畢業(yè)設計-----plc控制齒輪機械手自動升降設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　機械手是在自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，廣泛應用于工業(yè)生產和其他領域?？删幊炭刂破鳎≒LC）已在工業(yè)生產過程中得到廣泛的應用。論文以三菱FX2N型PLC為基礎，介紹PLC在機械手搬運控制中的應用，設計了一套可行的機械手控制系統，并給出了詳細的PLC程序。介紹了一種基于PLC控制的氣動機械手的設計，詳細介紹了氣動機械手的

2、結構設計、工作原理、氣壓傳動系統和電氣控制系統設計等具體內容。介紹了氣動機械手的動作順序及其應用PLC進行控制的設計方法，建立了相應的氣動原理圖，確定了PLC的輸入∕輸出量，建立了PLC控制的硬件接線圖及相應的控制流程圖。通過PLC的軟件程序控制各電磁閥，驅動氣缸動作，從而控制機械手的動作。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參

3、數。</p><p>　　關鍵詞：氣動機械手 PLC 氣壓傳動</p><p><b>　　英文摘要</b></p><p>　　Abstract: The manipulator is a new device developed in the automatic production process. It is widely used i

4、n industrial producing and other fields. Programmable Logic Controller (PLC), has been widely used in industrial producing as well. Based on the PLC of SanLing FX2N type,this paper introduces PLC application in manipulat

5、or transportation control system.The design of pneumatic manipulator based on PLC control eas introduced.The structural design,operational principle,pneumatic transmission </p><p>　　Keywords:pneumatic manipu

6、lator ;PLC ; pneumatic trasmission</p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　英文摘要2</b></p><p><b>　　第一章 前言3</b></p><p>　　第二章 機械手概述4</p&g

7、t;<p>　　2.1工業(yè)機械手的簡史5</p><p>　　2.2工業(yè)機械手的應用意義及在生產中的應用6</p><p>　　2.2.1機械手的應用意義6</p><p>　　2.3 機械手的系統結構7</p><p>　　2.4 機械手的組成8</p><p>　　2.4.1執(zhí)行機構8&l

8、t;/p><p>　　2．4.2驅動機構9</p><p>　　2.4.3控制機構9</p><p>　　2.5 機械手的分類9</p><p>　　2.6 機械手的發(fā)展趨勢10</p><p>　　2.6.1氣動機械手的研究與發(fā)展12</p><p>　　第三章 可編程控制器12&l

9、t;/p><p>　　3.1 PLC的特點13</p><p>　　3.2 PLC的應用領域14</p><p>　　3.4 PLC的發(fā)展16</p><p>　　3.5可編程控制器的組成17</p><p>　　3.6 PLC工作原理18</p><p>　　第四章 機械手總體結構的確定

10、19</p><p>　　4.1機械手性能參數列表19</p><p>　　4.2 機械手驅動機構的選擇20</p><p>　　4.3 機械手控制機構的選擇20</p><p>　　4.4 機械手的運動自由度20</p><p>　　4.5機械手的結構形式選擇及手部形式的選擇21</p>&

11、lt;p>　　4.5.1機械手的結構形式選擇21</p><p>　　4.5.2機械手手部形式的選擇及其計算23</p><p>　　第五章 氣動系統設計及元器件的選擇26</p><p>　　5.1 氣壓傳動系統原理26</p><p>　　5.2 氣壓傳動系統設計26</p><p>　　5.3 氣

12、動系統元器件的選擇27</p><p>　　第六章 機械手的PLC控制系統設計28</p><p>　　6.1氣動機械手控制要求28</p><p>　　6.2確定PLC所需的I/O點個數及PLC型號的選擇29</p><p>　　6.3 PLC的程序設計31</p><p>　　6.4 利用 PLC進行氣動

13、機械手控制的特點34</p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　結 論36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>　　第一章 前言</b></p>&l

14、t;p>　　機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p>　　機械手是工業(yè)自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物﹑裝配﹑切割﹑噴染等，應用很廣泛，尤其是在危險的場合，嚴重威脅人們安

15、全和健康的環(huán)境下，采用機械手代替人，具有十分重要的意義。</p><p>　　各種類型的機械手是自動化生產中必不可少的重要設備。而各種應用場所的機械手，其原理﹑結構及功能是一致的。</p><p>　　PLC由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性，此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息；PLC采用

16、光電隔離和濾波技術技術有效抑制外部干擾源對PLC的影響，此外PLC還可在較為復雜的環(huán)境下工作；編程簡單，易于掌握；設計安裝容易，維護工作量少；功能強、通用性好；開發(fā)周期短，功耗小。本課題對現代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義?？删幊绦蚩刂破鱌LC控制的物料搬運機械手控制系統動作簡便、線路設計合理、具有較強的抗干擾能力，保證了系統運行的可靠性，降低了維修率，提高了工作效率。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和

17、計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。應用PLC控制機械手實現各種規(guī)定餓工序動作，可以簡化控制電路，不僅可以提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。PLC控制機械手，可以提高工業(yè)機械手的整體技術性能起到良好的作用，它不僅提高產品的質量與產量，且測試精確，運行高速可靠</p><p>　　在此次設計中，我所做的機

18、械手PLC控制的物料搬運機械手，采用氣動的驅動方式。氣動機械手作為機械手的一種，具有結構簡單﹑重量輕﹑等你工作迅速﹑平穩(wěn)﹑可靠﹑節(jié)能和部污染環(huán)境而被廣泛采用。</p><p><b>　　第二章 機械手概述</b></p><p>　　工業(yè)機械手是五十年代末才發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期

19、的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，出現了數控加工中心，它在減輕工人的勞動強度的同時， 大大提高了勞動生產率。但數控加工中常見的上下料工序，通常仍采用人工操作或傳統繼電器控制的半自動化裝置。前者費時費工、效率低; 后者因設計復雜， 需較多繼電器，接線繁雜，易受車體振動干擾，而存在可靠性差、故障

20、多、維修困難等問題。</p><p>　　機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，機械手的使用已經越來越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設在中國的工廠中引進了自動化生產。但現在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、沿海地區(qū)的中國本土塑料加工廠也開始對機械手表現出越來

21、越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及為工人交工傷費帶來的挑戰(zhàn)?！　‰S著我國工業(yè)生產的飛躍發(fā)展，特別是改革開發(fā)以后，自動化程度的迅速提高，實現工件的裝卸、轉向、輸送或操作釬焊、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)自化，已愈來愈引起我們重視。</p><p>　　2.1工業(yè)機械手的簡史</p><p>　　現代工業(yè)機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應

22、產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化。</p><p>　　機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是：機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統是示教型的。1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統用磁鼓最存儲

23、裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業(yè)機械手。</p><p>　　1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。</p&

24、gt;<p>　　1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米。</p><p>　　美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可

25、靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。</p><p>　　德國機器制造業(yè)是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。</p><p>　　瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。</p&

26、gt;<p>　　瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。</p><p>　　日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產值達443億日元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序

27、約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。</p><p>　　第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電

28、子計算機控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手。</p><p>　　第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturin

29、g Cell)中重要一環(huán)。</p><p>　　隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。</p><p>　　2.2工業(yè)機械手的應用意義及在生產中的應用</p><p>　　機械手是工業(yè)自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。&

30、lt;/p><p>　　2.2.1機械手的應用意義</p><p>　　在工業(yè)中，應用機械手的意義可以概括如下：</p><p>　　一、以提高生產過程中的自動化程度</p><p>　　應用機械手有利于實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。</p><p&

31、gt;　　二、以改善勞動條件，避免人身事故</p><p>　　在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。</p><p>　　在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事

32、故。</p><p>　　三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產</p><p>　　應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產。</p><p>　　綜上所述，有效的應用機械手

33、，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。</p><p>　　2.2.2機械手在生產中的應用</p><p>　　機械手是工業(yè)自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。 在現代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作

34、?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續(xù)的。據資料介紹，美國生產的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中

35、用于提取高溫熔液等等。 1  建造旋轉零件（轉軸、盤類、環(huán)類）自動線 一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。國內這類生產線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的4號和5號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。</p><p>　　2.3 機械手的系統結構</p><p>　　一個機器人系統一般由四個相互作用的部分組成，

36、即機械手、環(huán)境、任務和控制器。</p><p>　　工業(yè)機器人的本體機械系統即為通常的機械手裝置，他由肩、臂、腕、機身或行走機構組成，組合為一個相互依賴的運動機構。</p><p>　　環(huán)境即指機器人所處的周圍狀態(tài)，環(huán)境不僅由機和條件決定，而且有環(huán)境和它所包含的每個事物的全部自然特性決定。</p><p>　　機器人體系結構中的任務一般定義為環(huán)境的兩種狀態(tài)（初始狀態(tài)

37、和目標狀態(tài)）間的差別，必須用適當的程序語言來描述，并能為計算機所理解。</p><p>　　機器人控制器一般為控制計算機，接收來自傳感器的信號，對其進行數據處理，并按照預存信息，即機器人的狀態(tài)及環(huán)境情況等，生成控制信號來驅動機器人的各個關節(jié)運動。</p><p>　　2.4 機械手的組成</p><p>　　機械手主要由執(zhí)行機構、驅動機構、控制系統組成。</p

38、><p><b>　　2.4.1執(zhí)行機構</b></p><p>　　（1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構簡單）。手</p><p>　　部多為兩指（也有多指）；常用的手部按其握持原理不同，可分為夾鉗式手部和吸附式手</p><p>　　部兩大類。夾鉗式手部與人手相似，是工業(yè)機器人廣

39、為應用的一種手部形式。按其夾持方式的不同，可分為內撐式和外夾式兩種，兩者的區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動作的方向相反。吸附式手部也主要分為兩種，即氣吸式和磁吸式。氣吸式是指用負壓吸盤吸附工件，其吸附的工件適用于薄鐵片、板材、紙張、薄而易碎的玻璃器皿和弧形殼體零件等的抓取磁吸式手部是在手腕部裝上電磁鐵或電磁鐵，利用其通電后產生的電磁力來吸取磁鐵性材料工件，適用于要求不高或有剩磁也無妨的場合。</p><p>　

40、　傳力機構形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。</p><p>　?。?） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結構，可以不設腕部

41、，而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。</p><p>　?。?）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。</p><p>　　臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉、升降（或俯仰）運動。&

42、lt;/p><p>　　手臂的各種運動通常用驅動機構（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構來實現。</p><p>　?。?） 行走機構 有的工業(yè)機械手帶有行走機構，我國的正處于仿真階段。</p><p><b>　　2．4.2驅動機構</b></p><p>　　驅動機構：驅動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據動力源的不同，

43、工業(yè)機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動、機械等幾種。</p><p><b>　　2.4.3控制機構</b></p><p>　　控制機構：在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。在此我們使用的是PLC控制，應用PLC控制機械手實現各種規(guī)定的工

44、序動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動生產率。</p><p>　　2.5 機械手的分類</p><p>　　工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內尚無統一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅動方式和控制系統等進行分類。</p><p><b>　　一、按用途分</b></p><p>　　機械手可分為專用機

45、械手和通用機械手兩種：</p><p><b>　　1、專用機械手</b></p><p>　　它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加工中心”。</p><p><b&

46、gt;　　2、通用機械手</b></p><p>　　它是一種具有獨立控制系統的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。格性能范圍內，其動作程序是可變的，通過調整可在不同場合使用，驅動系統和控制系統是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產品種的中小批量自動化的生產。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關”式控制定位，只能是點位控制:可以

47、是點位的，也可以實現連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統定位控制系統，一般的伺服型通用機械手屬于數控類型。</p><p><b>　　(二)按驅動方式分</b></p><p><b>　　1、液壓傳動機械手</b></p><p>　　是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、

48、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統，可實現連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。</p><p><b>　　2、氣壓傳動機械手</b></p><p>　　是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特

49、點是:介質李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，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，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械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。</p><p><b>　　3、機械傳動機械手</b></p><p>　　即由機械傳動機構(如凸輪、連桿

50、、齒輪和齒條、間歇機構等)驅動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結構較大，動作程序不可變。</p><p><b>　　4、電力傳動機械手</b></p><p>　　即有特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動的械手，因為不需要中間的轉換機

51、構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p><b>　　(三)按控制方式分</b></p><p><b>　　1、點位控制</b></p><p>　　它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。

52、若欲控制的點數多，則必然增加電氣控制系統的復雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。</p><p><b>　　2、連續(xù)軌跡控制</b></p><p>　　它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。</p&

53、gt;<p>　　2.6 機械手的發(fā)展趨勢</p><p>　　(1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。</p><p>　　(2)機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化:由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機

54、;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。</p><p>　　(3)工業(yè)機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構:大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　(4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采

55、用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。</p><p>　　(5)虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。</p><p>　　(6)當代遙控機器人系統的發(fā)展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加

56、局部自主系統構成完整的監(jiān)控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。</p><p>　　(7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握

57、了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產品:機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差

58、距;在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業(yè)，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術，對</p><p><b>　　列之中。</b></p><p&

59、gt;　　2.6.1氣動機械手的研究與發(fā)展</p><p>　　氣動機械手強調模塊化的形式。90年代初，有布魯塞爾皇家軍事學院Y.Bando教授領導的綜合技術開發(fā)部開發(fā)研制的電子氣動機器人—“阿基里斯”六腳勘探員，是氣動技術﹑PLC控制技術和傳感技術完美結合產生的“六足動物”。由漢諾威大學材料科學研究院設計的氣動爬墻機器人，集遙感技術和真空技術于一體，成功的解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題等等氣動技術和編程

60、結合的其它研究成果。</p><p>　　現在，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業(yè)、半導體及家電行業(yè)、化肥和化工、食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。</p><p>　　氣動機械手向著重復高精度、模塊化、無給油化、機電氣一體化的方向發(fā)展。目前在世界上形成了以日本、美國和歐洲盟氣動技術、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術和氣動機械手的研究與應用都比較晚，但隨著投入的力度和研發(fā)力度的加大

61、，我國自主研制的許多氣動機械手已經在汽車頂行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。由于氣動機械手有結構簡單、易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點，可以預見，在不久的將來，氣動機械手將越來越廣泛地進入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領域。</p><p>　　第三章 可編程控制器</p><p>　　PLC即可編程控制器（Programmable logic Cont

62、roller，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義： </p><p>　　“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的

63、輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。” </p><p>　　PLC是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數等順序控制功能，建立柔性的程控系統。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一

64、種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　3.1 PLC的特點 </p><p>　　1可靠性高，抗干擾能

65、力強 </p><p>　　高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故

66、障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。 </p><p>　　2配套齊全，功能完善，適用性強 </p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模

67、的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。 </p><p>　　3易學易用，深受工程技術人員歡迎 </p><p>　　PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面

68、向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 </p><p>　　4系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 </p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏

69、輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 </p><p>　　5體積小，重量輕，能耗低 </p><p>　　以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理

70、想控制設備。 </p><p>　　3.2 PLC的應用領域 </p><p>　　目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 </p><p>　　1開關量的邏輯控制 </p><p>　　這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳

71、統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 </p><p><b>　　2模擬量控制 </b></p><p>　　在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量

72、（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 </p><p><b>　　3運動控制 </b></p><p>　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如

73、可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 </p><p><b>　　4過程控制 </b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統中用

74、得較多的調節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 </p><p><b>　　5數據處理 </b></p><p>　　現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成

75、數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統。 </p><p><b>　　6通信及聯網 </b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及P

76、LC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　3.3 PLC的國內外狀況 世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數字設備公司（DEC）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單

77、的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。 20世紀70年代中末期，可編程控制器

78、進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上</p><p>　　3.4 PLC的發(fā)展</p>

79、<p>　　一、PLC發(fā)展的潮流目前，國外PLC制造商不斷推出新產品。西門子最初推出S5系列，然后推</p><p>　　出S7系列；三菱開始是F系列，FX系列，現在是Q系列（A1、A2、A2X）。大</p><p>　　趨勢是功能越來越多，集成度越來越高，網絡功能越來越強。特別是網絡，因為</p><p>　　聯網是一個大潮流。現在各種PLC都在發(fā)

80、展自己的網絡，一般從結構上有兩種，一種在PLC模塊</p><p>　　上做了一個通信輸出口，可以直接與計算機聯接實現點對點通信（RS232聯接）；</p><p>　　另一種是通過多點聯接（RS485聯接），這適用于多層PLC。這方面，西門子的</p><p>　　產品具有代表性，它具有自己的PROFIBUS協議的網絡標準，現在已經被世界上</p>

81、<p>　　絕大多數國家接受，幾乎已經成為國際標準，獲得廣泛的應用。目前網絡是一個</p><p>　　發(fā)展趨勢。網絡的控制中心一般有兩臺計算機，通過電纜與現場的PLC站相連，</p><p>　　每個站就放在被控設備的附近，從設備到PLC站之間的電纜很短，從PLC站到控</p><p>　　制中心只需一根電纜線，這樣成本就大大降低了。</p>

82、<p>　　二、PLC的最新發(fā)展動態(tài)一是PLC網絡化技術的發(fā)展，其中有兩個趨勢，一方面，PLC 網絡系統已經</p><p>　　不再是自成體系的封閉系統，而是迅速向開放式系統發(fā)展，各大品牌PLC除了形</p><p>　　成自己各具特色的PLC網絡系統，完成設備控制任務之外，還可以與上位計算機</p><p>　　管理系統聯網，實現信息交流，成為整

83、個信息管理系統的一部分。另一方面，現</p><p>　　場總線技術得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現場的智能化設備，比如智能化</p><p>　　儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅動執(zhí)行機構等，通過一根傳輸介質（比</p><p>　　如雙絞線，同軸電纜，光纜）連接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由</p><p>　　此構成一

84、個現場工業(yè)控制網絡，這種網絡與單純的PLC遠程網絡相比，配置更靈</p><p>　　活，擴容更方便，造價更低，性能價格比更好，也更具開放意義。二是PLC向高性能小型化發(fā)展。PLC的功能正越來越豐富，而體積則越來越</p><p>　　小。比如三菱的FX-1S系列PLC，最小的機種，體積僅為60×90× 75mm，相當于</p><p>　　一

85、個繼電器，但卻具有高速計數、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力，還</p><p>　　具有可調電位器時間設定功能。PLC已不再是早期那種只能進行開關量邏輯運算</p><p>　　的產品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數運算，PID調節(jié)，溫度控制，精確定位，</p><p>　　步進驅動，報表統計等。

86、從這種意義上說，PLC系統與DCS（集散控制系統）的</p><p>　　差別已經越來越小了。用PLC同樣可以構成一個過程控制系統。</p><p>　　3.5可編程控制器的組成</p><p>　　可編程控制器（PLC）是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物，是一</p><p>　　種以微處理器為核心的用作數字控制的特殊計算機。其硬件

87、配置和一般微機裝置</p><p>　　類似，主要由中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入∕輸出接口電路、編程單元、</p><p>　　電源以及其他電路組成。其基本構成如圖1所示</p><p>　　圖1 PLC硬件基本配置示意圖</p><p>　　由圖知，輸入端子連接外部的輸入元件，如按鈕、控制開關、接近開關、行程開關、控制開關、熱繼電

88、器接點、壓力繼電器接點、數字開關等。輸出端子連接外部的輸出元件，如接觸器、繼電器線圈、信號燈、報警器、電磁鐵、電磁閥、電動機等。</p><p>　　在常規(guī)電氣控制電路中，輸入元件和輸出元件是通過導線連接的，這樣不僅麻煩，而且容易出現接觸不良、斷線等故障，當控制電路復雜時，控制裝置會很龐大，出現故障也難以處理。如果控制功能發(fā)生變化，將不得不重新改裝接線。而PLC得輸入元件和輸出元件的連接不是通過導線連接的，而是通

89、過程序來連接的，所有不會發(fā)生上述常規(guī)電氣控制電路所出現的問題。</p><p>　　PLC的控制原理和常規(guī)的控制電路基本上市一樣的，PLC的控制是通過梯形圖實現的。</p><p>　　3.6 PLC工作原理</p><p>　　當PLC投入運行后，其工作過程一般分成三個階段，即輸入采樣、用戶程序</p><p>　　執(zhí)行和輸出刷新三個階段。

90、完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期</p><p>　　間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段，如圖2所示。</p><p>　　圖2 PLC的掃描周期</p><p><b>　　1）輸入采樣階段</b></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并

91、將它們存入I/O映像區(qū)中的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映像區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p>　　2）用戶程序執(zhí)行階段</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順

92、序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按照先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映像區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。</p><p><b>　　3）輸出刷新階段</b>&l

93、t;/p><p>　　當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經過輸出電路驅動相應的外設。這時才是PLC的真正輸出。</p><p>　　為了提高工作的可靠性，及時接受外來的控制命令，PLC在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進行故障自診斷，完成通訊處理要求。每次掃描開始，先執(zhí)行依次自診斷程序，對各輸

94、入輸出點，存儲器和CPU等進行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分是否工作正常，若不一致則認為有故障。此時，PLC立即啟動關機程序，保留現行工作狀態(tài)并關斷所有輸出點，然后停機。</p><p>　　診斷結束后，如沒發(fā)現故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如果沒有則進行相應的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數據，出錯信息送給編程器顯示等。</p><p>

95、　　處理完通信后，PLC繼續(xù)掃描，輸入現場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始，進行第二輪掃描。</p><p>　　PLC就是這樣不停反復循環(huán)，實現對機器的連續(xù)控制，直到接收到用戶停機命令，</p><p>　　或因停電、出現故障等原因才停止工作</p><p>　　PLC完成上述三個階段稱為一個掃描周期。PLC反復不斷地執(zhí)行

96、上述過程。掃</p><p>　　描周期的長短和PLC的運算速度和工作方式有關，但主要和梯形圖的長度及指令</p><p>　　的種類有關，一個掃描周期的時間大約在幾毫秒到幾百毫秒之間。</p><p>　　PLC執(zhí)行梯形圖是一步一步的，所以它的邏輯結果也是由前到后逐步產生的，是一種串行輸出方式。</p><p>　　第四章 機械手總體結構的

97、確定</p><p>　　4.1機械手性能參數列表</p><p>　　一、用途：搬運：用于車間搬運</p><p><b>　　二、設計技術參數：</b></p><p>　　1、抓取工件最大質量 30N</p><p><b>　　2、自由度數 4</b></p&

98、gt;<p>　　3、工件最大直徑（mm）Φ80</p><p>　　4、上料高度（mm） 900</p><p>　　5、取料高度（mm） 500</p><p>　　6、手臂伸出長度（mm） 300</p><p>　　7、直線運動速度（mm） 0.1</p><p>　　8、立柱回轉范圍 0～18

99、0°</p><p>　　9、定位方式 行程開關或可調機械擋塊等</p><p>　　10、控制方式 點位程序控制（采用PLC）</p><p>　　4.2 機械手驅動機構的選擇</p><p>　　驅動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分, 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅動方案及其裝置。在工業(yè)機械手的四種驅動方式中（分別

100、為液壓、電動、氣動和機械驅動四類），我選擇氣動驅動方式。氣動機械手是指一壓縮空氣為動力源驅動的機械手。氣動機械手作為機械手的一種，具有結構簡單﹑重量輕﹑工作迅速﹑平穩(wěn)﹑可靠﹑節(jié)能和部污染環(huán)境而被廣泛采用。采用氣動系統的最大優(yōu)勢是其成本低、模塊化和集成化。</p><p>　　為什么選著設計機械手用氣動來提供動力：氣動機械手是指以壓縮空氣為動力源驅動的機械手。用氣壓驅動與用其他能源驅動比較有以下優(yōu)點：　　 1、空

101、氣取之不竭，用過之后排入大氣，不需回收和處理，不污染環(huán)境。偶然的或少量的泄漏不致對生產發(fā)生嚴重的影響。</p><p>　　2、空氣的粘性很小，管路中壓力損失也就很小，便于遠距離輸送?！　?、壓縮空氣的工作壓力較低，因此對氣動元件的材質和制造精度要求可以降低。一般說來，往復運動推力在1~2噸以下采用氣動經濟性較好。　　4、與液壓傳動相比，它的動作和反應都快，這是氣動的突出優(yōu)點之一?！　?、空氣介質清潔，亦不

102、會變質，管路不易堵塞。　　6、它可安全地應用在易燃、易爆和粉塵大的場合。又便于實現過載自動保護</p><p>　　但是也有它美中不足的地方：1.由于空氣的可壓縮性，致使氣動工作的穩(wěn)定性差，因而造成執(zhí)行機構運動速度和定為精度不易控制。2.由于使用氣壓較低，輸出力不可能太大，為了增加輸出力，必然使整個氣動系統的結構尺寸加大。</p><p>　　4.3 機械手控制機構的選擇</p&g

103、t;<p>　　考慮到機械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，對這種混合驅動機械手采用PLC作為核心控制器，上述各控制對象都必須在PLC的統一控制下協同工作(如圖2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC(24點輸入、24點輸出)。</p><p>　　4.4 機械手的運動自由度</p><p>　　物體上任何一點都與坐標軸的正交集

104、合有關。物體能夠能夠對坐標系進行獨立運動的數目稱為自由度（DOF degree of freedom）。自由度是指描述物體運動所需的獨立坐標數，為了抓取空間中任意位置和方位的物體，三維空間需要6個自由度 。物體所能進行的運動有沿著坐標軸的三個平移自由度和繞坐標軸的三個旋轉自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。 </p><p>　　一般固定程序的機

105、械手，動作比較簡單，自由度數較少。工業(yè)機器人自由度數較多，動作靈活性和通用性較大。一般說來，機器人靠近機座的3個自由度是用來實現手臂末端的空間位置的，再用幾個自由度來定出末端執(zhí)行器的方位；7個以上的自由度是冗余自由度，是用來躲避障礙物的。</p><p>　　自由度的選擇也與生產要求有關，若批量大，操作可靠性要求高，運行速度快，周圍設備構成比較復雜，工件質量輕時，機械手的自由度數可少；如果要便于產品更換，增加柔性

106、，則機械手的自由度要多一些。</p><p>　　計算機械手的自由度時，末端執(zhí)行器的夾持器動作是不計入的，因為這個動作不改變工件的位置和姿態(tài)。在滿足機械手工作要求前提下，為簡化機械手的結構和控制，應使自由度數最少。</p><p>　　本設計的通用機械手的結構相對比較簡單，在圓柱坐在圓柱坐標式機械手的基本方案選定后，根據設計任務，為了滿足設計要求，在本設計中關于機械手的自由度的選擇為4個。

107、分別為立柱回轉、立柱升降、手臂伸縮、手爪夾緊放松。分別由立柱回轉氣缸、立柱升降氣缸、手臂伸縮氣缸和手爪加緊放松氣缸控制。</p><p>　　4.5機械手的結構形式選擇及手部形式的選擇</p><p>　　4.5.1機械手的結構形式選擇</p><p>　　本畢業(yè)設計是通用機械手，其結構形式方案一般有一下幾種：</p><p><b&g

108、t;　　機械手結構選型表</b></p><p>　　本設計中機械手的運動是由兩個直線運動和一個回轉運動組成。故我們選用圓柱坐標式機械手，它結構簡單緊湊、占地面積小、活動范圍大、定位精度高。故我們可設計的機械手的結構示意圖如圖3所示</p><p>　　其中，A為手臂伸縮氣缸，活塞桿位方形，以防止手臂隨意轉動，活塞為帶磁環(huán)，缸體外裝感應開關（行程開關），以作位置檢測。B為升降氣

109、缸，同A缸相似，為方形活塞桿，活塞上安裝磁環(huán)，以作位置檢測之用。C為手爪抓取時夾緊或松開氣缸，為雙作用式氣缸，帶位置檢測裝置。D為機械手回轉氣缸，內部結構為葉片式回轉機構。四只氣缸除活塞桿等零件外，其它大部分為鋁合金結構，總體結構緊湊、外形美觀、重量輕。</p><p>　　4.5.2機械手手部形式的選擇及其計算</p><p>　　機器人的手部是重要的執(zhí)行機構。在前述的機械手手部的分類中