機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手1 機(jī)械手1.1 機(jī)械手的定義機(jī)械手是模仿著人手的動(dòng)作， 按給定程序、 軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 抓取、搬運(yùn)或操作的機(jī)械裝置。 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”。1.2 機(jī)械手的作用 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應(yīng)用。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單， 專

2、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， 使用范圍比較廣的 “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)械手能很快地改 變工作程序，適用性較強(qiáng)， 所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生 產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。1.3 機(jī)械手的分類及特點(diǎn)工業(yè)機(jī)械手的種類很多， 關(guān)于分類的問題， 目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一 的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(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)

3、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)械手和加工中心。（2）通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、 程序可變的、 動(dòng)作靈活多樣的機(jī) 械手。在性能范圍內(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，伺服型可以 是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制， 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)， 一般的伺

4、服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。（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:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，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，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖 擊大

5、，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)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

6、方便。 此類 機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。1.4 機(jī)械手的自由度自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要參數(shù)， 每一個(gè)構(gòu)件相對(duì)于固定坐標(biāo)系 所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為自由度。 每一個(gè)構(gòu)件相對(duì)于固定坐標(biāo)系最多可 以有六個(gè)自由度即沿X,Y,Z三個(gè)方向獨(dú)立的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和繞 X,Y,Z軸的 三個(gè)獨(dú)立的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。按機(jī)械手所具有的主運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)來分析其自由度。 手臂和立 柱的運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。 因?yàn)樗芨淖儽蛔ト」ぜ目臻g位置。 手腕和 手指的運(yùn)動(dòng)稱為輔助運(yùn)動(dòng)。 因?yàn)槭滞蟮倪\(yùn)動(dòng)只能改變被抓取工件的方 位（即姿勢(shì)），而手指的夾放動(dòng)作不能改變工件的位置和方位，故它 不計(jì)為自由度數(shù)，其他運(yùn)動(dòng)均計(jì)為自由度數(shù)。手指可作開合（即夾緊和放

7、松）運(yùn)動(dòng)；手腕可作回轉(zhuǎn)、上下和左 右擺動(dòng)等運(yùn)動(dòng)；手臂可做前后伸縮、升降（或上下擺動(dòng)即仰俯）和回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；立柱橫向移動(dòng)。也有的機(jī)械手整機(jī)具有行走機(jī)構(gòu)。上述各種運(yùn)動(dòng)可根據(jù)機(jī)械手的需求來選擇， 設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)首先要 確定被抓取工件所在的空間位置， 及將工件搬運(yùn)到規(guī)定的位置時(shí)所需 的運(yùn)動(dòng)（不包括手指開閉動(dòng)作） ，在大多數(shù)情況下是少于六個(gè)自由度 的，專用機(jī)械手只有 2-4個(gè)自由度，而通用機(jī)械手是 3-6個(gè)自由度。自由度數(shù)越多，可以完成的動(dòng)作越復(fù)雜，通用性越強(qiáng)， 應(yīng)用范圍 也越廣，但是相應(yīng)地帶來了技術(shù)難度大，控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 成本高和維修困難。自由度數(shù)少，通用性差，但技術(shù)上容易達(dá)到，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，使用

8、和維修均方便。1.5 坐標(biāo)形式1.5.1 直角坐標(biāo)式其手臂的運(yùn)動(dòng)系有由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)所組成。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度高，適用于主機(jī)位置成行排列的場(chǎng)合。但是由于占地面積大而工作范圍小以及靈活性差，限制了它的使用范圍。1.5.2圓柱坐標(biāo)式其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成（沿 X 軸伸縮，沿Z軸的升降，和繞Z軸的回轉(zhuǎn)），占地面積小而活動(dòng)范圍 大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，因此應(yīng)用較廣泛。但沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的物件。1.5.3球坐標(biāo)式其手臂的運(yùn)動(dòng)系由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)所組成（即沿X軸的伸縮，繞Y軸的仰俯和繞Z軸的回轉(zhuǎn)），這種手臂仰俯去抓取

9、地面 上的物件，且常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平位置或其他 狀態(tài)。這種形式的機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等 特點(diǎn)，它適合于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。 但手臂擺角誤差會(huì) 將手部中心誤差放大。圖1.3球坐標(biāo)式1.5.4關(guān)節(jié)式其手臂的運(yùn)動(dòng)類似人的手臂可以作幾個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。它由大小兩臂和立柱等組成，大小兩臂之間的聯(lián)接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱之間的 聯(lián)接為肩關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)均由鉸鏈構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂的運(yùn)動(dòng)系由三 個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即大臂的仰俯，小臂的仰俯和大臂的回轉(zhuǎn)。它的 特點(diǎn)是工作范圍大，動(dòng)作靈活，能抓取靠近機(jī)座的物件，并能繞過機(jī) 體和工作主機(jī)之間的障礙物去抓取物體， 此為其它形式

10、的機(jī)械手不可 比擬的優(yōu)點(diǎn)。圖1.4關(guān)節(jié)坐標(biāo)式1.6驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。 常用的有液 壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。本設(shè)計(jì)的手臂部分用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行要求足 夠功率的電脈沖信號(hào)按一定的順序分配到各相繞組。 為了實(shí)現(xiàn)這種驅(qū) 動(dòng)，要求有脈沖分配和功率放大功能的專門驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)有機(jī)的整體，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電 源二者配合所反映的綜合效果。環(huán)形分配器的功能是將控制脈沖按規(guī) 定方式分配給步進(jìn)電機(jī)；功率放大器的功能是將環(huán)形分配器的輸出信 號(hào)進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。手腕的驅(qū)動(dòng)有液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、交流

11、伺服電動(dòng)機(jī)、齒輪傳 動(dòng)等。手部的驅(qū)動(dòng)有活塞桿驅(qū)動(dòng)液壓缸、氣壓缸，手指驅(qū)動(dòng)電磁鐵，真 空吸附式手部的真空泵，真空發(fā)生器等。液壓與氣壓型的驅(qū)動(dòng)裝置的 形式一般有雙向作用與單相作用活塞桿式兩種。j/ 廠(b)單作用缸常開式圖1.5驅(qū)動(dòng)裝置(c)單作用缸常閉式(a)雙向作用缸17控制方式有分散式順序控制器、用繼電器組成的步進(jìn)式順序控制器、常用的邏輯部件及電路有計(jì)數(shù)器、 譯碼器與步進(jìn)器、集成脈沖電 路、顯示裝置、步進(jìn)電機(jī)的控制一一脈沖分配器2機(jī)械手的設(shè)計(jì)2.1手臂的設(shè)計(jì)(1)滾珠絲杠在機(jī)械手臂中采用滾珠絲杠，這是因?yàn)闈L珠絲杠得摩擦力很小且 運(yùn)動(dòng)響應(yīng)速度快。由于滾珠絲杠的螺旋槽里放置了許多滾珠， 絲杠在

12、傳動(dòng)過程中所受的是滾動(dòng)摩擦力。摩擦力較小，因此傳動(dòng)效率高，同 時(shí)可消除低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的爬行現(xiàn)象； 在裝配時(shí)施加一定的預(yù)緊力，可消 除回差。如圖所示， 滾珠絲杠里的滾珠從鋼套管中出來， 進(jìn)入經(jīng)過研磨的 導(dǎo)槽，轉(zhuǎn)動(dòng) 2-3 圈以后，返回鋼套管。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可以達(dá)到 90%，所以只需要用極小的驅(qū)動(dòng)力，并采用較小的驅(qū)動(dòng)連接件，就能 傳遞運(yùn)動(dòng)。 通常使用兩個(gè)背靠背的雙螺母對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)加載， 以 消除絲桿和螺母之間的間隙、提高運(yùn)動(dòng)精度。（2） 同步帶傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)。它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒， 通過帶齒與輪齒作嚙合 傳動(dòng)。為保證帶和帶輪作無滑

13、差的同步傳動(dòng)， 其帶采用了承載后無彈 性變形的高強(qiáng)力材料，以保證帶的節(jié)距不變。它具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳 動(dòng)效率高、能吸振、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、能高速傳動(dòng)、維修保養(yǎng)方便 等優(yōu)點(diǎn)，使用范圍較廣。缺點(diǎn)是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格， 具有一定的蠕變性。（3）齒輪齒條傳動(dòng)通常齒條是固定不動(dòng)的。 當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 齒輪軸連同拖板沿齒條 方向做直線運(yùn)動(dòng)。這樣，齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就轉(zhuǎn)換成拖板的直線運(yùn)動(dòng)。 拖板是由導(dǎo)桿或?qū)к壷蔚?。該裝置的回差較大。2.1.2 臂部設(shè)計(jì)要求 工業(yè)機(jī)器人的臂部由大臂、小臂（或多臂）所組成，一般具有2-3 個(gè)自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)、仰俯或升降。臂部總質(zhì)量較大，受力 一般較復(fù)雜。在運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接

14、承受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷， 尤其高速運(yùn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生較大的慣性力（力矩） ，引起沖擊，影響定位準(zhǔn)確性。作用是支撐手部和腕部，改變手部空間位置，部分零件的重 量直接影響著臂部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式，抓取自由度，運(yùn)動(dòng)精度要滿足下列要求。1手臂應(yīng)具有足夠的承載能力和剛度 2導(dǎo)向性好3重量和轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量要小4運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高。2.2手腕的設(shè)計(jì) 2.2.1手腕的執(zhí)行方式工業(yè)機(jī)器人的腕部是連接手部與臂部的部件，起支撐手部的作用。機(jī)器人一般具有6個(gè)自由度才能使手部達(dá)到目標(biāo)位置和期望姿 態(tài)。為使手部能處于空間任何方向，要求手腕能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間3個(gè)坐標(biāo) 軸X,Y,Z的轉(zhuǎn)動(dòng)，既具有回轉(zhuǎn)、仰俯、偏轉(zhuǎn)。

15、(1)單自由度手腕有回轉(zhuǎn)、仰俯、偏轉(zhuǎn)、平移四種執(zhí)行方式*ttI(三)三自由度手腕執(zhí)行KJ伸2.3圖 2.2.1 手腕的自由度（2） 兩、三自由度手腕 兩自由度手腕和三自由度手腕主要是用單自由度手腕的這四種 執(zhí)行方式進(jìn)行排列與組合得到的。形式多種多樣。2.3 手指的執(zhí)行方式( a )內(nèi)撐式( b )外夾式( c )平移外夾式( d )勾托式( e )彈簧式( f )氣吸式( g )磁吸式2.3.2 手掌的執(zhí)行方式 幾種典型的手部結(jié)構(gòu)（ 1）回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)（ 2）筒夾內(nèi)漲式手部結(jié)構(gòu)（ 3）移動(dòng)型齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)（4）移動(dòng)型的雙連桿式手部結(jié)構(gòu)2.4 手臂設(shè)計(jì)的基本方案2.4.1 執(zhí)行方式

16、的確定滾珠絲杠副242確定傳動(dòng)形式滾珠絲杠有螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng),螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng)，絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)這四種方式。 本設(shè)計(jì)主要考慮用絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)。3單軸驅(qū)動(dòng)器單軸驅(qū)動(dòng)器的種類主要涉及絲杠的導(dǎo)程，直徑，和最大有效行程。表3.1 單軸驅(qū)動(dòng)器的基本參數(shù)TYPE導(dǎo)程（mm）絲杠直徑（mm）最大有效行程（mm）LX201/56136LX262/58217LX305/1010529LX4510/2015497每一種類中有三種形式 標(biāo)準(zhǔn)型蓋板型無支架型LX系列的四大特征1滑塊上設(shè)有定位孔，提高了組裝性能（僅限蓋 板型）2采用精密磨削的滾珠絲杠，施加預(yù)壓實(shí)現(xiàn)靜音和高精度。

17、3采用連體式滑塊結(jié)構(gòu)降低了滑臺(tái)高度， 最適合省空間設(shè)計(jì)。4底座 上設(shè)有2個(gè)定位孔，提高了重復(fù)定位性能。LX系列根據(jù)潤(rùn)滑分為標(biāo)準(zhǔn)潤(rùn)滑脂低塵潤(rùn)滑脂帶潤(rùn)滑裝置MX （標(biāo)準(zhǔn) 潤(rùn)滑脂）根據(jù)精密度分為高精密級(jí)緊密級(jí)命名方式是TYPE導(dǎo)程精密級(jí)潤(rùn)滑方式如LX2602PG 單軸驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成零件 底座（滑軌） 滑塊 馬達(dá)支架 支撐側(cè)軸 承座 擋塊 精密滾珠絲杠 （磨削）（ 均有材質(zhì) 表面處理 硬度的要求 規(guī)格表主要描述滑塊數(shù) 馬達(dá)附件 有效行程 安裝孔尺寸 有效行程對(duì)相同底座總長(zhǎng)的不同潤(rùn)滑方式的單軸驅(qū)動(dòng)器是不同 的。安裝孔尺寸有A P、B。有效行程L二A+P*（等分?jǐn)?shù)-1）+B （3.1）其中馬達(dá)附件有步進(jìn)馬達(dá)

18、T型、伺服馬達(dá)A型, E型、無支架型F 型、無附件型N型，A型的每一型都有自己不同的法蘭規(guī)格，每一型可 選用兩三種不同功率的馬達(dá)型號(hào)，T 型的每一型都有自己不同的法蘭 規(guī)格，每一型可選用2相，5相，任意角步進(jìn)的馬達(dá)型號(hào)。其中F型沒 有附件。其中前兩型有表面處理與附件安裝螺絲的標(biāo)準(zhǔn)要求。 還有傳感器發(fā)訊塊與附件安裝夾具， 它們的構(gòu)成零件與傳感器滑 軌都有適用的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于單軸驅(qū)動(dòng)器還有精度基準(zhǔn)供參考。 單軸驅(qū)動(dòng)器對(duì)不同滑塊數(shù) 的容許靜負(fù)載、 靜力矩， 相同底座總長(zhǎng)的單軸驅(qū)動(dòng)器在不同的潤(rùn)滑方 式的滑塊有不同重量， 相同底座總長(zhǎng)的單軸驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)不同潤(rùn)滑方式 的滑塊有不同的慣性矩，還有相同的LX系列的不

19、同類型對(duì)有相同底座 總長(zhǎng)的單軸驅(qū)動(dòng)器的最高轉(zhuǎn)速。 在設(shè)計(jì)選型的過程中都要求校核， 不 能超標(biāo)。4 步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)和閉環(huán)控制4.1步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)精確疋位、精確位移，且無積累誤差。這是因 為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)受輸入脈沖控制， 其位移量是斷續(xù)的，總的位移量嚴(yán) 格等于輸入的指令脈沖數(shù)或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于數(shù)量輸入指令脈 沖的頻率。4.2開環(huán)控制如果能準(zhǔn)確控制輸入指令脈沖的數(shù)量或頻率， 就能夠完成精確的 位置與速度控制，無須系統(tǒng)的反饋，形成所謂開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)，由控制器、脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)電路及步進(jìn)電機(jī)四部分組成。hUp7/vww.go-gddqxom圖4.1步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制8K RAh

20、lY'-片機(jī)輸出輸入控制器主要分單片機(jī)控制，微機(jī)控制，單片機(jī)與微機(jī)聯(lián)合控制。微機(jī)控制主要分串行控制與并行控制。開環(huán)控制的主要特點(diǎn)是速度控制，因?yàn)樗木戎饕Q于步距 角的精度和負(fù)載狀況。所以開環(huán)控制常常采用加減速定位控制方式， 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的啟 動(dòng)頻率要比連續(xù)運(yùn)行頻率小，所以開環(huán)系統(tǒng)的脈沖指令頻率，只有小于電動(dòng)機(jī)的極限頻率電動(dòng)機(jī)才能成功啟動(dòng)。如果電機(jī)的工作頻率總是 低于極限啟動(dòng)頻率，當(dāng)然不會(huì)失步。但沒有充分發(fā)揮電機(jī)的潛力，工 作速度太低。4.3閉環(huán)控制431采用閉環(huán)控制的目的 對(duì)于不同的電機(jī)或者同一種電機(jī)不同的負(fù)載， 很難找到通用的加減速 規(guī)律，控制系統(tǒng)是無法預(yù)測(cè)和監(jiān)視的。在某些運(yùn)行

21、速度范圍寬、負(fù)載 大小變化頻繁的場(chǎng)合，步進(jìn)電機(jī)很容易失步，使整個(gè)系統(tǒng)趨于失控。CW. CLK草-片機(jī)發(fā)送脈沖時(shí)驅(qū)動(dòng)擺豈彳蠶因此使提高步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)受到限制。 另外，對(duì)于高精度的控制 系統(tǒng)，采用開環(huán)控制往往滿足不了精度的要求。因此，必須在控制回 路中增加反饋環(huán)節(jié)，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。編碼器圖1離環(huán)控制原理示紅曲圖4.2步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制4.3.2閉環(huán)控制的原理與優(yōu)點(diǎn)閉環(huán)控制是直接或間接地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過反饋 和適當(dāng)?shù)奶幚?，自?dòng)給出驅(qū)動(dòng)的脈沖串。米用閉環(huán)控制，不僅可以獲得更加精確的位置控制和高得多、平穩(wěn)得多的轉(zhuǎn)速，而且可以在步進(jìn)電機(jī)的許多其他領(lǐng)域內(nèi)獲得更大的通用性。它與開環(huán)系統(tǒng)相比

22、多了一個(gè)由位置傳感器組成的反饋環(huán)節(jié) 4.3.3 閉環(huán)控制的分類主要用PLC來控制。有核步法、延遲時(shí)間法、帶位置傳感器的閉環(huán)控制系統(tǒng)等。4.3.4 PLC 控制的特點(diǎn)為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較， PL（機(jī)有以下 特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求：平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng) 故障修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）。任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種 1 偶發(fā)性故障。由于 外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振 動(dòng)等引起的故障。 2 永久性故障。 由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引 起的故障。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 PLC在惡 劣環(huán)境中不受影響

23、或能把影響的后果限制在最小范圍，使 PLC在惡 劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常， 這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間。 。硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路， 大量開關(guān)動(dòng)作由 無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成， I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號(hào) 調(diào)理電路。屏蔽一一對(duì)電源變壓器、CPU編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、 導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。 濾波對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或 n型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之 間的相互影響。 電源調(diào)整與保護(hù)對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的 +5V 電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流 電網(wǎng)的波動(dòng)

24、和過電壓、欠電壓的影響。 隔離在微處理器與 I/O 電路之間，采用光電隔離措施， 有效地隔離I/O接口與CPI之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作；各I/O 口之間亦彼此隔離。 采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修 復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工 作；同時(shí)也有助于加快查找故障原因。軟件措施：有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。 故障檢測(cè)一一軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、 鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號(hào)等。以便及時(shí)進(jìn)行處理。 信息保護(hù)與恢復(fù)一一當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序 工作。所以，PL（在檢測(cè)到故障條

25、件時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器， 軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉， 禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作， 以防存儲(chǔ) 信息被沖掉。 設(shè)置警戒時(shí)鐘 WD（T 看門狗）如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間 超過了 WD規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。 加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)旦程序有錯(cuò)， 立即報(bào)警， 并停止執(zhí)行 對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備停電后， 利用后備電池 供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便。PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控 制系統(tǒng)， 用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。 用戶在硬件確定以 后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設(shè)備，只

26、需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣，現(xiàn)代PL（不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、 順序控制等功能， 還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、 功率驅(qū)動(dòng)、通信、 人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生 產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。編程簡(jiǎn)單，容易掌握。目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀， 又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣 技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平， 所以非常容易接受和掌握。 梯形 圖語言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相 當(dāng)接近。通過閱讀PLC勺用戶手冊(cè)或短

27、期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技 術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、 語句表等編程語言。PL（在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然 后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的 用戶程序相比， 執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長(zhǎng)一些， 但對(duì)于大多數(shù)機(jī) 電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。 減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量。由于PL（采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電 器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大 為減少。同時(shí)，PLC勺用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了 現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于PLC勺低故障

28、率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能， 模塊化等等，使維修也極為方便。體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便。PL（是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān) 固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于 PLC勺強(qiáng)抗干擾能力，易 于裝入設(shè)備內(nèi)部， 是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 以三菱公司 的F1-40M型 PLC為例：其外型尺寸僅為305x 110X 110mrp重量 2.3kg，功耗小于25VA而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度 變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有FX系列PLC與其超小型品種F係 列相比：面積為 47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活， 輸入輸出可達(dá)24128點(diǎn)。5 手部握力的計(jì)算 手指

29、握緊工件時(shí)所需要的力稱為握力（夾緊力）。握力的大小 與被夾緊的工件的重量、 重心位置以及夾持工件的方位有關(guān)， 我們把握力假想為作用與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力大小相 等，方向相反，以N表示。鉗爪式手部握力的計(jì)算，必須根據(jù)手指和工件的形狀、手指夾 持工件時(shí)的不同的方位進(jìn)行分析。的王甲n爭(zhēng)屛夾力H-o.tst;W V認(rèn)陽=1HN 邑嚴(yán)Jl宦聶畫”對(duì)蟆/e.l圖5.1手指的握力式中N弋表握力，G弋表工件的重力，f代表摩擦系數(shù)，b代表手 指與手掌的關(guān)節(jié)到被抓取物件的重心的距離，？代表手指的張開角度，®代表手指與工件之間的摩擦角。圖中均已水平與垂直兩種方 式作比較。當(dāng)工件重量、手指指形、工件的形狀和加持的方位確定后，即 可借助上表查出握力計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工 件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、 振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其 實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力P實(shí)應(yīng)按照下式計(jì)算：R>=p*Ki*K2/ n (5.1)n 手部的機(jī)械效率，一般取