機(jī)械手畢業(yè)論文---基于plc的三自由度機(jī)械手及控制

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于PLC的三自由度機(jī)械手及控制 </p><p>　　題目下達(dá)日期： 年 月 日</p><p>　　開 始 日 期： 年 月 日</p><p>　　完

2、 成 日 期： 年 月 日</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī) 電 一 體 化 </p><p>　　班 級(jí)： 機(jī) 電 0 9 0 2 </p><p><b>　　數(shù)控工程學(xué)院</b>&l

3、t;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　為了克服現(xiàn)有抄片機(jī)手工操作引起的種種產(chǎn)品缺陷，采用模塊化、集成化、邏輯分析等方法，針對(duì)特殊使用要求設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用在高性能紙基摩擦材料抄片工藝上的氣動(dòng)機(jī)械手，包括機(jī)械手硬件結(jié)構(gòu)、動(dòng)作流程以及氣動(dòng)控制回路。采用AS-i總線整合機(jī)械手傳感器、終端位置控制器、閥島和控制器等，具有上擴(kuò)展能力，可以達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求。

4、</p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于一種三自由度氣動(dòng)機(jī)械手，應(yīng)用三個(gè)氣缸及其附屬機(jī)構(gòu)完成了一種氣動(dòng)的三自由度機(jī)械手。它解決了目前機(jī)械手使用不便的問題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、控制性能好、可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式并能牢固夾持工件，并且生產(chǎn)效率高，工作強(qiáng)度大，可夾持大工件等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣缸； 氣動(dòng)； 牢固； 夾持；控制 </p><p>　　Abstra

5、ctThis text introduces the concept of the assembly robot, robot components and classifications of the degree of freedom manipulat

6、or, the characteristics of pneumatic technology, PLC control the characteristics and development at home and abroad. Manipulator throug

7、h the overall program design, to determine the coordinates of the robot type and degree of freedom to determine the tech

8、nical parameters of the manipulator. At the same time, the use of pneumatic drive system designed to achieve </p><p>

9、<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 本課題設(shè)計(jì)的背景</p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性</p><p>　　綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義</p><p>　　1.2 本

10、課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p><b>　　機(jī)械手簡(jiǎn)介</b></p><p>　　機(jī)械手的組成、分類、工作原理</p><p>　　1.3 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 </p><p>　　第二章 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p&

11、gt;　　第三章 機(jī)械手機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　第四章 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2 機(jī)械手的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　第五章 結(jié) 論</b></p><p><b>　　前言</b>&

12、lt;/p><p>　　機(jī)械手是傳遞機(jī)構(gòu)中的重要部分，通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)將物料從某一位置和方位，按一定運(yùn)動(dòng)軌跡傳遞到另一位置和方位。近年來(lái)，機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化領(lǐng)域中，特別是在有毒、放射、易燃易爆等惡劣環(huán)境內(nèi)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其中氣動(dòng)機(jī)械手與其它類型的機(jī)械手相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、易于控制、維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此氣動(dòng)控制機(jī)械手機(jī)構(gòu)被很多場(chǎng)合所采用。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，大量采用傳感器，智能元件的拼裝式氣動(dòng)

13、機(jī)械手克服了傳統(tǒng)氣動(dòng)機(jī)械手的笨重、無(wú)通用性等缺點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和通用性。同時(shí)，由于采用總線連接集成系統(tǒng)，特別是帶集成PLC以及總線接口的閥島，提高了氣動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性，簡(jiǎn)化了安裝和維修。國(guó)外發(fā)展的帶新型智能型電磁閥的氣動(dòng)定位系統(tǒng)、采用反饋控制，當(dāng)行程為300mm、速度為2m/s時(shí)，定位精度可達(dá)±0.1mm。</p><p>　　在機(jī)械加工及注塑加工行業(yè)，很多工位為物體的拾取操作。這種操作一般動(dòng)作簡(jiǎn)

14、單，重復(fù)性很大。目前針對(duì)這種需求，設(shè)計(jì)了很多拾取機(jī)械，這些拾取機(jī)械包括電動(dòng)的、液動(dòng)的以及氣動(dòng)的。但是目前種種操作機(jī)械或機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)形式為直角坐標(biāo)式的，而在許多場(chǎng)合這種操作需要圓周運(yùn)動(dòng)，需要具有旋轉(zhuǎn)功能的操作機(jī)械，但這種機(jī)械目前尚未見到。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本設(shè)計(jì)提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的三自由度氣動(dòng)機(jī)械手。</p><p>　　氣動(dòng)技術(shù)是流體控制的一個(gè)重要分支，具有成本低廉、工作效

15、率高、較高的功率重量比、無(wú)污染、使用維護(hù)方便以及對(duì)環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)各部門得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的不斷發(fā)展，較高精度的氣動(dòng)伺服系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并為在機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。機(jī)械手是傳遞機(jī)構(gòu)中的重要部分，通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)將物料從某一位置和方位，按一定運(yùn)動(dòng)軌跡傳遞到另一位置和方位。近年來(lái)，機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化領(lǐng)域中，特別是在有毒、放射、易燃易爆等惡劣環(huán)境內(nèi)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其

16、中氣動(dòng)機(jī)械手與其它類型的機(jī)械手相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、易于控制、維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此氣動(dòng)控制機(jī)械手機(jī)構(gòu)被很多場(chǎng)合所采用。</p><p>　　迄今為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用控制理論的研究成果，如自適應(yīng)控制、模糊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制等，對(duì)氣動(dòng)位置伺服系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究并取得了一定進(jìn)展。但由于氣體的壓縮性較大以及氣缸摩擦力等不確定因素的影響。對(duì)氣動(dòng)位置系統(tǒng)進(jìn)行高精度控制一直是個(gè)難題。Bobro

17、w等建立了氣動(dòng)系統(tǒng)模型使用擴(kuò)展的自適應(yīng)控制方法對(duì)三自由度氣動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)械手進(jìn)行了力/位置混合控制。楊慶俊等提出了氣動(dòng)統(tǒng)反饋線性化并實(shí)現(xiàn)了較高精度的位置控制。本文采用前饋補(bǔ)償極點(diǎn)配置自校正控制策略,利用 LabVIEW實(shí)時(shí)模塊構(gòu)造了機(jī)械手關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)，通過(guò)路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)反解及關(guān)節(jié)控制器,完成了3個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的實(shí)時(shí)控制。在軌跡跟蹤方面的實(shí)驗(yàn)取得了滿意的效果,為進(jìn)一步的工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里大量采用傳感器，智能元件的拼裝式氣動(dòng)機(jī)

18、械手克服了傳統(tǒng)氣動(dòng)機(jī)械手的笨重、無(wú)通用性等缺點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和通用性。同時(shí)，由于采用總線連接集成系統(tǒng)，特別是帶集成PLC以及總線接口的閥島，提高了氣動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性，簡(jiǎn)化了安裝和裝修。國(guó)外發(fā)展的帶新型智能型電磁閥的氣動(dòng)定位系統(tǒng)，采用反饋控制。</p><p>　　機(jī)器人及機(jī)械手是機(jī)電一體化技術(shù)的典型產(chǎn)品，充分了解機(jī)器人或機(jī)械手的設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)機(jī)電專業(yè)的學(xué)生有很重要的意義。機(jī)器人或機(jī)械手對(duì)應(yīng)用到的技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)

19、化生產(chǎn)中占有重要的地位，以機(jī)器人或機(jī)械手作為機(jī)電方面學(xué)習(xí)的典型實(shí)驗(yàn)設(shè)備有其不可替代的優(yōu)點(diǎn)。但是，就目前的發(fā)展情況來(lái)看，機(jī)器人或機(jī)械手進(jìn)入課堂及機(jī)電學(xué)科相關(guān)實(shí)驗(yàn)的很少。目前市場(chǎng)上所提供的機(jī)器人或機(jī)械手一般價(jià)格在十幾萬(wàn)元左右，且其不具開放性，即用戶只能高端應(yīng)用而無(wú)法進(jìn)行低層次或高層次開發(fā)，因此，研 制一種低成本開放性的機(jī)械手是非常必要的。</p><p><b>　　機(jī)械手的定義</b><

20、/p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是一種能模仿人手動(dòng)作，能在三維空間完成各種作業(yè)，按給定的程序或要求自動(dòng)的完成對(duì)象傳送或操作，并且有可改變的和反復(fù)編程的機(jī)電一體化自動(dòng)化機(jī)械裝置，特別適合于多種品種、變批量的柔性生產(chǎn)。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。 </p><p>

21、　　1.2.1三自由度簡(jiǎn)介</p><p>　　自由度是說(shuō)“自由運(yùn)動(dòng)空間的維數(shù)”。譬如一個(gè)構(gòu)件，在空間上完全沒有約束，那么它可以在3個(gè)正交方向上平動(dòng)，還可以有三個(gè)正交方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，那么就有6個(gè)自由度。約束增加，自由度就減少，如果該構(gòu)件的所有運(yùn)動(dòng)都被限制，那自由度就是0（相對(duì)慣性坐標(biāo)系靜止的構(gòu)件）。</p><p>　　工件定位的實(shí)質(zhì)就是要限制對(duì)加工有不良影響的自由度。設(shè)空間有一固定點(diǎn)，工件的

22、底面與該點(diǎn)保持接觸，那么工件Z軸的位置自由度便被限制了。</p><p>　　取物體，所有三個(gè)自由度均采用氣缸實(shí)現(xiàn)。氣缸引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中通過(guò)膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。據(jù)工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量

23、增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。</p><p>　　所述水平移動(dòng)氣缸設(shè)置在水平機(jī)架上，水平移動(dòng)導(dǎo)桿與垂直氣缸連接板相連接，垂直升降氣缸與垂直升降導(dǎo)桿安裝在垂直氣缸連接板上，氣動(dòng)手爪通過(guò)小氣缸安裝在垂直升降導(dǎo)桿下端部，</p><p>　　本設(shè)計(jì)三自由度氣動(dòng)機(jī)械手，水平移動(dòng)氣缸充氣時(shí)，在水平導(dǎo)桿的導(dǎo)向下，垂直氣缸連接板帶動(dòng)垂直升降氣缸及垂直升降導(dǎo)桿所

24、組成的垂直升降組件在水平方向移動(dòng)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械手臂作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)360°，從而完成手爪繞旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。比單純用氣缸帶動(dòng)機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)自由度更大，方便了加工，提高了工作效率。</p><p>　　1.22機(jī)械手的工作流程</p><p>　　在拾取物體時(shí)，水平移動(dòng)氣缸1收縮，在水平移動(dòng)導(dǎo)桿2的導(dǎo)向作用下，垂直氣缸連接板3帶動(dòng)垂直升降氣缸4及垂直升降導(dǎo)桿5移向

25、圖示的機(jī)架3的左邊，這時(shí)在垂直升降氣缸4的作用下，垂直升降導(dǎo)桿5伸出，在垂直導(dǎo)桿5的導(dǎo)向下，氣動(dòng)手爪11向下移動(dòng)，同時(shí)在小氣缸11的作用下，手爪開啟，到手爪到達(dá)其極限位置（即應(yīng)拾取的物體的位置）時(shí)，在小氣缸12的作用下，手爪閉合，夾持住物體。此時(shí)在垂直升降氣缸4的作用下，氣動(dòng)手爪11收縮，當(dāng)氣動(dòng)手爪11移動(dòng)到上極限位置時(shí)，水平移動(dòng)氣缸1伸長(zhǎng)，使水平移動(dòng)導(dǎo)桿2達(dá)到其右極限位置，此時(shí)在電機(jī)6的作用下，通過(guò)底座13上的小齒輪8，大齒輪9嚙合，

26、連接板10的連接下，整個(gè)機(jī)械手臂繞機(jī)架7轉(zhuǎn)動(dòng)，直至其所定極限位置，然后垂直升降氣缸4伸出，直至氣動(dòng)手爪11達(dá)到其下端的極限位置，此時(shí)在小氣缸12的作用下，手爪開啟，物體在重力作用下，自由下落。此為拾取物體的一個(gè)循環(huán)。同樣，物體可從三個(gè)氣缸的6個(gè)極限位置實(shí)現(xiàn)的手爪的任一極限位置拾取和放置物體。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種三自由度氣動(dòng)機(jī)械手，主要由平移氣缸、平移滑塊、機(jī)架、底座、擺動(dòng)氣缸

27、、平移導(dǎo)桿、手爪、垂直升降氣缸、垂直升降導(dǎo)桿及擺動(dòng)裝置所組成，平移氣缸和平移滑塊相連接并設(shè)置在平移機(jī)架上，平移導(dǎo)桿與平移滑塊相連接，垂直升降氣缸與垂直升降導(dǎo)桿安裝在平移滑塊上，手爪安裝在垂直升降氣缸的下端部，擺動(dòng)氣缸的下端部連接在底座上，擺動(dòng)氣缸的上部連接在擺動(dòng)裝置上，擺動(dòng)裝置的下端固定地連接在機(jī)架上，擺動(dòng)裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與底座相連接。</p><p>　　本設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，水平移動(dòng)氣缸充氣時(shí)，在水平導(dǎo)桿的導(dǎo)向下，滑塊

28、帶動(dòng)垂直升降氣缸及垂直升降導(dǎo)桿所組成的垂直升降組建在水平方向移動(dòng)。擺動(dòng)氣缸在電磁閥的控制下可使機(jī)架及機(jī)架上的構(gòu)建繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而完成手爪繞旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。手爪在氣體的作用下可開啟和閉合。這樣產(chǎn)生了手爪的水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。所有的執(zhí)行件皆為氣缸。整個(gè)機(jī)械手通過(guò)底座安裝在其基礎(chǔ)上。本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)方式等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1 三自由度機(jī)械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)方式 

29、;   三自由度機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型。圖1為機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)械手手臂的左右運(yùn)動(dòng)(水平方向)由伸縮步進(jìn)電機(jī)控制，上下運(yùn)動(dòng)(垂直方向)由升降步進(jìn)電機(jī)控制，逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由底盤直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。機(jī)械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其夾緊與松開用氣壓驅(qū)動(dòng)，并由電磁閥控制。    機(jī)械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動(dòng)作將工件從A處搬運(yùn)到B處。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6為水平和垂直方向上

30、的限位開關(guān)，SQ3，SQ4為原點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置的光接近開關(guān)。2 三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    三自由度機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。自動(dòng)方式又分為自動(dòng)回原點(diǎn)、單步、單周期、連續(xù)四種工作方式。</p><p>　　2．1 硬件設(shè)計(jì)    主控制系統(tǒng)選用三菱FX2N系列晶體管輸出型PLC，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用SH-20403型模塊

31、。機(jī)械手的外部接線圖如圖2所示。</p><p><b>　　總體方案</b></p><p><b>　　控制對(duì)象的工作原理</b></p><p>　　機(jī)械手具有三個(gè)運(yùn)動(dòng)：手爪的開合，手臂繞軸的上、下擺動(dòng)，手臂的左右運(yùn)動(dòng)，手臂在水平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)。這三運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了機(jī)械手的三個(gè)自由度。</p><p>

32、　　2、控制方案的論證及選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由3個(gè)大部件和3個(gè)電動(dòng)機(jī)組成。其運(yùn)動(dòng)控制方式為：三自由度機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型。⑴、氣控機(jī)械手（有光電傳感器確定）;⑵、機(jī)械手手臂的左右運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件完成，上下運(yùn)動(dòng)由升降步進(jìn)電機(jī)控制；⑶、逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由回旋360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)能帶動(dòng)機(jī)械手及絲杠組自由旋轉(zhuǎn)；⑷、旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上3部分；⑸、機(jī)械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，氣

33、控機(jī)械手的張合由氣壓驅(qū)動(dòng)，并由電磁閥控制。</p><p><b>　　總體方案框圖及說(shuō)明</b></p><p>　　機(jī)械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動(dòng)作將工件從A處搬運(yùn)到B處。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6為水平和垂直方向上的限位開關(guān)，SQ3，SQ4為原點(diǎn)位置和重點(diǎn)位置的光接近開關(guān)</p><p>　　四、機(jī)械手機(jī)械機(jī)構(gòu)部分</p>

34、<p><b>　　1、機(jī)械手的組成</b></p><p>　　機(jī)械手主要由手部、臂部和機(jī)身3部分組成。</p><p><b>　　機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖</b></p><p>　?、攀植?手部是直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型和平動(dòng)性。手部多為兩指夾卸。根據(jù)需要可分為外抓式和內(nèi)抓式兩種。本設(shè)計(jì)采用的是平動(dòng)型

35、</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜械杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。</p><p>　　⑵臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐手部，并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　臂部運(yùn)動(dòng)是把手部夾緊的工件運(yùn)動(dòng)到允許范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。因此，一般臂部具有三個(gè)自由度。即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動(dòng)

36、。</p><p>　　手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的手力情況分析，它在工作中即受手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。</p><p>　　⑶機(jī)身 它主要起支撐整個(gè)機(jī)械手的作用，并帶動(dòng)手臂實(shí)現(xiàn)升降及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　機(jī)械手的技術(shù)

37、參數(shù)列表</p><p><b>　　用途：用于車間搬運(yùn)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)</b></p><p><b>　　抓重：60Kg</b></p><p>　　自由度數(shù)：3個(gè)自由度</p><p><b>　　座標(biāo)型

38、式：圓柱坐標(biāo)</b></p><p>　　最大工作半徑：1600mm</p><p>　　手臂最大中心高：1248mm</p><p><b>　　手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　伸縮行程：1200mm</p><p>　　伸縮速度：83mm/s</p><

39、;p>　　升降行程：300mm </p><p>　　升降速度：67mm/s</p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍：0~360°</p><p><b>　　電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的選擇</b></p><p>　?、挪竭M(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏?/p>

40、移或線位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　

41、　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪

42、聲和振動(dòng)都很大?；旌鲜讲竭M(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手水平方向和垂直方向選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為0.9°/1.8°，電流1.5A。M1是橫軸電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮；M2是縱軸電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。所選用的步進(jìn)

43、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是SH-20403型，該驅(qū)動(dòng)器采用10~40V直流供電，H橋雙極恒相直流驅(qū)動(dòng)，最大3A的8種輸出電流可選，最大64細(xì)分的7種細(xì)分模式可選，輸入信號(hào)光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機(jī)保持功能，半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計(jì)，保證了驅(qū)動(dòng)器可適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自情況在10~40VDC之間選擇。一般來(lái)說(shuō)較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩，但卻會(huì)加大驅(qū)動(dòng)器的損耗

44、和溫升。本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為3A/相，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)8種輸出電流，從0.9A到3A以配合不同的電機(jī)使用。本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分7種運(yùn)動(dòng)模式，利用驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。</p><p>　　底座選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的578BL1010H1無(wú)刷直流電機(jī)，其調(diào)速范圍

45、寬、低速力矩大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低噪音、效率高。無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的BL-0408驅(qū)動(dòng)器，其采用24~48V直流供電，有起停及轉(zhuǎn)向控制、過(guò)流、過(guò)壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù)，且有故障報(bào)警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動(dòng)快速停機(jī)等特點(diǎn)。</p><p><b>　　控制部分設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件部分設(shè)計(jì)</b></p>

46、<p>　?、殴に囘^(guò)程及工作分析</p><p>　　如下例圖中工件傳送機(jī)械手的動(dòng)作為：機(jī)械手將工件從A點(diǎn)向B點(diǎn)移送。機(jī)械手的上升、下降與左移、右移都是由PLC系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。抓手對(duì)物件的松開、夾緊是由一個(gè)單線圈兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)汽缸完成的，只有電磁閥通電時(shí)抓手才能夾緊。</p><p>　　例如，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降。當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止下降，但報(bào)

47、紙現(xiàn)有的動(dòng)作狀態(tài)。只有在上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升。當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止上升。同樣，左移與右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松與夾緊由一個(gè)單線圈二位電磁閥控制，該線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊。該線圈斷電時(shí)機(jī)械手放松。機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，必須對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行檢查，確認(rèn)上面無(wú)工件才允許機(jī)械手下降。通常采用光電開關(guān)進(jìn)行有無(wú)工件檢測(cè)。</p><p>　　機(jī)械手的控制分

48、為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種方式。手動(dòng)操作分為手動(dòng)和回原點(diǎn)兩種操作，自動(dòng)操作分為步進(jìn)、單周期和連續(xù)操作方式。</p><p>　　步進(jìn)操作每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手前進(jìn)一個(gè)工序，然后自動(dòng)停止。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]蔡自興，機(jī)器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.</p>&l

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