機械臂結(jié)構(gòu)及PLC控制設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIII目 錄第1章 緒論 1研究背景及意義 11.1.1研究背景 11.1.2研究意義 1國內(nèi)外研究狀況 2國外研究狀況 3國內(nèi)研究狀況 5本文設(shè)計要求 6第2章 PLC的介紹與選擇 7PLC的起源和發(fā)展 7PLC的特點 7常用PLC介紹 82.2.2確定型號FX1N－60MT 92.2.3FX1N所具有優(yōu)越性能 9三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能 9PLC輸入輸出接口的安全保護 102.5本章小結(jié) 11第3章 機械臂總體設(shè)計 12機械臂任務(wù)要求 12機械臂的用途和結(jié)構(gòu)組成 12機械臂的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 133.4本章小結(jié) 14第4章 機械臂系統(tǒng)的設(shè)計 15手爪的設(shè)計要求 15手指的形狀設(shè)計和尺寸計算 15手爪氣缸的計算 184.4機械臂建模 194.5本章小結(jié) 20第5章 機械手元器件的選型與計算 21手臂升降、伸縮步進電機選型 21步進電機驅(qū)動器 23PAGEPAGE44機身、手腕旋轉(zhuǎn)直流電機的選擇 245.4傳感器 265.6本章小結(jié) 26第6章 機械臂控制系統(tǒng)設(shè)計 276.1控制系統(tǒng)設(shè)計 27氣缸氣壓回路設(shè)計 27PLC的I/O點數(shù)分配表 28機械手PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖 296.2PLC系統(tǒng)的軟件設(shè)計 306.2.1公用程序設(shè)計 316.2.2自動操作程序設(shè)計 326.2.3手動程序設(shè)計 366.2.4回原程序設(shè)計 376.3本章小結(jié) 38結(jié) 論 39參考文獻 40

第1章 緒論研究背景機械手可以模仿人類的手和手臂做出某些動作，需要實現(xiàn)的動作可以變成指令通過特定的軟件寫進控制器中，在外形結(jié)構(gòu)上同時具有人手的外形和機械所具有的所有長處。隨著工業(yè)對生產(chǎn)效率的高要求，對自動化的需求越來越高，人手顯然限制了生產(chǎn)效率的提升，機械手代替人手可以不知疲倦的一直重復(fù)一個工作，同時還可以做到精準無誤，這樣工人們的工作強度也可以得到很大的減輕，極大提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)速度，而且機械手再復(fù)雜環(huán)境中也可以更準確的完成工作。研究意義同時還可以和機械手臂完美配合來實現(xiàn)一下抓取、運輸物體等一下高難度動作。他所有的高難度動作可以提前通過輸入的指令來完成，具有方便高效的特點，而且機械手在性能和結(jié)構(gòu)上是原本略顯笨重的機械擁有人手的靈敏度和具有的智能。所以機械手已經(jīng)成為現(xiàn)今工業(yè)領(lǐng)23[2]可以有多種類型的機器人進行選擇。為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和其他高科技領(lǐng)域的進步都有非凡的意義。現(xiàn)在世界上比較高端的自動機械手都在向著操作精度高、執(zhí)行速度快、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜但又不會增加其外部重量的多軸3M/S2KG種機械手在總體重量上突破了100kg。最重要打破傳統(tǒng)機械制造系統(tǒng)過度依賴人工的局面，通過采用統(tǒng)一的信息控制，物料儲運，加上一套數(shù)字控制系統(tǒng)，對加工對象進行自動適應(yīng)的變過程越來越變得小型，輕量，在這種趨勢下，機械手的軟件應(yīng)用領(lǐng)域必將超過原本的表面上的機械應(yīng)用。將通過計算機在電子信息，生物研究科學(xué)和航天航空技術(shù)等高精尖領(lǐng)域中占有一席。在人類歷史進程中科學(xué)技術(shù)的不斷完善與創(chuàng)新，現(xiàn)在各種工業(yè)機器手在科學(xué)長期的變革它通過簡單機械手機構(gòu)和一個控制器就可以完成特定動作，可以將預(yù)先設(shè)計好的動作通過編1.1所示。圖1.1第一代示教機器人圖1.1第一代示教機器人圖1.2 圖1.2 第二感覺器人21的邏輯思維，可以更實時的完成人機交互擁有自己的一套處理問題的程序根據(jù)不同的環(huán)境通過自己的算法來解決問題。更加接近人的行為。由于各方面水平有限，現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域還十分1.3所示。圖1.3 第三智能人國外研究狀況19世紀60在工業(yè)機器人領(lǐng)域同樣具有影響的日本也洞悉到了機器人對未來的制造業(yè)的重要地位，在五196020世紀初期短短幾十年一躍成為世界機器人行業(yè)的霸主，但是回過頭來看看他的歷史,19會帶來什么樣的巨大收益，相比于那些眼中只有眼前效益沒有長遠發(fā)展眼光的企業(yè)來說。在于美國政府來說，美國人民的失業(yè)率居高不下，政府擔心機器人在工業(yè)上的應(yīng)用會加劇事業(yè)率的增加。所以沒有增加更多的投入在機器人研發(fā)上。多的感官功能，美國的機器人發(fā)展史雖然曲折而坎坷，但是美國憑借其強大的基礎(chǔ)設(shè)施來彌KUKA所示。圖1.4 德國KUKA重載機器人1.5所示。圖1.5 日本川機人國內(nèi)研究狀況中國發(fā)明機器人的歷史可謂悠久，中國記載最早的機器人是在西周時期由一個叫偃師發(fā)明的伶人，之后在春秋時期魯班發(fā)明的一直木鳥，但是到了清末由于體制的影響，我國的工業(yè)水平落后西方國家太多，中間的發(fā)展停滯不前，直到上世紀八十年代，我國在第七個五年計劃時，掌握“科技是第一生產(chǎn)力”的核心觀點，開研發(fā)第一代工業(yè)機器人，在之后的第八個五年計劃后，終于在噴漆、電焊、裝運等基本行業(yè)擁有自己的機器人，對機器人的運動軌跡技術(shù)，制造加工技術(shù)和機器人的行為控制方面的設(shè)計都有一定程度上的自主創(chuàng)新技術(shù)。其中自動噴漆機器人服務(wù)大部分的噴漆生產(chǎn)線，電焊，搬運等機器也都在自己各自的崗位上扮演的重要角色。但我國機器人領(lǐng)域雖說局部樂觀，但是在整體上，其綜合水平并不能和國外的相提并論，兩者之間還具有很大的差。像國內(nèi)機器人給企業(yè)的印象是可靠性低，頻繁出現(xiàn)故障。還有我國發(fā)展較晚，有點跟不是時代的發(fā)展，還不夠一些高端領(lǐng)域方面的應(yīng)用要求。另外操作系統(tǒng)方面也不是很完善，存在諸多問題。這些原因在我國主要是因為，我國機器人產(chǎn)業(yè)起步晚，在行業(yè)中通常都是根據(jù)客戶的需求進行生產(chǎn)，這樣就造成無法量產(chǎn)，面對新的客戶還要重新設(shè)計，無法形成規(guī)模，無法在產(chǎn)業(yè)內(nèi)形成一套完整的從那個生產(chǎn)零件到組裝，再到最后的售后維修，都具有一定的不便性。但是，國內(nèi)還是具有很多代表性的公司的。其名字來源是中國的機器人之父蔣新松?？梢娖涫谴韲鴥?nèi)一線的機器人制造水平。圖1.6 新松種機人本文設(shè)計要求本文的設(shè)計內(nèi)容主要包括以下幾方面：、多自由度機械臂的總體方案設(shè)計（1多自由度機械臂的運動方案擬定（2多自由度機械臂的技術(shù)參數(shù)確定（3由度機械臂的總體設(shè)計。、多自由度機械臂的系統(tǒng)設(shè)計（1機械臂的系統(tǒng)設(shè)計（2作。3)、多自由度機械臂的控制系統(tǒng)設(shè)計（1）PLC的選型及相關(guān)接口設(shè)計;（2）控制過程中關(guān)鍵節(jié)點的檢測與控制;（3）電氣部件及相關(guān)器件選型與應(yīng)用;（4）編寫PLC控制系統(tǒng)程序。第2章 PLC的介紹與選擇采用可編程控制器（PLC）作為機械手的操作系統(tǒng)相較于其他繼電器和單片機控制系統(tǒng)而言，具有容易操作，系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點，所以選擇PLC來做控制設(shè)計。PLC60要求越來越高，繼續(xù)采用傳統(tǒng)的繼電器方式控制生產(chǎn)線再調(diào)整過程逐漸暴露出無法忍受的弊GM1969PLCPDP-142.1PLCPLC1977PLC也開始大規(guī)模使用。圖2.1 PDP-14實物圖PLC發(fā)生了由量變成質(zhì)變，以超小的體積來完成更快的運算，憑據(jù)極致的性價比，迅速占領(lǐng)工業(yè)領(lǐng)域的市場。PLC的特點PLC用通俗易懂的梯形圖形式。通過簡單的語句間的不同組合可以完成很多動作，由于指令語句數(shù)量少和梯形圖簡單易懂，這樣對于專業(yè)知識要求甚少，所以具有很高普適性。組態(tài)靈活，根據(jù)控制不同而采用不同模塊的不同功能的任意組合。I/OPLC同的信號都有與之專業(yè)配套的模塊可以直接連接使用。全隔離措施，將它直接與執(zhí)行元件相連，即可完成自己的工作。運算能力強，PLCPLC介紹可編程控制器經(jīng)過這么多年的更新迭代，早已形成了百花齊放，百家爭鳴的局面，但都有各自所擅長的領(lǐng)域，下面介紹目前最常用的集中PLC系列。1996S7PLCS7系2.1所示。表2.1 部分S7系列主要性能型號CPU型號程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存計數(shù)器/定時器S7-200CPU2214k/1k256/256CPU2224k/1k256/256CPU2248k/2.5k256/256S7-300CPU31320+1264/128CPU31440+2464/128CPU31580+4864/128PLCPLC，在空間成F12.2所示。表2.2 三菱品最性能。型號基本模塊拓展模塊I/O點數(shù)F1系列F1-20MF1-20E12/8F1-40MF1-40E24/16F1-60MF1-60E36/24FX1N－60MTFX1N-60MTPLC，I/O1.2.MbpsFX1N所具有優(yōu)越性能三菱FX1N系列主要的性能參數(shù)如表2.3所示。表2.3 FX1N列主數(shù)項目名稱規(guī)格備注運行控制通過設(shè)定好的指令，反復(fù)掃描，可以中斷。編程語言可以用梯形圖形式或者語句指令梯形圖可以轉(zhuǎn)換SFC程序I/O配置最大可以選擇輸入輸出點128輔助繼電器一般384點，特別的具有256點一般是M0-M383特別的是M8000-M8255狀態(tài)繼電器一般1000點，初始10點一般S0-S999初始S0-S9定時器100毫秒，范圍0至3276.7秒200dianT0-T199三菱FXPLC有一定的相似之處，他們都有核心作用的微處理器也具有的和外部進行交換信息的輸入輸出FXPLC2.2示。PLC進行特定的處理和計算，轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?，?jīng)過輸出端子，驅(qū)動執(zhí)行元件進行相應(yīng)的動作。PLC圖2.2 PLC基組成圖PLCPLC1A2.30.1-0.47μF2.4圖2.3 直流路保圖圖2.4 交流電機圖本章對可編程控制器的發(fā)展和特點做出了簡單介紹。簡要描述了當前世界上比較受歡迎的兩種可編程控制器的種類和功能。對于本機械臂選定的三菱公司FX系列產(chǎn)品，進行簡單介紹。對其功能和優(yōu)點進行了分析。第3章 機械臂總體設(shè)計8kg360°準放置。這樣可以讓工人們得到更好的工作條件和工作環(huán)境。是工人們的的勞動成本很大程度的降低，從而工作效率也有很大提升。國內(nèi)機械臂行業(yè)向著通用型發(fā)展，制造出規(guī)格化的，產(chǎn)業(yè)化的通用性機械臂，目前工業(yè)機械臂再國內(nèi)各領(lǐng)域的自動化生產(chǎn)線上基本已經(jīng)代替人工，為企業(yè)帶來了巨大收益，將機械手的各種機械構(gòu)件，變得標準化，這樣在面對專業(yè)領(lǐng)域，需要特殊的專業(yè)機械手時，可以省去大量的人力、物力和財力，同時構(gòu)件標準化，還可以做到短時間內(nèi)大量生產(chǎn)，這樣機械手的實際意義才能得到很好體現(xiàn)。電磁吸盤磁力吸盤永磁吸盤電磁吸盤磁力吸盤永磁吸盤機械手爪手爪電磁加緊真空式吸盤盤盤圖3.1 手爪持方類圖本設(shè)計采用的機械手爪的氣動夾緊方式。目前驅(qū)動方式的主要分為四類，分別是液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動，本設(shè)計采用電機驅(qū)動機械手的升降、伸縮和回轉(zhuǎn)運動，在手部的驅(qū)動采用氣壓缸的形式驅(qū)動。其主要工作流程如下：按下起動按鈕系統(tǒng)開始運行。機械手水平方向的步進電機開始動作機械手臂開始前伸。90夾手張開。經(jīng)過延時后。機械臂水平和豎直電機開始復(fù)位。準備進行下一次的循環(huán)動作。本論文設(shè)計的機械手主要擁有四個自由度，采用電力驅(qū)動用特殊結(jié)構(gòu)的直線電機或者是步進電機對機械手的對機身的升降、手臂伸縮、手腕、機身的旋轉(zhuǎn)進行驅(qū)動，手指的夾取采用氣壓缸作為驅(qū)動裝置。這種驅(qū)動方式的機械手機械結(jié)構(gòu)簡單不需要中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，相比于液壓傳動排除液壓油易泄漏，對工作場地有限制和降低液壓元件工藝水平高而帶來的成本問題。具有運行速度快，維護和使用方便等優(yōu)點。機械臂整體示意如圖3.2所示。圖3.2 機械結(jié)構(gòu)圖簡要描述機械臂的工作任務(wù)要求。對機械臂的用途和組成進行簡單分類。確定本機械臂在手爪夾緊部分采用的氣壓驅(qū)動的夾緊方式。對手臂的工作運動方案進行概括。確定手臂在升降，伸縮過程中采用電機驅(qū)動。敘述這種電氣混合的驅(qū)動方式的優(yōu)點。第4章 機械臂系統(tǒng)的設(shè)計機械手的手爪相當于我們?nèi)祟惖氖?，擔任著我們機械手百分之八十以上的工作，對于不同的工作需求，我們需要更換不同的手爪，所以說，手爪是機械手的重要執(zhí)行機構(gòu)，手爪主要由自己獨立的驅(qū)動裝置和可以傳動的手指組成，根據(jù)不用物體，手爪需要不同的加工方式才能適應(yīng)不同的物體。手爪形狀設(shè)計4.1計對于本設(shè)計中的圓形棒料具有很好的夾持效果，手爪的制造材料選擇也認真考慮，既要具有一定的硬度和強度，不易彎曲和折斷，但是重量上也不能太重，所以本設(shè)計采用強度高，但質(zhì)量輕的硬鋁合金。圖4.1 二指輪夾爪手爪尺寸設(shè)計手爪結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.2所示。圖4.2 手抓構(gòu)簡圖圖中：??-是單個手指從轉(zhuǎn)動支點A點到凹糟中心點B的距離。2??—凹型槽的夾角；??—偏轉(zhuǎn)角；2??—是倆個手指轉(zhuǎn)動支點的中心距離，物塊軸心和手指支點間的距離可以用X表示。根據(jù)幾何關(guān)系，可得2??=√??2+(??)2????????

?

????????

???????????2（4-1）整理得

??2??2??????2?????2

?(?????????????????????)2??????2??(??2??????2?????2)

=1（4-2）我們分析這個方程可以得到。當??=??????????????????時，有最小的??值，即??√??2??????2?????2 （4-3）????????是以??0=??為分界，界限兩邊的變化是呈對稱分布。當??2﹤??0﹤??1時，取夾持誤差????、????1和????2三者之中相對大的誤差，即????=√??2+(??1

??1???????????2?√??2??????2?????2（4-4）2)21????????1

?2??????????????=√??2+(??2

??2???????????2?√??2??????2?????2（4-5）2)22????????2

?2??????????取 ????=??????(????1,????2)?????? （4-6）2s小。??—手指長度；??—偏轉(zhuǎn)角，要求手指的夾持誤差????≤1mm。這里假設(shè)機械手抓取物體的直徑最大為40mm，故取??0=40mm。取凹型槽的夾角2??=60°，根據(jù)下式求得最佳偏角為：??=???????1??0=???????1 40 =???????180（4-7）??????????

????????30° ??即有 ????????=80在雙曲線上，由于??1和??2關(guān)于??0對稱，所以????12??????，即

（4-8）????=√??2+(

2)?

40???????????2√??2(1???????2??)???2????????

????????

??????即????√??2?2344.68√??2?2488.64??????（4-9）我們將手指的在夾持時具有的誤差控制在1mm以內(nèi)，分析式（4-9）我們計算出約束范圍：??2?2344.68≥0{??≥0

（4-10）√??2?2344.68?√??2?2488.64≤1計算得：??≥64.08????使整個手爪機構(gòu)變大，我們?nèi)??=70????。此時，根據(jù)式（4-7）和（4-9）有????=√702?2344.68√702?2488.64????????=???????180≈70°70這樣誤差????=0.02??=0.015×40=0.6≤1????。分析計算結(jié)果并驗證，我們得到的誤差符合要求的誤差，所以手指的長度尺寸選擇上是可以的。在制作材料上選擇硬鋁合金。本設(shè)計在手爪的夾松動作中通過采用能夠雙向運動的單桿活塞氣缸來實現(xiàn)。這種氣缸通過活塞兩側(cè)不同的受力面積來實現(xiàn)活塞的往復(fù)運動，也是現(xiàn)在大多數(shù)夾持類手爪應(yīng)用的驅(qū)動元件。其示意簡圖如圖4.4所示。圖4.4 雙作單桿缸手爪對物塊所施加的夾緊力根據(jù)公式：=（4-11）式： 1—安全系數(shù)（11.1～1.5）??2?工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力等的影響（??2=1.1～2.5）??3為方位系數(shù)，根據(jù)手指的不同位置選擇??——手爪的機械效率（??=0.85～0.89）該處??1=1.3,??2=2.0,??3=0.5,??=0.85,則有：根據(jù)驅(qū)動力公式得：??

=1.3×2.0×0.5×80=104?? （4-12）=2×100×cos302×104=312??計算 50

312根據(jù)平衡條件得：

??實際=0.85=367??P需???????=0 （4-13）式中：P需—氣缸所需的輸出力，N；S—氣缸的有效工作面積，該處??=????2cm2；4P—氣缸工作壓力，MPa；??—為氣缸的總阻力損失效率，取0.7-0.8。該處取工作壓力 ??=0.2??????，??=0.7；4??需所以有 ??=

??????

=53.27????（液壓氣動分卷63mm。因為氣缸是應(yīng)用在手爪的夾持方面，所以不需要太長的導(dǎo)程。查閱國內(nèi)多家的氣缸生產(chǎn)手冊。最終選擇SDA63*10型號的氣缸組件。由于所選氣缸組件為標準件，所以其它尺寸不需要計算。氣缸的鋼筒部分與端蓋之間是需要密封的。我們采用的O型的橡膠圈來進行密封。機械臂主要由手爪、底座、手臂和機身部分組成。主要零部件建模如表4.1所示。表4.1 主要件表主要零件名稱模型圖主要零件名稱模型圖手爪垂直支架伸縮支架渦輪配合軸水平絲杠底座固定連接件SDA系列氣缸完成機械臂各個部件的建模，并對機械臂進行總體裝配，進行干涉檢驗。機械臂總體模型如圖4.5所示。圖4.5 機械模型圖本章根據(jù)被抓工件的要求設(shè)計手爪的形狀為二指凹槽型手爪。畫出手爪的結(jié)構(gòu)簡圖。對手爪的尺寸進行計算。確定手爪的制作材料為強度高但質(zhì)量輕的硬鋁合金。并對手爪的夾緊SDA3D建模并完成裝配。第5章 機械手元器件的選型與計算PLC的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成機械執(zhí)行元件的執(zhí)行動作的執(zhí)行器。它可以完成直接的數(shù)字控制，省去中間一系列復(fù)雜的轉(zhuǎn)換。在開環(huán)的工作模式中，對比伺服電機需要的檢測裝置和反饋，都可以省去，這樣大大簡化了整體機械結(jié)構(gòu)。目前，步進電機的發(fā)展已經(jīng)趨于完善，在型號和性能真對比每一款步進電機，選擇出合適的型號。功能功率小，效率高點的優(yōu)點，但成本較高。本設(shè)計選用混合式步進電機。（一）步距角的選擇步進電機的步距角選擇可以根據(jù)自己的定位精度來選擇，當步進電機接收到一個脈沖信號時。電機就向一個方向轉(zhuǎn)一個步距角。根據(jù)設(shè)計要求即選擇????=1.8°，故選擇二相步進電機。（二）靜力矩選擇靜力矩選擇的依據(jù)是電機在工作靜止狀態(tài)下的工作負載。應(yīng)該考慮慣性負載和摩擦負載兩種情況[13]。在加速狀態(tài)下的慣性負載是大于摩擦負載的。在勻速運動中的摩擦負載是主要考慮的因素，一般靜力矩要選擇摩擦負載的2-3倍。??=??慣+??摩 （5-1）式中??—電機的轉(zhuǎn)動力矩，?????；??慣—加速起動時的慣性力矩，?????；??摩——恒速運行時的摩擦力矩，??摩=0.3??慣；式中??—負載慣量，?????????3；

??

=??9.6??

（5-2）??—時間常數(shù)，??=25????；??=(180??)??（5-3）????式中??—脈沖當量，??=0.01????；??—步距角，??=1.8°/??；??—時間常數(shù)，??=25????；??—轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，30kg；則有所以

??=(????

)??=??

180×1.8×251.2

)×30=1.2?????????3??慣=9.6??=9.6×25×10?3=50???????=??慣+??摩=1.3??慣=1.3×36.67=50?????因此電機快速啟動時的最大力矩是????????。為保證后續(xù)電機的正常工作，啟動時的力矩：??起動

≥??0.5

（5-4）所以??起動=100?????本設(shè)計選用的型號是35型兩相混合步進電機具體信息如圖5.1，圖5.2，表5.1所示。圖5.1 35型相混步進電機圖5.2 步進機尺圖表5.1 步進機技數(shù)表步進電機型號步距角電壓V電流I保持轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量引線數(shù)35HS34-10A5-211.8°2.41.0140144MAD432R5.3類伺服控制，具有矢量控制和自適應(yīng)濾波、步距角細分功能，對于一些中低速的電機具有很好的穩(wěn)定性，大大降低了噪聲，對電流有很好的控制，減少電機的發(fā)熱。圖5.3 MAD432R型步電機驅(qū)器圖5.4 步進機接圖圖5.5 步進機驅(qū)接線圖機械手再回轉(zhuǎn)過程中底部的直流電機需要帶動整個機械手的部件和工件一起作回轉(zhuǎn)運動。通過分析整個機械手的整體質(zhì)量和回轉(zhuǎn)中心位置，得出機械手轉(zhuǎn)動慣量為：??=????22??=????

其中???整體部件的總質(zhì)量。???回轉(zhuǎn)中心的距離。???為機械手在1s內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度。???這樣計算出負載轉(zhuǎn)矩為??=0.785??.??。取摩擦系數(shù)為k=0.3??總=kT+T （5-7）所以總轉(zhuǎn)矩??總=1.205??.??。電機通過減速器需要輸出的功率：??=T總×n9550n30r/minP3.8W。

（5-8）支撐軸與減速器之間用聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸器的傳動效率可以達到??1=0.99。減速器采用行星齒輪減速器傳動效率取??2=0.75。所以電機的輸出功率為：rP= Prη1η2

=5.12W （5-9）根據(jù)電機的輸出功率最終選擇直流行星減速電機如圖5.6所示進行驅(qū)動。電機輸出轉(zhuǎn)矩為????=????=0.016??.??。符合設(shè)計需求。??圖5.6 直流速電機直流電機驅(qū)動部分我們采用繼電器的來控制電機的正反轉(zhuǎn)，直流電機驅(qū)動部分的輸入，5.7INPLC輸出信號端,COM端為控制傳感器的電源負極。OUT接入驅(qū)動部分的輸入端端口。圖5.7 電平換圖傳感器15.8所示。圖5.8 傳感工作圖2.行程開關(guān)：常開觸點，當有物體觸碰時，觸電閉合。如圖5.9所示。圖5.9 行程關(guān)圖5.6 本章主要對機械臂升降伸縮的步進驅(qū)動電機進行選型與計算。并對步進電機需要的步進限位開關(guān)進行選型。第6章 機械臂控制系統(tǒng)設(shè)計本次設(shè)計的控制功能主要實現(xiàn)應(yīng)用電機控制機械臂的旋轉(zhuǎn)、手臂的伸縮、升降。用氣缸來控制手爪的張合。程序分別設(shè)置兩種自動和手動兩種模式。在自動模式下，讓機械臂可以獨立完成從原點夾取物并實現(xiàn)移動等操作。在選擇手動模式下后可以對機械臂抓取物塊的每一步操作進行單獨操作。氣缸氣壓回路設(shè)計PLC6.1所示。具體流程如下：現(xiàn)手爪的夾緊功能?，F(xiàn)手爪的松開功能。圖6.1 氣壓路圖PLCI/O點數(shù)分配表FX1N-60MT2412PLCI/O6.1所示。表6.1 PLC的I/O分表控制動作輸入信號輸入接口控制動作輸出信號輸出接口手動SAX0YA0升降信號Y0回原點SAX1上升/下降步進電機YA2方向信號Y2連續(xù)SAX2YA3使能信號Y3回原位SB1X3YA1伸縮信號Y1啟動SB2X4前進/后退步進電機YA4方向信號Y4停止SB3X5YA5使能信號Y5下降SB4X6夾緊YA6Y6上升SB5X7手順轉(zhuǎn)YA7Y7夾緊SB6X10手逆轉(zhuǎn)YA10Y10松開SB7X11底座順轉(zhuǎn)YA11Y11手順轉(zhuǎn)SB8X12底座逆轉(zhuǎn)YA12Y12手逆轉(zhuǎn)SB9X13松開YA13Y13底座順轉(zhuǎn)SB10X14底座逆轉(zhuǎn)SB11X15下限位SQ1X16上限位SQ2X17前限位SQ3X20后限位SQ4X21底座順限位SQ5X22底座逆限位SQ6X23手順限位SQ7X24手逆限位SQ8X25前行SB12X30后退SB13X31PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖PLC控制系統(tǒng)的各元件的接線如圖6.2所示。圖6.2 PLC外控制線圖PLC本次設(shè)計的機械手的控制程序設(shè)計。在整體設(shè)計上共有四個部分，他們分別掌控著機械手自動控制模式、手動控制模式和回原位模式。對于這三個程序部分有一個總體的整合控制6.3CJPLC轉(zhuǎn)指令。P0、P1、P2CJX0X1X1X2P1、P2圖6.3 程序的結(jié)圖公用程序設(shè)計6.4X021onM0M8002M10ONM10OFFZRST模式之間的轉(zhuǎn)換同時減少程序的出錯率。圖6.4 公用序梯圖自動操作程序設(shè)計自動控制模式順序功能圖如圖6.5所示。圖6.5 順序能圖6.6X4M1、M10Y1。圖6.6 機械前伸圖X20X24X166.7所示。圖6.7 機械手順降程序圖在經(jīng)過夾緊延時T0之后，機械手開始上升，上升接通上限位開關(guān)后。如圖6.8所示。圖6.8 機械夾緊程序圖機械手開始后退，后退到后限位開關(guān)X21后底座開始逆轉(zhuǎn)。如圖6.9所示。圖6.9 機械底逆程序圖X23X20后，機械手開始上升，到上限位時開始逆轉(zhuǎn)，之后是后退，底座順轉(zhuǎn)，在底座順轉(zhuǎn)之后又會6.10所示。圖6.10 機械底部轉(zhuǎn)程序圖所示。圖6.11 上升進電梯形圖自動控制程序中控制伸縮步進電機的程序控制梯形圖如圖6.12所示。圖6.12 前伸進電程序梯圖手動程序設(shè)計P0式下，機械手的能夠單獨完成各部分的獨立動作，通過不同的動作信號。讓機械手單獨完成所示。圖6.13 手動序梯圖因為手動模式下各部需要單獨操作，各程序之間需要進行必要的自鎖。如圖6.14所示。圖6.14 部件鎖程圖回原程序設(shè)計3M316.15所示。圖6.15 回原程序動圖X17行。同時伸縮電機也開始運行，到后限位開關(guān)時停止工作。手爪一直保持松開狀態(tài)。手部逆6.16所示。圖6.16 底座原點序圖PLCI/O臂進行自動和手動兩種模式的控制設(shè)計，根據(jù)設(shè)計的控制程序結(jié)構(gòu)總圖，完成控制梯形圖的設(shè)計。結(jié) 論通過對可編程控制器的發(fā)展和特點的資料研究。對當前世界上比較受歡迎的兩種可編程控制器的種類和功能有了比較深刻的認識。對于本機械臂選定的三菱公司FX系列產(chǎn)品，進行簡單介紹。對其功能和優(yōu)點進行了分析。選定三菱公司的FX1N-60MT型控制器。簡要描述機械臂的工