位精度：±0.5mm；手腕運(yùn)動(dòng)系數(shù)：回轉(zhuǎn)速度1800/s 回轉(zhuǎn)范圍001800控制方式：點(diǎn)位程序控制PLC；驅(qū)動(dòng)方式：分析后選擇氣動(dòng)手指夾持范圍： 棒料80150mm 片料S0.5m2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第三章 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類 一般情況下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇大致按照如下原則進(jìn)行選擇：(1)物料搬運(yùn)用有限點(diǎn)位控制的

12、程序控制機(jī)器人，重負(fù)載用液壓驅(qū)動(dòng)，中等載荷可選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輕載荷可選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。(2)用于點(diǎn)焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機(jī)械手，要求具有任意點(diǎn)位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，需采用液壓驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方能滿足要求。按照動(dòng)力源分為液壓、氣壓和電動(dòng)三大類，根據(jù)需要，也可以將這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng):液壓技術(shù)比較成熟，具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。氣壓驅(qū)動(dòng):具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便價(jià)格低等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制

13、的機(jī)械手中，在上下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。電動(dòng)驅(qū)動(dòng):隨著低慣量、直流伺服電機(jī)及配套的伺服驅(qū)動(dòng)器的廣泛采用，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被大量選用。目前廣泛采用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較如下表：特性輸出功率和使用范圍控制性能和安全性結(jié)構(gòu)性能安裝和維護(hù)要求效率和制造成本氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓較低，輸出功率小，當(dāng)輸出功率增大時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸將過(guò)大只適用于小型，快速驅(qū)動(dòng)壓縮性大，對(duì)速度、位置精確控制困難。阻尼效果差。低速不易控制，排氣有噪音結(jié)構(gòu)體積較大，結(jié)構(gòu)易于標(biāo)準(zhǔn)化。易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，密封問(wèn)題不突出安裝要求不高，能在惡劣環(huán)境種工作，維護(hù)方便效率低，（為0.150.2）氣源方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低液壓驅(qū)動(dòng)油壓高，可獲得較大的輸出功率，適用于重

14、型，低速驅(qū)動(dòng)器液體不可壓縮，壓力、流量易控制，反應(yīng)靈敏，可無(wú)級(jí)調(diào)速、能實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，傳動(dòng)平穩(wěn)，泄漏對(duì)環(huán)境污染結(jié)構(gòu)較氣動(dòng)要小，易于標(biāo)準(zhǔn)化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，密封問(wèn)題顯得重要安裝要求高（防泄漏），要配置液壓元設(shè)備，安裝面積大，維護(hù)要求較高效率中等為0.30.6，管路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高交直流普通電動(dòng)機(jī)適用于抓其重量較大而速度低的中、重型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng) 輸出力較大控制性能差，慣性大，不易精確定位對(duì)環(huán)境無(wú)影響電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，需減速裝置，傳動(dòng)體積較大安裝維修方便成本低效率為0.5左右步進(jìn)、伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力較小、伺服電機(jī)可大一些適用于運(yùn)動(dòng)控制要求嚴(yán)格的中、小型機(jī)器人控制性能好，控制

15、靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，對(duì)環(huán)境無(wú)影響體積小，需減速裝置維修使用較復(fù)雜成本較高效率為0.5左右 綜合考慮以上驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)以及工作要求，選擇氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)方式。 執(zhí)行系統(tǒng)第四章 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)器人的重要組成部分，是運(yùn)動(dòng)的最終執(zhí)行部件。機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本組成：手部、手腕臂部和機(jī)身四部分。手部：機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置了操作機(jī)構(gòu)，有時(shí)也稱為手爪或末端操作器。手腕：手腕是連接手部和手臂的部分，其作用是改變手部的空間方向以及將作業(yè)載荷傳遞到手臂。臂部：臂部是連接機(jī)身和手腕的部分，其作用是改變手部的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機(jī)

16、座。機(jī)身：機(jī)身是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。4.1機(jī)身和臂部結(jié)構(gòu)4.1.1機(jī)身結(jié)構(gòu)機(jī)身是直接連接、支撐和傳動(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。它是由臂部運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支承件等組成。由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、使用條件、負(fù)載能力各不相同，所采用的驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置也不同，致使機(jī)身結(jié)構(gòu)有很大差異。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)、俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)、直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)、類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)。升降回轉(zhuǎn)型機(jī)器人的機(jī)身主要由實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成。機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可采用回轉(zhuǎn)軸液壓缸驅(qū)動(dòng)、直線液壓缸驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)鏈、渦輪蝸桿機(jī)械傳動(dòng)等。機(jī)身的升降運(yùn)動(dòng)可采用直線缸驅(qū)動(dòng)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)、直線缸驅(qū)動(dòng)的連

17、桿式升降臺(tái)。俯仰型機(jī)器人的機(jī)身主要由實(shí)現(xiàn)手臂左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰運(yùn)動(dòng)的組成部件，它用手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)部件代替手臂的升降運(yùn)動(dòng)部件。俯仰運(yùn)動(dòng)大多采用擺式直線缸驅(qū)動(dòng)。直移型機(jī)器人多為懸掛式的，其機(jī)身實(shí)際上就是懸掛手臂的橫梁。為使手臂能沿橫梁平移，除了要有驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外，導(dǎo)軌是一個(gè)重要的構(gòu)件。類人機(jī)器人的機(jī)身上除裝有驅(qū)動(dòng)臂部的運(yùn)動(dòng)裝置外，還應(yīng)裝有驅(qū)動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng)的裝置和腰部關(guān)節(jié)。靠腿部和腰部的屈伸運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降，靠腰部關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)左右和前后的俯仰和人身軸線方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。4.1.2臂部結(jié)構(gòu)手臂部件是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。主要包括：臂桿以及伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)有關(guān)

18、的構(gòu)件，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承連接和位置檢測(cè)元件，與腕部或手臂的運(yùn)動(dòng)和連接支承等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線等。根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同，可分為伸縮型臂部結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)、屈伸型臂部結(jié)構(gòu)、其他專用的機(jī)械傳動(dòng)臂結(jié)構(gòu)。機(jī)身和臂部的配置形式機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)要求、工作對(duì)象、作業(yè)環(huán)境和場(chǎng)地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。如:橫梁式配置、立柱式配置、機(jī)座式和屈伸式等。4.2手腕結(jié)構(gòu) 手腕是連接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它主要作用是確定手部的作業(yè)方向，因此它具有獨(dú)立的自由度，以滿足機(jī)器人手部完成復(fù)雜的姿態(tài)。

19、確定手部的作業(yè)方向，一般需要3各自由度，這3個(gè)回轉(zhuǎn)方向分別為：臂轉(zhuǎn)、手轉(zhuǎn)和腕轉(zhuǎn)。 （注：腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足傳動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、避免干涉等要求。機(jī)器人多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分安排在小臂上。）4.3手部加緊氣缸的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)設(shè)氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，常用的機(jī)械手手部按握持工件原理分為夾持和吸附兩類，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本方案，本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指，夾持式機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式可分為會(huì)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(dòng)，這種適合于夾持平板方料，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積龐大，不適合本次設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合考慮本設(shè)計(jì)采用二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿結(jié)構(gòu)方式，加緊裝置選擇

20、開式加緊，他在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉合，在氣壓的作用下彈簧被壓縮從而機(jī)械手手指張開。手指夾在工件上的夾緊力式設(shè)計(jì)手部的重要依據(jù)，必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，要克服工件重力所產(chǎn)生的靜負(fù)荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性里產(chǎn)生的載荷，以便保證可靠地加緊狀態(tài)。氣缸右腔停止進(jìn)氣時(shí)，彈簧力夾緊工件，氣缸右腔進(jìn)氣時(shí)松開工件。圖4.1氣缸示意圖1.右腔推力為：FP=（4）D²P （3-1） =（4）0.5²2510³=4908.7N2.根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：F1=（2ba）（cos）²N （3-2） 其中 N=498N=392N

21、，帶入公式3-2得：F1=（2ba）（cos）²N =(2150/50)（cos30º）²392 =1764N則實(shí)際加緊力為 F1實(shí)際=PK1K2/ =17641.51.1/0.85=3424N經(jīng)圓整F1=3500N3.氣缸直徑本氣缸屬于單向作用的氣缸，根據(jù)力平衡原理單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)的總阻力。即 ： ：活塞桿上的推力；：彈簧的反作用力；：氣缸工作時(shí)的總阻力；：氣缸工作壓力式中：彈簧的剛度; l：彈簧預(yù)壓縮量；s：活塞行程：彈簧鋼絲直徑；：彈簧平均直徑；n：彈簧有效圈數(shù)；G：彈簧切削模量，取在設(shè)計(jì)中必須考慮負(fù)載率的影

22、響即 ： 有以上分析可知單向作用氣缸直徑為：代入相關(guān)數(shù)據(jù)可知查有關(guān)手冊(cè)可知 D=65mm4缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算：=DPp/2式中：缸筒壁厚，mm；D氣缸內(nèi)徑，mm；Pp實(shí)驗(yàn)壓力，取Pp=1.5PtPa材料為：ZL3，=3MPa代入已知數(shù)據(jù)，則壁厚為：DPp/2=65×6×105/(2×3×106)×103=8mm取=8mm，則缸筒外徑為：D=65+8×2=81mm。 控制系統(tǒng)第五章 控制系統(tǒng)5.1簡(jiǎn)介 工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)是在傳動(dòng)

23、機(jī)械系統(tǒng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由于機(jī)器人本身的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，所以控制系統(tǒng)產(chǎn)生了不同的改進(jìn)?？刂葡到y(tǒng)的基本類型 ：程序控制系統(tǒng)是目前工業(yè)用的絕大多數(shù)第一代機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)包括程序裝置、信息處理器和放大執(zhí)行裝置。適應(yīng)性控制系統(tǒng)多用于第二代工業(yè)機(jī)器人，他是具有力覺、觸覺或視覺等功能是具有知覺的工業(yè)機(jī)器人。結(jié)構(gòu)包括傳感器、信息處理器和放大執(zhí)行裝置。智能控制系統(tǒng)用于第三代機(jī)器人，它是最高級(jí)、最完善的控制系統(tǒng)，在外界環(huán)境變化的條件下，為了保證控制系統(tǒng)所要求的品質(zhì)，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能自動(dòng)改變，具有檢測(cè)所需新信息的能力，在某種程度上模擬了人的智力活動(dòng)。結(jié)構(gòu)包括智能控制裝置、信息處理器和放大執(zhí)行裝置。我們?cè)O(shè)

24、計(jì)的機(jī)器人運(yùn)用簡(jiǎn)單的程序控制系統(tǒng)，運(yùn)用PLC來(lái)控制。5.2 PLC簡(jiǎn)介特點(diǎn)：它是可編控制器的簡(jiǎn)稱，它是一種運(yùn)用數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器 ，運(yùn)來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其相關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體你，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。 它是有許多“軟繼電器”組成，采用無(wú)機(jī)械觸電的邏輯運(yùn)算微電子技術(shù)，復(fù)雜的控制由PLC內(nèi)部運(yùn)算器完成，壽命長(zhǎng)、可靠性高；“軟繼電器”可編程的觸點(diǎn)數(shù)有無(wú)限對(duì)；其控制功能是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只有改

25、變程序，功能即可改變，控制靈活；在PLC中，各“軟繼電器”都處于周期性循環(huán)掃描接通中，每個(gè)“軟繼電器”受制約接通的時(shí)間是短暫的。 它包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成PLC的各個(gè)結(jié)構(gòu)部件，是有形實(shí)體，由主機(jī)、I/O擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成；軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。PLC的工作原理：循環(huán)掃描工作方式即PLC對(duì)用戶程序逐條順序執(zhí)行，直至程序結(jié)束，然后再?gòu)念^開始掃描，周而復(fù)始，直至停止執(zhí)行用戶程序。其有兩種基本的工作模式即運(yùn)行模式和停止模式；輸入/輸出滯后時(shí)間運(yùn)用PLC控制的優(yōu)優(yōu)勢(shì)：壽命長(zhǎng)、可靠性高、編程的觸點(diǎn)數(shù)有無(wú)限對(duì)、控制靈活、受制約接通的時(shí)

26、間短暫。通過(guò)編程器可以輸入程序，并可以對(duì)用戶程序進(jìn)行檢查、修改調(diào)試和監(jiān)視，還可以調(diào)用和顯示PLC的一些狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。5.3圖5.1機(jī)械手工作示意圖機(jī)械手的工作過(guò)程示意圖：原位下降抓緊上升右移 左移上升放松 下降控制要求1. 在傳輸帶A端部，安裝了光電開關(guān)PS，用以檢測(cè)物品的到來(lái)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品時(shí)為ON狀態(tài)。2. 機(jī)械手在原位時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品后，傳送帶A停。3. 傳輸帶A停止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B上。4. 機(jī)械手返回原位后，自動(dòng)在啟動(dòng)傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。5. 按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個(gè)循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返還原位，停止工作。6. 機(jī)械手的上升/下降和左移/右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個(gè)線圈完成一個(gè)動(dòng)作。7. 抓緊/放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置