畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-軸承裝配機(jī)器人設(shè)計(jì)

摘要目前軸承與軸的裝配主要是人工裝配，該裝配耗費(fèi)大量人力且工作效率低。此外還會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間從事單調(diào)重復(fù)的工作減少熱情，降低裝配質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)是基于PLC控制的軸承裝配機(jī)器人設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱互聯(lián)網(wǎng)，收集資料，根據(jù)任務(wù)書(shū)要求設(shè)計(jì)一款基于PLC控制的自動(dòng)抓取并完成軸承裝配的機(jī)器人的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)中軸承裝配機(jī)器人的橫向移動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式通過(guò)絲杠機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，采用回轉(zhuǎn)氣缸實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)手腕的彎轉(zhuǎn)，氣爪抓取軸承，伸縮氣缸實(shí)現(xiàn)軸承壓入裝配。該設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)完成軸承裝配，可以沒(méi)有人工參與，降低成本，還可以在適宜的條件下連續(xù)工作。關(guān)鍵詞：軸承裝配；裝配機(jī)器人；絲杠機(jī)構(gòu)；PLC控制

ABSTRACTAtpresent,theassemblyofbearingsandshaftsismainlymanualassembly,whichconsumesalotofmanpowerandhaslowworkefficiency.Inaddition,itwillreduceenthusiasmandreducethequalityofassemblyduetolonghoursofmonotonousandrepetitivework.ThisdesignisbasedonthedesignofabearingassemblyrobotcontrolledbyPLC.ByconsultingtheInternet,collectingdata,accordingtotherequirementsofthetaskbook,adesignofarobotbasedonPLCcontrolthatautomaticallygrabsandcompletesthebearingassemblyisdesigned.Inthisdesign,thehorizontalmovementandliftingmovementofthebearingassemblyrobotaredrivenbythescrewmechanism.Therotarycylinderisusedtorealizetherotarymovementoftherobotarm,themotordrivesthebendingofthewrist,theairclawgrabsthebearing,andthetelescopiccylinderrealizesthebearingpressure.Intotheassembly.Thisdesigncanautomaticallycompletethebearingassembly,withoutmanualinvolvement,reducecosts,andcanworkcontinuouslyundersuitableconditions.Keywords:bearingassembly;robot;screwmechanism;PLCcontrol

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章緒論 第一章緒論1.1研究背景及其意義機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行設(shè)定程序并接受預(yù)先創(chuàng)建的程序的機(jī)器，或按照人工智能技術(shù)制定指令完成相應(yīng)動(dòng)作。目前機(jī)器人的種類有很多，如醫(yī)療機(jī)器人、水下機(jī)器人等。隨著基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展和人類需求的提高，會(huì)出現(xiàn)各種針對(duì)環(huán)境的機(jī)器人和各種不同需求的機(jī)器人。機(jī)器人會(huì)越來(lái)越普遍智能化。機(jī)器人是模仿人的產(chǎn)物。一般機(jī)器人是由四個(gè)主要部分組成，一是控制器，類似于人的大腦，用于接收處理信息和控制其他組成部分；二是動(dòng)力，類似于人的體能，用于提供其他組成部分的能量；三是檢測(cè)裝置，類似人的視覺(jué)觸覺(jué)等感官，用于及時(shí)反饋信息；四是執(zhí)行器，類似人的整個(gè)手臂和腿，用于執(zhí)行控制器的指令。毫無(wú)疑問(wèn)機(jī)器人的發(fā)展依賴其他科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)于一般出現(xiàn)在生產(chǎn)線上的裝配機(jī)器人來(lái)說(shuō)，更智能、更自動(dòng)是未來(lái)發(fā)展的主要方向。裝配機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、科技和生活領(lǐng)域。汽車工業(yè)和電子工業(yè)是常用的工業(yè)領(lǐng)域，紡織加工、食品工業(yè)和日用品制造業(yè)也在逐步發(fā)展。裝配機(jī)器人對(duì)改善工作條件和減少安全事故有很大幫助，因此有必要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配的工業(yè)機(jī)器人。裝配機(jī)器人能夠在短時(shí)間內(nèi)完成裝配任務(wù)，提高效率，在惡劣環(huán)境中代替人工作，避免發(fā)生危險(xiǎn)。與人相比，機(jī)器人具有生產(chǎn)時(shí)間短、無(wú)需休息、在適宜的條件下連續(xù)工作等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器人可以在惡劣的工況下替代人類，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少安全事故的發(fā)生。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，軸承裝配機(jī)器人主要用于取代人工裝配軸承，實(shí)現(xiàn)軸承自動(dòng)抓取、定位以及自動(dòng)裝配。該機(jī)器人按照編寫(xiě)的程序工作具有高精度和高重復(fù)性。鑒于蘭州交通大學(xué)王世偉提出軸承裝配與拆卸是工業(yè)中使用頻繁、工作強(qiáng)度大的一項(xiàng)工作，所以有必要設(shè)計(jì)一款軸承自動(dòng)裝配的機(jī)器人。1.2國(guó)內(nèi)外裝配機(jī)器人發(fā)展概況1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r雖然目前國(guó)內(nèi)的裝配機(jī)器人的研究取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但總體水平還是處于落后狀態(tài)。我國(guó)正式進(jìn)入機(jī)器人高速發(fā)展是在八十年代以后，不僅起步時(shí)間遲，從機(jī)器人數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)上也屬于落后狀態(tài)。六十年代，沈陽(yáng)一個(gè)名叫杰寶春的普通工人憑借大量經(jīng)驗(yàn)構(gòu)思并制造電動(dòng)螺絲機(jī)，這算是裝配機(jī)器人的起始。直到七十年代我國(guó)才開(kāi)始正式研究裝配機(jī)器人，由于技術(shù)封鎖和其他原因，我國(guó)機(jī)器人發(fā)展相當(dāng)緩慢，一直到八十年代末，我國(guó)機(jī)器人的發(fā)展才開(kāi)始好轉(zhuǎn)。從中國(guó)與美國(guó)等國(guó)家關(guān)系的緩和開(kāi)始，伴隨國(guó)家相關(guān)政策的頒布，我國(guó)一些汽車行業(yè)引進(jìn)由機(jī)器人組成的生產(chǎn)線，這大大刺激了我國(guó)機(jī)器人的發(fā)展。還有一些科研組織開(kāi)始引入“洋機(jī)器人”，這些國(guó)外機(jī)器人的購(gòu)入，同樣解決了我國(guó)機(jī)器人的一些關(guān)鍵問(wèn)題。1.2.2國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r美國(guó)控制公司開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)裝配機(jī)器人，它的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)連接到主體的旋轉(zhuǎn)臂和一個(gè)帶有電磁塊的工件的取放機(jī)構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械正進(jìn)入先進(jìn)的自動(dòng)化和智能時(shí)代。裝配機(jī)器人的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還解決勞動(dòng)力不足和長(zhǎng)期成本等問(wèn)題。美國(guó)機(jī)械鑄造公司成功測(cè)試了Versatran裝配機(jī)器人。該種裝配機(jī)器人的中央支柱是可旋轉(zhuǎn)的，手臂也是可旋轉(zhuǎn)、升降、伸縮的液壓驅(qū)動(dòng)，并且控制方法是一種示教再現(xiàn)類型。這兩個(gè)裝配機(jī)器人最早出現(xiàn)在六十年代，是國(guó)外裝配機(jī)器人發(fā)展的基礎(chǔ)。Unimate斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院共同開(kāi)發(fā)了Unimate-BigArm工業(yè)裝配機(jī)器人，該機(jī)器人通過(guò)控制小型計(jì)算機(jī)，進(jìn)行裝配工作，其定位誤差小于±1mm。美國(guó)還十分注意提高裝配機(jī)器人的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。比如Unimate公司建立了8年裝配機(jī)器人試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。把故障前平均時(shí)間由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到±0.1mm。1.3課題研究的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)要求裝配機(jī)器人完成軸Φ30mm和軸承Φ50mm的裝配。其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：（1）抓重：260N；（2）驅(qū)動(dòng)：氣動(dòng)或液壓或電動(dòng)；（3）控制：PLC；（4）手腕回轉(zhuǎn)：0-180度；（5）手臂伸縮：200-400mm；（6）手臂回轉(zhuǎn)：0-180度；（7）手臂升降：100-300mm。本次設(shè)計(jì)的軸承裝配機(jī)器人的主要任務(wù)是固定軸與軸承的裝配。軸與軸承的常用裝配有間隙、過(guò)渡和過(guò)盈配合。需要轉(zhuǎn)動(dòng)的軸一般采用過(guò)盈配合，不需要轉(zhuǎn)動(dòng)的軸一般采用間隙或者過(guò)渡配合。本次設(shè)計(jì)的軸與軸承的裝配采用過(guò)盈配合。常用的軸承裝配方法：壓入配合、加熱配合和敲擊裝配。壓入配合即直接把軸承壓入軸。加熱配合即加熱軸承，通過(guò)熱膨脹將軸承與軸裝配的一種方法。敲擊裝配即通過(guò)敲打軸承進(jìn)行軸與軸承的裝配。綜上幾種裝配方法，通過(guò)分析，采用壓入配合的裝配方法。軸承裝配機(jī)器人通過(guò)運(yùn)動(dòng)使軸承到達(dá)目標(biāo)固定軸所合適的壓入位置，當(dāng)傳感器檢測(cè)到軸與軸承完成裝配時(shí)，機(jī)器人停止工作。即完成一個(gè)軸與軸承的裝配。一個(gè)完整的軸承裝配機(jī)器人主要分為六大部分。一是軸承裝配機(jī)器人的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，二是軸承裝配機(jī)器人的升降機(jī)構(gòu)，三是軸承裝配機(jī)器人手臂的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，四是軸承裝配機(jī)器人的手臂伸縮機(jī)構(gòu)，五是軸承裝配機(jī)器人的手腕，六是軸承裝配機(jī)器人的手爪。

第二章總體方案設(shè)計(jì)2.1機(jī)器人的功能要求根據(jù)軸承裝配的工藝要求，設(shè)計(jì)一種五自由度機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的抓取、裝配等一系列動(dòng)作，以代替人工作業(yè)，提高自動(dòng)化水平。如圖2-1是軸承裝配機(jī)器人的方案簡(jiǎn)圖，軸承裝配機(jī)器人的工作過(guò)程如下：（1）光電傳感器檢測(cè)軸承到達(dá)指定位置后，軸承裝配機(jī)器人開(kāi)始工作，手臂3隨著立柱2下降，手爪抓取軸承并保持夾緊狀態(tài)；（2）軸承裝配機(jī)器人整體沿著導(dǎo)軌水平運(yùn)動(dòng)，手臂3沿著立柱2移動(dòng)；通過(guò)水平方向與垂直方向的調(diào)整實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手爪的位置調(diào)節(jié)，從而保證軸承與軸的精確定位；（3）手腕彎轉(zhuǎn)帶動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)手爪一直保持夾緊狀態(tài)，同時(shí)手臂沿著軸線方向進(jìn)給，從而裝配軸承，待傳感器檢測(cè)裝配完成；（4）裝配檢測(cè)完成后，手爪放松，手腕彎轉(zhuǎn)，再通過(guò)水平移動(dòng)和上下升降回到原點(diǎn)位置，以便開(kāi)始下一次循環(huán)。圖2-1軸承裝配機(jī)器人方案簡(jiǎn)圖1—基座；2—立柱；3—手臂；4—手腕及手爪2.2各運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)（1）X軸移動(dòng)的設(shè)計(jì)一般傳動(dòng)方式有帶傳動(dòng)、絲杠機(jī)構(gòu)傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和氣缸液壓缸傳動(dòng)。其中絲杠機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高，精度也很高，同步帶傳動(dòng)較準(zhǔn)確，傳動(dòng)比恒定。故水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用同步帶和絲杠機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（2）立柱的設(shè)計(jì)和臂部的旋轉(zhuǎn)伸縮設(shè)計(jì)立柱的設(shè)計(jì)實(shí)際上與水平移動(dòng)類似，同樣也是采用絲杠機(jī)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于手臂，常用的機(jī)構(gòu)有曲柄式、凸輪式和氣缸液壓缸，經(jīng)分析，臂部的旋轉(zhuǎn)和伸縮設(shè)計(jì)均采用氣缸實(shí)現(xiàn)。（3）腕部和手部的設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)器人腕部的設(shè)計(jì)，根據(jù)軸承裝配機(jī)器人設(shè)計(jì)要求，只需要一個(gè)自由度就可以實(shí)現(xiàn)裝配任務(wù)。有如下兩種方案，一是采用蝸輪蝸桿，二是采用兩個(gè)錐齒輪。經(jīng)分析采用兩個(gè)錐齒輪作為腕部結(jié)構(gòu)，同樣通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于手部的設(shè)計(jì)，一般有兩種，一種是由兩個(gè)以上的機(jī)械指組成的機(jī)械爪用于抓取裝配，二是吸附式如吸盤，通過(guò)吸取完成抓取工作。經(jīng)分析選取氣爪作為裝配機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)。2.3控制部分設(shè)計(jì)本次控制系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。圖2-2控制系統(tǒng)框圖一般機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)類型有三種：電力驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本次的要求，軸承裝配機(jī)器人的水平移動(dòng)、立柱升降和腕部彎轉(zhuǎn)均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，臂部的旋轉(zhuǎn)、伸縮和手部的驅(qū)動(dòng)方式都是氣壓驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用PLC控制，PLC具有編程簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在軸承裝配機(jī)器人的系統(tǒng)中，我們會(huì)用到許多傳感器。軸承與軸裝配的精確定位，軸承與軸是否裝配完成，裝配完成后是否返回原點(diǎn)位置，這些都需要用到傳感器。經(jīng)過(guò)篩選分析，軸承裝配機(jī)器人的水平移動(dòng)和立柱升降可以采用行程開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)類似于按鈕，通過(guò)機(jī)器人的撞擊實(shí)現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)換，行程開(kāi)關(guān)一般與機(jī)械擋塊一起使用，實(shí)現(xiàn)限位功能。而工件檢測(cè)即檢測(cè)軸承是否到達(dá)指定位置，機(jī)器人是否可以開(kāi)始工作，選用光電傳感器。對(duì)于裝配檢測(cè)同樣可以使用光電傳感器。

第三章機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1X軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)分析本課題設(shè)計(jì)的軸承裝配機(jī)器人的X軸移動(dòng)采用絲杠機(jī)構(gòu)和同步帶，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。X軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)由絲杠機(jī)構(gòu)、同步帶、電機(jī)和導(dǎo)軌組成。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶齒形皮帶，再帶動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)，完成X軸移動(dòng)。接下來(lái)對(duì)導(dǎo)軌、電機(jī)、同步帶和絲杠機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算選型。3.2絲杠機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型絲杠機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程：當(dāng)同步帶齒形皮帶帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道中滾動(dòng)，從而產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)。絲杠機(jī)構(gòu)具有效率高，傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中，絲杠機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的重要部件，通過(guò)螺紋驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)。絲杠機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、高精度等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)絲杠和螺母的運(yùn)動(dòng)方式如圖3-1，絲杠螺母機(jī)構(gòu)可以分為以下幾種：（1）螺母是固定的，絲杠旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)，如圖a；（2）如圖b，由于絲杠的旋轉(zhuǎn)，螺母線性移動(dòng)；（3）螺母是活動(dòng)的，螺母被絲杠的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)著在絲杠上移動(dòng)，如圖c；（4）絲杠固定，螺母旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)，如圖d。abcd圖3-1絲杠傳動(dòng)的基本方式本次設(shè)計(jì)絲杠機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式選用絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)。絲杠機(jī)構(gòu)一共有四種支承方式，在本次設(shè)計(jì)選用兩端固定的安裝方式。該方式很好的約束絲杠的軸向竄動(dòng)，適用于高精度場(chǎng)合，滿足設(shè)計(jì)要求。絲杠傳動(dòng)時(shí)支撐的結(jié)構(gòu)會(huì)受剛度的影響。需要在絲杠傳動(dòng)過(guò)程中加幾個(gè)支承，降低剛度對(duì)傳動(dòng)的影響。還有絲杠與螺母的選材也很關(guān)鍵。常用材料如表3-1所示。對(duì)于本次設(shè)計(jì)要求，低速傳動(dòng)，選用45鋼作為絲杠材料，錫青銅作為螺母材料。

表3-1絲杠螺母常用材料螺紋副材料應(yīng)用場(chǎng)合絲杠Q235Q2754550輕載、低速傳動(dòng)。材料不熱處理40Gr65Mn20GrMnTi重載、高速傳動(dòng)。材料經(jīng)熱處理，提高耐磨性9Mn2VGrWMn38GrMoAl精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)。材料需經(jīng)熱處理螺母ZcuSn10P1ZcuSn5Pb5Zn5一般傳動(dòng)ZcuAL10Fe3ZcuZ25AL6Fe3Mn載荷大、傳動(dòng)低速。或者小載荷高速傳動(dòng)，可用鋼或鑄鐵制造推力公式Fa=μmg式（式中：μ——摩擦系數(shù)；m——立柱加手臂質(zhì)量，kg。根據(jù)公式，選取摩擦系數(shù)μ=0.003，立柱加手臂質(zhì)量m=100kg，g=9.81m/sF驅(qū)動(dòng)力矩T=FaPh式中：Ph——導(dǎo)程，mmη——傳動(dòng)效率；T——驅(qū)動(dòng)扭矩，N?mm。根據(jù)公式，選取導(dǎo)程Ph=5mm，π=3.14，傳動(dòng)效率T=公稱直徑d≥0.8F?[式中：[P]——許用應(yīng)力，根據(jù)公式，選取F=3kN，許用應(yīng)力d螺紋公稱直徑為d=40mm，螺距P=5.00mm，升角=3.87°，當(dāng)量摩擦角φv為5.91°。選取GDM4005-4-T3型號(hào)為本設(shè)計(jì)的絲杠機(jī)構(gòu)。該型號(hào)的絲杠機(jī)構(gòu)參數(shù)如表3-2所示表3-2絲杠機(jī)構(gòu)參數(shù)型號(hào)循環(huán)方式公稱直徑公稱導(dǎo)程類型GDM4005-4-T3外循環(huán)40mm5mm傳動(dòng)型扭矩T=Ftan（式中：ψ——螺紋升角，度；φv——根據(jù)公式，選取螺紋升角ψ=3.87°，當(dāng)量摩擦角φT危險(xiǎn)截面應(yīng)力σca=4Fπ式中：T——扭矩，N?根據(jù)公式，選取σs=335Mpaσ故滿足絲杠強(qiáng)度校驗(yàn)。螺紋升角ψ=arctansπd式中：fv——根據(jù)公式，選取當(dāng)量摩擦系數(shù)fvψ故滿足自鎖條件。3.3電機(jī)與同步帶的計(jì)算與選型3.3.1電機(jī)的計(jì)算與選型根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用三相交流異步電機(jī)時(shí)，主要包括容量和轉(zhuǎn)速的選擇。電動(dòng)機(jī)功率Ped=Pw式中：η——機(jī)械效率；Ped——電動(dòng)機(jī)功率，kW根據(jù)公式，選取同步帶的傳動(dòng)效率η1=0.97，導(dǎo)軌的摩擦傳動(dòng)η2=0.85~0.92，η2P故所選電動(dòng)機(jī)額定功率為15kW。轉(zhuǎn)速n=60×1000vπD式（式中：n——轉(zhuǎn)速，r/min。n=計(jì)算轉(zhuǎn)速，因帶傳動(dòng)常用傳動(dòng)比2~4，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇范圍1152~2304r/min。故選擇型號(hào)Y160L-4電機(jī)。該型號(hào)的電機(jī)性能參數(shù)如表3-3所示。表3-3電機(jī)性能參數(shù)型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速Y160L-415kW1500r/min1460r/min3.3.2同步帶的設(shè)計(jì)由于同步帶內(nèi)側(cè)為齒形，故帶與帶輪之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)精度效率都很高。設(shè)計(jì)功率Pd=KAP式中：KA——根據(jù)公式，選取工作情況系數(shù)KA=1.20，P根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pd=18kW和小帶輪轉(zhuǎn)速n1=200r/min小帶輪節(jié)圓直徑d1=z1Pbπ式中：z1——Pb——節(jié)距，mm在安裝允許的條件下，小帶輪齒數(shù)z1應(yīng)該盡量選大些，選取z1d同步帶轉(zhuǎn)速v=πd1n160×1000式中：d1——小帶輪節(jié)圓直徑，mmv——同步帶轉(zhuǎn)速，m/根據(jù)公式，驗(yàn)算同步帶速度，vmax=25~30v故滿足速度要求。本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比要求為1:1，故大帶輪齒數(shù)z2=24，大帶輪節(jié)圓直徑中心距0.7（d1+d式中：d1——大帶輪直徑，mmd2——小帶輪直徑，mma0——中心距，mm根據(jù)公式：得340.2mm≤a節(jié)線長(zhǎng)L0P=2a0+π式中：L0P——節(jié)線長(zhǎng)，mma0——中心距，mm根據(jù)公式，確定節(jié)線長(zhǎng)L選取XXH型號(hào)LP=1778mm，齒數(shù)zb=56。該型號(hào)的同步帶參數(shù)如表實(shí)際中心距a=a0+LP-式中：a0——中心距，mmL0P——節(jié)線長(zhǎng)，mma——實(shí)際中心距，mm。根據(jù)公式，L0P=1264mm，LP=1778mm，aa=表3-4同步帶參數(shù)型號(hào)齒數(shù)節(jié)線長(zhǎng)帶寬XXH561778mm127mm到此，同步帶設(shè)計(jì)完成，下面進(jìn)行校驗(yàn)。嚙合齒數(shù)zm=entz12-式中：z1——z2——小帶輪齒數(shù)根據(jù)公式，其中z1=24，z2=24，Pz故滿足驗(yàn)算要求。額定功率P0=(Ta-m式中：m——質(zhì)量，kg；P0——額定功率，kW根據(jù)公式，選取Ta=6398.03N，m=2.473kg，P故滿足驗(yàn)算要求。3.4直線導(dǎo)軌的計(jì)算與選型3.4.1導(dǎo)軌副的工作原理由滑塊和導(dǎo)軌兩部分組成的導(dǎo)軌副具有安裝便捷、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，應(yīng)用有機(jī)床、測(cè)量?jī)x器等?；瑝K中有滾珠，通過(guò)滾珠滾動(dòng)帶動(dòng)滑塊移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)。3.4.2導(dǎo)軌副的計(jì)算選型估算導(dǎo)軌長(zhǎng)度L=1530mm。工作載荷F1=F+G4式中：F1——滑塊工作載荷，N根據(jù)公式，總重量G=980N，得工作載荷FF故選取JSA-LG20KL2F2×1600-2J為本設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌型號(hào)，可知導(dǎo)軌額定動(dòng)載荷Ca=20.7kN，額定靜載荷Coa=34.9kN。導(dǎo)軌性能參數(shù)如表3-5表3-5導(dǎo)軌性能參數(shù)型號(hào)CC導(dǎo)軌長(zhǎng)度JSA-LG65KL2F2×1570-2J20.7kN34.9kN1600mm距離額定壽命L=(fH式中：fH——fT——fC——fR——fw——Ca——額定動(dòng)載荷，kNF——工作載荷，N。根據(jù)公式，選取硬度系數(shù)fH=1，溫度系數(shù)fT=1，接觸系數(shù)fC=1，精度系數(shù)fR=1.5，載荷系數(shù)L小時(shí)額定壽命Lh=L×1032nS×60式中：L——距離額定壽命，km；n——每分鐘往返次數(shù)；S——行程長(zhǎng)度，m。根據(jù)公式，距離額定壽命L=101178km，每分鐘往返次數(shù)n=1，行程長(zhǎng)度S=1.5m，得小時(shí)額定壽命L該機(jī)器人每天工作8小時(shí)，每年使用300天，則壽命年限為L(zhǎng)

第四章機(jī)器人的立柱及臂部設(shè)計(jì)4.1立柱機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)立柱下部通過(guò)四個(gè)支座安裝在X軸機(jī)架的直線導(dǎo)軌上，通過(guò)絲杠機(jī)構(gòu)，將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的上下直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的升降。4.1.1絲杠機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)立柱機(jī)構(gòu)的絲杠機(jī)構(gòu)選用兩端固定的安裝方式。該方式很好的約束絲杠的軸向竄動(dòng)，適用于高精度場(chǎng)合，滿足要求。對(duì)于絲杠螺母的調(diào)整預(yù)緊同樣采用墊片調(diào)整預(yù)緊。根據(jù)公式，選取摩擦系數(shù)μ=0.003，手臂質(zhì)量m=30Kg，g=9.8m/sF驅(qū)動(dòng)扭矩T=公稱直徑d選取GDM2505-4-T3型號(hào)為本設(shè)計(jì)的絲杠機(jī)構(gòu)。這種型號(hào)的絲杠機(jī)構(gòu)參數(shù)如表4-1所示。表4-1絲杠機(jī)構(gòu)參數(shù)型號(hào)循環(huán)方式公稱直徑公稱導(dǎo)程類型GDM2505-4-T3外循環(huán)25mm5mm傳動(dòng)型扭矩T危險(xiǎn)截面應(yīng)力σ故滿足強(qiáng)度校驗(yàn)。4.1.2電機(jī)計(jì)算選型電動(dòng)機(jī)功率P故所選電動(dòng)機(jī)額定功率為7.5kW。n=計(jì)算轉(zhuǎn)速，又帶傳動(dòng)常用傳動(dòng)比2~4，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇范圍920~1840r/min。故選擇型號(hào)Y132M-4電機(jī)。這種型號(hào)的電機(jī)性能參數(shù)如表4-2所示。表4-2電機(jī)性能參數(shù)型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速Y132M-47.5kW1500r/min1440r/min4.2臂部的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1手臂機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)在手臂的設(shè)計(jì)中，遵循以下原則：（1）機(jī)器人手臂的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間的要求；（2）機(jī)械臂結(jié)構(gòu)和材料的重量應(yīng)盡量最小，選擇輕質(zhì)的材料；（3）機(jī)器人的機(jī)械臂要平衡重量；（4）機(jī)械臂需要帶有限位開(kāi)關(guān)和緩沖功能的機(jī)械限位塊。臂部是連接立柱和腕部的重要橋梁。本次設(shè)計(jì)的臂部的主要有兩個(gè)功能：一是自身旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)腕部旋轉(zhuǎn)調(diào)整角度，二是自身伸長(zhǎng)協(xié)同手爪壓裝軸承。兩個(gè)功能都相當(dāng)重要，決定著軸承與軸裝配的成功與否。本次設(shè)計(jì)的臂部選用氣缸驅(qū)動(dòng)，下面進(jìn)行氣缸的計(jì)算選型。4.2.2臂部旋轉(zhuǎn)氣缸和伸縮氣缸的計(jì)算與選型摩擦阻力F摩=G臂部μ'式中：G臂部——臂重，N根據(jù)公式，選取臂重G臂部=300N，μ'=0.20×1.5=0.3F臂部慣性力F慣=G臂部ΔvgΔt式中：Δt——啟動(dòng)時(shí)間，s；?v——啟動(dòng)速度，m/s；F慣——臂部慣性力，N根據(jù)公式，選取啟動(dòng)時(shí)間Δt=0.2s，啟動(dòng)速度?v=0.083m/s，得臂部慣性力F則氣缸的驅(qū)動(dòng)力F=0.03F+氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)近似一個(gè)圓柱，它的高為220mm，直徑120mm。G=π×部分氣缸內(nèi)徑選擇如表4-3所示。表4-3氣缸內(nèi)徑（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250工作壓力P≥2MbR2-r式中：R——內(nèi)徑，mm；r——輸出軸，mm。根據(jù)表4-3設(shè)內(nèi)徑R=63mm，外徑=120mm，輸出軸r=22.5mm。則工作壓力P≥所以P≥0.3Mpa即可。本次設(shè)計(jì)中軸承質(zhì)量取0.17Kg，腕部和手爪及軸承質(zhì)量取3kg。那么根據(jù)公式可以求得，氣缸的軸向負(fù)載力F=0.17×9.8+3×9.8=31N平均速度v=st式（式中：s——?dú)飧坠ぷ餍谐?，mm；T——行程時(shí)間，s。根據(jù)公式，取氣缸工作行程s=400mm，氣缸完成整個(gè)行程需要的時(shí)間t=5sv=理論輸出力F0=Fβ式中：β——負(fù)載率；F0——理論輸出力，N由負(fù)載率β=0.5，得理論輸出力F氣缸缸徑D=4F0πp式中：D——?dú)飧赘讖?，mm；F0——理論輸出力，N由公式計(jì)算可得本設(shè)計(jì)氣缸缸徑為D=因此本設(shè)計(jì)選取的伸縮氣缸缸徑為63mm。根據(jù)計(jì)算，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取雙活塞桿QGEW-2LA-63B-800型號(hào)氣缸作為伸縮氣缸，該型號(hào)的伸縮氣缸性能參數(shù)如表4-4所示。選取QGK-1FB63T180型號(hào)作為回轉(zhuǎn)氣缸。該型號(hào)的回轉(zhuǎn)氣缸性能參數(shù)如表4-5所示。表4-4伸縮氣缸性能參數(shù)型號(hào)缸徑工作壓力最大行程QGEW-2LA-63B-80063mm0.1~1.0MPa800mm表4-5回轉(zhuǎn)氣缸性能參數(shù)型號(hào)缸徑工作壓力擺動(dòng)角度QGK-1FB63T18063mm0.1~0.7MPa90~180

第五章機(jī)器人腕部及手爪設(shè)計(jì)5.1腕部的設(shè)計(jì)要求（1）腕部的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕；（2）結(jié)構(gòu)考慮合理布局；（3）必須考慮工作條件。5.2腕部的結(jié)構(gòu)的選擇（1）自由度為1的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)；（2）自由度為2的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)手腕彎轉(zhuǎn)角度是180度，腕部結(jié)構(gòu)選擇自由度為1的彎轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)。5.3腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是連接臂部和手爪的重要部件，用來(lái)調(diào)整手爪的方向。本次設(shè)計(jì)的手腕只需要一個(gè)自由度，即向下彎曲抓取軸承，向上彎曲裝配軸承。腕部由步進(jìn)電機(jī)和錐齒輪組成，小型步進(jìn)電機(jī)通過(guò)錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)手腕的彎轉(zhuǎn)，手腕簡(jiǎn)圖如圖5-1所示。圖5-1手腕簡(jiǎn)圖1—小型步進(jìn)電機(jī)；2、3—錐齒輪5.3.1電機(jī)的計(jì)算選型腕部的電機(jī)不僅要小方便安裝，還需要重量輕有足夠的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩T=d2×M×式中：M——腕部負(fù)載質(zhì)量，kg；μ——?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)。根據(jù)公式，選取腕部負(fù)載質(zhì)量M=3kg，動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.04。T該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)所需最大靜轉(zhuǎn)矩大于2.58N·步距角θb=δ×360°Ph式中：θb——δ——脈沖當(dāng)量。根據(jù)公式，選取脈沖當(dāng)量δ=0.01θ經(jīng)分析選擇步進(jìn)電機(jī)步距角為0.9°，則脈沖當(dāng)量δ綜上，選擇型號(hào)為56BYG250D的步進(jìn)電機(jī)。該型號(hào)性能參數(shù)如表5-1所示。表5-1電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角相電流保持力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量56BYG250D20.9°2.4A3.44601kg要想通過(guò)PLC控制步進(jìn)電機(jī)，需要選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)要求選擇型號(hào)SH-20504為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。該型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如表5-2所示。表5-2驅(qū)動(dòng)器參數(shù)型號(hào)供電電源輸出電流驅(qū)動(dòng)方式重量SH-2050424V~50VDC4.0A/相恒相電流PWM控制0.52Kg5.3.2錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪齒數(shù)比i=n1n2=Z2Z分度圓直徑dd分度圓錐角δδ錐距R=平均分度圓直徑dd當(dāng)量齒輪齒數(shù)ZZ當(dāng)量齒輪模數(shù)m上述錐齒輪參數(shù)如表5-3所示。表5-3錐齒輪參數(shù)分度圓直徑分度圓錐角當(dāng)量齒輪齒數(shù)當(dāng)量齒輪模數(shù)錐齒輪175mm34°362.125mm錐齒輪275mm56°542.125mm5.4手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算5.4.1手爪選型需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題（1）需要足夠的開(kāi)閉角即足夠的開(kāi)閉行程。本設(shè)計(jì)需要夾持的軸承直徑為50mm，選取的手爪開(kāi)閉行程大于50mm即可。（2）需要有足夠的夾持力。在確定手爪的夾持力時(shí)，不僅需要考慮軸承重量，還需要考慮在傳送過(guò)程中的振動(dòng)及其他意外情況，保證軸承不松動(dòng)或者脫落。（3）需要一定的壓裝力。壓裝力的大小要控制好，壓裝力既不能太大以致?lián)p傷零件，也不能太小導(dǎo)致不能壓入。5.4.2夾緊力的計(jì)算夾緊力F=m×g×S2×μ式（式中：S——安全系數(shù)；m——軸承質(zhì)量，kg。根據(jù)公式，選取g=9.81m/s2，安全系數(shù)S=4，μ=0.15，軸承質(zhì)量取m=0.17kg，得F=5.4.3壓裝力的計(jì)算壓裝力系數(shù)Ca=da2+式中：df——結(jié)合直徑，mm；da——包容件外徑，mm。Ci=df2+式中：di——被包容件內(nèi)徑，mm。根據(jù)公式，計(jì)算系數(shù)，取結(jié)合直徑df=32mm，包容件外徑da=50mm，被包容件內(nèi)徑di=30mm，灰鑄鐵泊松比ν=0.25，碳鋼泊松比ν=0.25，得系數(shù)CC最大壓力Pfmax=δmaxdf式中：δmax——最大過(guò)盈量，mmEa——包容件的材料彈性模量，KN/mm2Ei——被包容件的材料彈性模量，KN/mm2根據(jù)公式，取最大過(guò)盈量δmax=2mm，包容件的材料彈性模量Ea=110KN/mm2，被包容件的材料彈性模量Ei=200KN/mm2，得最大壓力P壓入力F=PfmaxπdfL式中：Pfmax——最大壓力，N/根據(jù)公式，取π=3.14，結(jié)合長(zhǎng)度Lf=14mm，結(jié)合表面摩擦系數(shù)μ=0.15，得壓入力F=與前面伸縮氣缸的比較，符合要求。綜上，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇MHT2-63D作為夾持軸承的氣爪，該型號(hào)的氣爪為雙作用動(dòng)作方式，優(yōu)點(diǎn)是斷氣時(shí)工件能保持。該型號(hào)的氣爪性能參數(shù)如表5-4所示。表5-4氣爪性能參數(shù)型號(hào)動(dòng)作方式夾持力總開(kāi)閉MHT2-63D雙作用270N-2°-23°

第六章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6.1主要元器件的選擇6.1.1PLC選型在選擇PLC時(shí)，應(yīng)首先考慮到PLC的經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題。I/O端口數(shù)目是影響PLC價(jià)格的重要因素，每增加一個(gè)I/O端口就要增加一定的PLC設(shè)備費(fèi)用；當(dāng)I/O端口增加到一定數(shù)量后，相關(guān)的存儲(chǔ)器等硬件設(shè)備也要增加，甚至連CPU的型號(hào)都要改變。所以在進(jìn)行PLC選型時(shí)應(yīng)充分考慮I/O端口數(shù)目，以選出性價(jià)比較高的可編程控制器。其次就是需要的輸入輸出端口數(shù)量。本次設(shè)計(jì)傳感檢測(cè)需要9個(gè)輸入端口，即左限、上限、下限、右限4個(gè)，軸承到位檢測(cè)和裝配完成檢測(cè)5個(gè)，均由光電傳感器輸入信號(hào)。工作模式有兩種，自動(dòng)和手動(dòng)模式，需要2個(gè)輸入端口。手動(dòng)模式需要13個(gè)輸入端口，分別為左移、上升、伸長(zhǎng)、夾緊、放松、縮回、下降、右移，手臂正轉(zhuǎn)、手臂反轉(zhuǎn)、手腕電機(jī)正轉(zhuǎn)、手腕電機(jī)反轉(zhuǎn)和暫停。自動(dòng)模式只需兩個(gè)輸入端口，即啟動(dòng)和停止。再加橫移電機(jī)和升降電機(jī)的熱繼電器一共需要28個(gè)輸入，一般PLC沒(méi)有這么多輸入接口，所以選擇擴(kuò)展，選定24輸入16輸出的S7-200CPU226加上4輸入4輸出EM223擴(kuò)展模塊。輸出端口包括機(jī)器人左移、上升、伸長(zhǎng)、夾緊，放松、縮回、下降、右移，手臂正轉(zhuǎn)、手臂反轉(zhuǎn)、手腕電機(jī)正轉(zhuǎn)、手腕電機(jī)反轉(zhuǎn)一共12個(gè)輸出接口。在機(jī)器人完成一個(gè)裝配任務(wù)后，需要檢測(cè)機(jī)器人是否返回原點(diǎn)位置，所以還需要一個(gè)輸出端口即原點(diǎn)指示燈，一共13個(gè)輸出接口。綜合分析，確定選用的PLC為S7-200CPU226加上4輸入4輸出EM223擴(kuò)展模塊。S7-200系列CPU226型PLC和擴(kuò)展模塊EM223的主要技術(shù)指標(biāo)如表6-1所示。表6-1PLC和擴(kuò)展模塊技術(shù)指標(biāo)型號(hào)CPU226DC/DC/DC物理特性尺寸196×80×62mm重量660g功耗17WI/O特性本機(jī)數(shù)字量輸入24輸入本機(jī)數(shù)字量輸出16輸出常規(guī)特性定時(shí)器總數(shù)256個(gè)計(jì)數(shù)器總數(shù)236個(gè)時(shí)鐘內(nèi)置型號(hào)EM223輸入點(diǎn)數(shù)4輸入輸出點(diǎn)數(shù)4輸出6.1.2傳感器的選擇本次設(shè)計(jì)需要選擇5個(gè)光電傳感器和4個(gè)限位開(kāi)關(guān)。其中一個(gè)光電傳感器用于檢測(cè)軸承是否到達(dá)指定位置，指示軸承裝配機(jī)器人是否可以開(kāi)始工作。另4個(gè)光電傳感器放置在垂直于軸上側(cè)，用于檢測(cè)軸承是否裝配完成。4個(gè)限位開(kāi)關(guān)分別為上限位、下限位、左限位和右限位。上限位開(kāi)關(guān)和右限位開(kāi)關(guān)用于保證軸與軸承的精確定位，下限位和左限位開(kāi)關(guān)用于機(jī)器人回到原點(diǎn)。光電傳感器就是通過(guò)對(duì)光的阻斷和導(dǎo)通，在感應(yīng)電流的變化來(lái)判斷開(kāi)關(guān)。光電傳感器的選型需要考慮安裝位置，即所安裝的位置要有利于檢測(cè)軸承。綜上，選定GRTE18作為本次設(shè)計(jì)的光電傳感器。該型號(hào)的光電傳感器參數(shù)如表6-2所示。表6-2光電傳感器參數(shù)型號(hào)檢測(cè)原理檢測(cè)范圍光源種類GRTE18漫反射5mm-100mm可見(jiàn)紅光限位開(kāi)關(guān)就是類似于按鈕的作用，將限位開(kāi)關(guān)安置在指定位置，由機(jī)器人撞擊限位開(kāi)關(guān)完成電路轉(zhuǎn)換。上限位、下限位、左限位和右限位應(yīng)選擇直動(dòng)防護(hù)式限位開(kāi)關(guān)，選用JLXKI-111型號(hào)作為限位開(kāi)關(guān)。該型號(hào)的限位開(kāi)關(guān)參數(shù)如表6-3所示。表6-3限位開(kāi)關(guān)參數(shù)型號(hào)額定電壓觸頭換接時(shí)間交流直流JLXKI-111380V220V0.04s6.2I/O地址分配表本次設(shè)計(jì)的I/O地址分配表如表6-4所示。表6-4I/O地址分配表輸入序號(hào)地址符號(hào)功能1I0.0SB1啟動(dòng)2I0.1SB2急停3I0.2SB3左移4I0.3SB4右移5I0.4SB5上升6I0.5SB6下降7I0.6SB7伸長(zhǎng)8I0.7SB8縮回9I1.0SQ1上限開(kāi)關(guān)10I1.1SQ2下限開(kāi)關(guān)11I1.2SQ3左限開(kāi)關(guān)12I1.3SQ4右限開(kāi)關(guān)13I1.4SB9暫停續(xù)表6-4序號(hào)地址符號(hào)功能14I1.5工件檢測(cè)15I1.6SB10手爪夾緊16I1.7SB11手爪放松17I2.0SB12手臂正轉(zhuǎn)18I2.1SB13手臂反轉(zhuǎn)19I2.2SB14手動(dòng)模式20I2.3SB15自動(dòng)模式21I2.4裝配檢測(cè)122I2.5裝配檢測(cè)223I2.6裝配檢測(cè)324I2.7裝配檢測(cè)425I3.0SB16手腕電機(jī)正轉(zhuǎn)26I3.1SB17手腕電機(jī)反轉(zhuǎn)27I3.2FR1移動(dòng)電機(jī)熱繼電器28I3.3FR2升降電機(jī)熱繼電器輸出序號(hào)地址符號(hào)功能1Q0.0KM1左移2Q0.1KM2右移3Q0.2KM3上升4Q0.3KM4下降5Q0.4H1原點(diǎn)指示燈6Q0.51YA伸長(zhǎng)7Q0.62YA縮回8Q0.73YA手爪夾緊9Q1.04YA手爪放松10Q1.15YA手臂正轉(zhuǎn)11Q1.26YA手臂反轉(zhuǎn)12Q1.3手腕電機(jī)正轉(zhuǎn)13Q1.4手腕電機(jī)反轉(zhuǎn)6.3主電路電氣原理圖本次設(shè)計(jì)的主電路電氣原理圖如圖6-1所示。圖6-1主電路電氣原理圖6.4氣動(dòng)控制回路對(duì)于本次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)控制回路選用三位五通電磁換向閥，以便在某一動(dòng)作完成后保持狀態(tài)。經(jīng)分析選用4V230C-08型三位五通電磁換向閥。該型號(hào)的產(chǎn)品規(guī)格如表6-5。表6-5換向閥性能參數(shù)型號(hào)工作介質(zhì)接管口徑有效截面積工作溫度4V230C-08空氣PT1/812mm2-20~70°C本次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)原理圖如圖6-2所示。圖中1YA得電手臂伸長(zhǎng)，2YA得電手臂縮回；3YA得電手爪夾緊，4YA得電手爪放松；5YA得電氣缸左回轉(zhuǎn)，6YA得電氣缸右回轉(zhuǎn)。圖6-2氣動(dòng)原理圖6.5PLC接線原理圖本次設(shè)計(jì)共需要28個(gè)輸入端口，13個(gè)輸出端口，根據(jù)上面的I/O端口分配表，其硬件接線圖如圖6-3所示。圖6-3PLC硬件接線圖

第七章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7.1機(jī)器人工作流程如圖7-1顯示了軸承裝配機(jī)器人的工作流程。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)器人從原點(diǎn)位置完成以下10個(gè)動(dòng)作：手臂下降、手爪夾緊、手臂上升、手臂右移、手腕上轉(zhuǎn)、手臂伸長(zhǎng)、軸承安裝（有軸承安裝檢測(cè)），手爪放松、手臂縮回、手腕下轉(zhuǎn)和手臂左移（回原點(diǎn)位置），從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)作的循環(huán)。機(jī)器人開(kāi)始工作前，必須由光電傳感器檢測(cè)是否有軸承。機(jī)器人下降、上升、向左移動(dòng)和向右移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換都由限位開(kāi)關(guān)控制，手爪夾緊和放松的轉(zhuǎn)換由光電傳感器和限位開(kāi)關(guān)共同控制。為了確保安全和效率，將機(jī)器人向左移動(dòng)后，如果在安裝位置沒(méi)有任何工作，則必須降低機(jī)器人的位置。如果尚未完成軸承安裝之前的工作，則機(jī)器人自動(dòng)暫停并待命。同時(shí)，還檢測(cè)軸承的運(yùn)動(dòng)。在機(jī)器人返回原始位置后，傳送帶會(huì)一直移動(dòng)直到檢測(cè)到工件為止。這樣減少了能耗，使其更加準(zhǔn)確和智能。因此，有一個(gè)光電傳感器被配置檢測(cè)軸承是否存在的信號(hào)。圖7-1機(jī)器人工作流程圖7.2程序流程圖本次設(shè)計(jì)的軸承裝配機(jī)器人的控制方式包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。兩種模式如下：手動(dòng)工作模式：通過(guò)點(diǎn)動(dòng)控制使軸承裝配機(jī)器人單獨(dú)完成相應(yīng)的動(dòng)作。手動(dòng)操作可用于單獨(dú)完成某些裝配動(dòng)作。自動(dòng)工作模式：在自動(dòng)模式下，只需按下啟動(dòng)按鈕，軸承裝配機(jī)器人會(huì)自動(dòng)完成如圖7-1所示的流程進(jìn)行裝配工作，并可自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)裝配工作周期。手動(dòng)模式和自動(dòng)模式不能同時(shí)進(jìn)行，在各自程序中加入互鎖。主程序流程圖如圖7-2所示。圖7-2主程序流程圖7.2.1手動(dòng)模式流程圖在手動(dòng)模式下，該設(shè)計(jì)程序梯形圖有以下特點(diǎn)：一是相反方向的運(yùn)動(dòng)加了互鎖裝置，比如在手臂“上升”的時(shí)候，“下降”按鈕不會(huì)起作用等。二是限位開(kāi)關(guān)的作用，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置時(shí)，PLC相關(guān)程序會(huì)自動(dòng)斷電，避免超出量程。三是手動(dòng)模式與自動(dòng)模式增加了互鎖裝置，保證了機(jī)器人只能在一個(gè)工作模式下工作。四是手動(dòng)模式包括了機(jī)器人的十個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作，但不包含檢測(cè)工件裝置的手動(dòng)操作。手動(dòng)模式的流程圖如圖7-3所示。圖7-3手動(dòng)模式流程圖7.2.2自動(dòng)模式流程圖在自動(dòng)模式下的梯形圖有以下特點(diǎn)：一是急停開(kāi)關(guān)位于總線，暫停開(kāi)關(guān)位于每段程序末端，故急停能做到隨時(shí)停止工作；二是為了保證機(jī)器人的初始位置在原點(diǎn)，在程序開(kāi)始執(zhí)行前，增加了一個(gè)復(fù)位程序，保證機(jī)器人初始位置在原點(diǎn)處。三是當(dāng)開(kāi)關(guān)夾緊或者放松時(shí)，很難通過(guò)限位開(kāi)關(guān)判斷動(dòng)作是否完成，故采用延時(shí)控制程序，給工件夾緊和放開(kāi)留出充足的時(shí)間。自動(dòng)模式流程圖如圖7-4所示。圖7-4自動(dòng)模式流程圖

結(jié)束語(yǔ)本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一款基于PLC控制的自動(dòng)抓取并完成軸承裝配的機(jī)器人的設(shè)計(jì)。隨著對(duì)裝配機(jī)器人的深入了解和在李老師的指導(dǎo)下，完成了課題的設(shè)計(jì)——先對(duì)軸承裝配機(jī)器人總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，再對(duì)具體的機(jī)械部分和控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。課題涉及到同步帶設(shè)計(jì)，三相異步電機(jī)的計(jì)算選型，導(dǎo)軌的計(jì)算選型，絲杠機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì)，氣缸、步進(jìn)電機(jī)的選型，錐齒輪的選型，氣爪的選型和PLC的選型。本次設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了大學(xué)所學(xué)知識(shí)，包括電工學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)機(jī)與自動(dòng)線等。在設(shè)計(jì)期間，發(fā)現(xiàn)自己傳感器方面的知識(shí)相當(dāng)匱乏，對(duì)于傳感器的選型十分困難，在以后的工作中要增強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)。本設(shè)計(jì)仍然存在個(gè)別沒(méi)有解決的問(wèn)題：首先是各個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的銜接安裝問(wèn)題并沒(méi)有解決