懸掛式助力機械真空吸盤手抓的設計【含3張CAD圖】
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請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609懸掛式助力機械真空吸盤手抓的設計摘要工業(yè)機器人由操作機 (機械本體)、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機械手在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配、輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的應用。本文的機械手用于搬運物料，在本文中介紹它的組成和分類、自由度和座標型式、氣動技術的特點及國內外的發(fā)展狀況，對機械手進行總體方案設計，確定機械手的座標型式和自由度，確定機械手的技術參數，設計機械手的手臂結構，設計出機械手的氣動系統，繪制機械手氣壓系統工作原理圖。利用可編程序控制器對機械手進行控制，選取合適的 PLC 型號，根據機械手的工作流程制定可編程序控制器的控制方案，畫出機械手的工作時的順序功能圖和梯形圖，并編制可編程序控制器的控制程序。關鍵詞：機械手設計；物料搬運；氣動； 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609AbstractThe industrial robot is composed of the operating machine (mechanical body), the controller, the servo drive system and the detection and sensing device. It is a kind of humanoid operation, automatic control, repeatable programming, and the mechanical and electrical integration automation production equipment that can complete various operations in the three-dimensional space. It is especially suitable for flexible production of multiple varieties and batches. It plays a very important role in stabilizing, improving product quality, improving production efficiency, improving labor conditions and upgrading products.The manipulator is becoming more and more widely used in mechanical processing, stamping, casting, forging, welding, heat treatment, electroplating, spray painting, assembly, light industry, transportation and transportation. In this paper, the manipulator is used to carry the material. In this paper, the composition and classification of the manipulator, the degree of freedom and coordinates, the characteristics of the pneumatic technology and the development status at home and abroad are introduced in this paper. The overall plan of the manipulator is designed, the coordinate type and the degree of freedom of the manipulator are determined, the technical parameters of the manipulator are determined and the hand of the manipulator is designed. The structure of manipulator is designed, and the pneumatic system of manipulator is designed, and the working principle of manipulator pneumatic system is plotted. The programmable controller is used to control the manipulator, select the appropriate PLC model, draw up the control scheme of the programmable controller according to the working process of the manipulator, draw the sequence function diagram and ladder diagram of the manipulator working, and compile the control program of the programmable controller.Key words: manipulator design; material handling; pneumatic; 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609目錄摘要 ..........................................................................................................................................1Abstract..............................................................................................................................................2第一章、緒論 ....................................................................................................................................41.1 選題背景 ...........................................................................................................................41.2 設計目的 ...........................................................................................................................51.3 發(fā)展現狀和趨勢 ...............................................................................................................61.4 工作原理及組成 ................................................................................................................61.5 機械手的應用與發(fā)展 ........................................................................................................71.6 研究內容 ............................................................................................................................8第二章、總體設計 ............................................................................................................................92.1 技術參數 ............................................................................................................................92.2 工作原理分析 ....................................................................................................................92.3 助力機械手方案設計 ......................................................................................................10第三章、真空吸盤的設計 ..............................................................................................................113.1 動力學分析 ......................................................................................................................113.2 真空吸盤的選取 ..............................................................................................................113.3 真空發(fā)生器設計 ..............................................................................................................123.4 其他元器件選用 ..............................................................................................................13第四章、助力機械手系統設計 ......................................................................................................154.1 工作原理 ..........................................................................................................................154.2 運動分析 ..........................................................................................................................154.3 臂部設計 ..........................................................................................................................164.3.1 結構的選擇 ..........................................................................................................174.3.2 驅動力計算 ..........................................................................................................174.3.3 工作壓力和結構的確定 ......................................................................................194.3.4 尺寸參數 .......................................................................................................................21第五章、PLC 簡介 .........................................................................................................................225.1 PLC 簡介 .......................................................................................................................225.2 PLC 發(fā)展趨勢 ...............................................................................................................235.3 PLC 的結構和工作原理 ...............................................................................................245.3.1 PLC 的組成 .......................................................................................................245.3.2 PLC 程序的表達方式 .......................................................................................265.3.3 PLC 的工作方式 ...............................................................................................27第六章、技術經濟分析 ..................................................................................................................316.1 需求分析 .......................................................................................................................316.2 控制系統的經濟特點 ...................................................................................................31結論 ..................................................................................................................................................34致謝 ..................................................................................................................................................35 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609參考文獻 ..........................................................................................................................................40第一章、緒論1.1 選題背景由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作已滿足不了工業(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機械手是其發(fā)展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統 FMS 和柔性制造單元 FMC 中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機械行業(yè)自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。隨著工業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)現場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動強度，另一方面可以大大提高勞動生產率。例如，目前在我國的許多中小型汽車生產以及輕工業(yè)生產中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費時費力，又影響效率。為此，我把上下料機械手作為我研究的課題。氣動技術有以下優(yōu)點:(1)介質提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設置回收管道和容器:介質清潔，管道不易堵塞，不存在介質變質及補充的問題.（2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。(3)動作迅速，反應靈敏。氣動系統一般只需要 0.02s-0.3s 即可建立起所需的壓力和速度。氣動系統也能實現過載保護，便于自動控制。(4) 能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突然中斷。(5) 工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統比機械、電器及液壓系統優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。(6) 成本低廉。由于氣動系統工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質和加工精度要求，制造容易，成本較低。1.2 設計目的目前，我國大多數工廠的生產線上數控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產效率低，而且具有一定的危險性，已經滿足不了生產自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率,降低成本,并使生產線發(fā)展成為柔性制造系統,適應現代機械行業(yè)自動化生產的要求,針對具體生產工藝,結合機床的實際結構，利用機 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609械手技術，設計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產率。本機械手主要與數控機床組合最終形成生產線，實現加工過程的自動化和無人化。1.3 發(fā)展現狀和趨勢目前，國內外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現狀和大體趨勢如下：（1）機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。（2）工業(yè)機械手控制系統向基于 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，結構小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性，而且維修方便。（3）機械手中的傳感器作用日益重要，使其向智能化方向發(fā)展。（4）關節(jié)式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機械手產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機械手開發(fā)，柔性仿形復合機構開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統開發(fā)； （5）焊接、搬運、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機械手產品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統動態(tài)仿真。總的來說，大體是兩個方向：其一是機械手的智能化，多傳感器，多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統；其二是與生產加工相聯系，性價比高，在滿足工作要求的基礎上，追求系統的經濟、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。 1.4 工作原理及組成機械手的系統工作原理框圖如圖1-1所示。 圖 1-1 機械手的組成方框圖 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609(一)執(zhí)行機構機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置等所組成。在 PLC 程序控制的條件下，采用氣壓傳動方式，來實現執(zhí)行機構的相應部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。1.5 機械手的應用與發(fā)展機械手臂在產業(yè)自動化的應用已經相當廣泛，因為各個國家產業(yè)分布的不同，以及各產業(yè)對于機械手臂的需求量也有差異。主要是使用于人工無法進行或者會耗費較多時間來做的工作，機械手臂在精度與耐用性上可以減少許人為的不可預知問題。自從第一臺產業(yè)用機器人發(fā)明以來，機械手臂的應用也從原本的汽車工業(yè)、模具制造、電子制程等相關產業(yè)，更拓展到農業(yè)、醫(yī)療、服務業(yè)…等等。多軸機械手臂研發(fā)方面，多軸式機械手臂廣泛應用于汽車制造商、汽車零組件與電子相關產業(yè)。機械手臂可以提升產品技術與品質，而這些初期工作大多可以借由機械手臂來完成。機械手臂的精準、零誤差，對于產品的品質掌握自然擁有其優(yōu)勢，減少品管所花費的時間與人力。 工業(yè)應用上，以裝配、加工、熔接、切削、加壓、貨物搬運、檢測…等，全球目前產業(yè)使用量是以汽車、汽車零組件、化工、橡膠和塑料等最大?，F在，ROBOT 的應用已越來越多元化，依據國際機器人協會（IFR）的統計，至 2007 年底機械手臂除了工業(yè)以外，最多應用于救援、保全與野地（田野、牧場等） ，近年來，各先進國家為了提升臺機器人的技術水平，都會推廣機器人產業(yè)與創(chuàng)立相關聯盟，并且特別針對工業(yè)以外的領域進行推廣，例如：醫(yī)療、服務、生活方面…等。以醫(yī)療為例，有許多大型醫(yī)學中心使用以手動操控方式之機械手臂，結合顯微影像顯示系統所結合的手術型機器人。 機械手臂的研發(fā)也朝向節(jié)省人力、減少人類暴露在危險的工作環(huán)境、甚至進行更加精密的工作或是輔助操作。機械手臂的技術發(fā)展都是為了讓人類在工作與生活中更加便利。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196091.6 研究內容本助力機械手需對軟體包裝物（硫酸亞鐵）進行上下料，對真空吸盤的工作原理進行了解，收集相關工程設計和實際使用的相關文獻；查閱真空吸盤相關知識產權，掌握相關專利的關鍵技術點，使本設計方案中提出的關鍵技術要點不與已有的技術要點相重疊。對抓取物料進行分析，設計真空吸盤、動力管路的總體方案，計算相關力學性能。繪制平衡氣缸、真空吸盤配管圖一張（A3） ，氣缸模式下的助力機械手三維仿真 1 份，撰寫設計計算說明書一份，通過畢業(yè)答辨。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第二章、總體設計2.1 技術參數設計一套助力機械手，利用桁架式懸掛助力機械手，可實現多向全方位搬運，可達范圍廣，適合本項目搬運工作。利用助力機械手輔助搬運，達到節(jié)省人工及提高工作效率的目的。結構類似圖 1.1圖 1.1 機械手方案圖2.2 工作原理分析助力機械手功能原理如圖 1.2 所示圖 2.1 功能原理圖真空吸盤工作原理：真空的產生可以是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發(fā)生器所產生的二次 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609真空來提供。前者需要配置獨立的真空系統，而后者可以利用一般生產過程中已有的空氣壓縮系統。因此，特別在各種包裝作業(yè)過程中，利用二次真空方法顯得十分方便、經濟。真空發(fā)生器的原理是：壓縮空氣通過收縮的噴嘴后，從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動，從而在接受室形成負壓，誘導二次真空。這樣的真空系統，尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。用真空吸盤來抓取物體，可以根據物體的不同形狀來實現任意角度的傳遞。以下將從兩種特殊位置，即水平和垂直兩個方向，對真空吸盤的受力進行動態(tài)分析。2.3 助力機械手方案設計對于真空吸盤式氣動的機械手，其工件的運動只需較少的自由度就能完成。氣液聯合控制和電液聯合控制則使系統和結構上很復雜，故采取氣壓傳動方式。本機械手是專用自動機械手，選擇智能控制方式中的 PLC 程序控制方式，這樣可以使機械手的結構更加緊湊和完美。本機械手的執(zhí)行系統是手部機構。手部機構形式多樣，但綜合其總體構型，可分為：氣吸式、電磁式和鉗爪式 3 種。根據本組合機床加工工件的特征，選擇氣吸式（真空吸盤式）手部結構。常見的工業(yè)機械手根據手臂的動作形態(tài),按坐標形式大致可以分為以下 4 種: 直角坐標型機械手、圓柱坐標型機械手、球坐標(極坐標)型機械手、多關節(jié)型機機械手。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊,定位精度較高,占地面積小，且根據本機械手坐標形式分析分析本機械手臂的運動形式及其組合情況，采用圓柱坐標形式。因此方案確定機械手采用氣壓傳動方式，PLC 控制，真空吸盤式手部結構，圓柱坐標形式。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第三章、真空吸盤的設計3.1 動力學分析在產品包裝、物體傳輸和機械裝配等自動作業(yè)線上 ,使用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實現諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能 ,并確保不損壞其作用之對象。而吸持力靠真空系統維持 ,真空的產生可以是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發(fā)生器所產生的二次真空來提供。前者需要配置獨力的真空系統 ,而后者可以利用一般生產過程中已有的空氣壓縮系統。因此 ,特別在各種包裝作業(yè)過程中,利用二次真空方法顯得十分方便、經濟。真空發(fā)生器的原理是 壓空氣通過收縮的噴騰后 ,從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動 ,從而在接受室形成負壓 ,誘導二次真空。這樣的真空系統,尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。真空發(fā)生器的結構及參數設計 ,可以根據需的真空度設計出所需的真空發(fā)生器。用真空吸盤來抓取物體 ,可以根據物體的不同形狀實現任意角度的傳遞。圖 3.1 真空吸盤的安裝位置在此次設計中，工件平放；故從水平方向對真空吸盤的受力分析進行動態(tài)分析。如圖 3.1 所示為真空吸盤用于水平位置工作時的安裝方位。在圖 3.1 吸盤水平安裝時 ,除了要吸持住工件負載外 ,還應該考慮吸盤移動時因工件的慣性力 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609對吸力的影響。3.2 真空吸盤的選取為了確保真空吸盤能完成給定的任務,需考慮一定的安全系數,根據理論和實踐經驗,真空吸盤的安全系數 N 一般取 2.5，因此,許用提升重量 = 理論提升重量/N=垂直提升力/N 表 3.1 吸盤直徑、面積、垂直提升力參數表吸盤垂直提升力（N）吸盤直徑 D(mm) 10 13 16 20 25 32 40 50吸持面積（cm2） 0.785 1.33 2.01 3.14 4.91 8.04 12.6 19.6吸盤垂直提升力（N）（-0.04MPa）3.14 5.32 8.04 12.56 19.64 32.16 50.4 78.4由上表可知，當工件重量為 50kg 時，許用提升重量為 19.6N，欲使安全系數達到要求，只需滿足2.5?垂 直 提 升 力許 用 提 升 重 量即可，由表 3.1 選取吸盤直徑為 50mm 即可滿足考慮到吸附物的可吸附尺寸（面） ，所選的吸盤直徑應設定為大于所需吸盤直徑（D）因吸盤在吸附時會變形，吸盤的外徑將增加 10%左右。因為真空壓力會使吸盤變形，所以吸附面積要比吸盤直徑小。變形度根據吸盤的材質，形狀，橡膠的硬度而有區(qū)別，因此，在計算得出吸盤直徑時需留出余量。安全系數中包括變形部分。吸盤直徑雖表示吸盤的外徑，但利用真空壓力吸附物體時，因真空壓會使橡膠變形，吸附面積也會隨之縮小?？s小后的面積即稱為有效吸附面積，此時的吸盤直徑即稱為有效吸盤直徑。根據真空壓力，吸盤橡膠的厚度以及與吸附物的摩擦系數等不同，有效吸盤直徑也會有差異，一般情況可預估會縮小 10%。綜合上述，所選吸盤參數為：吸盤直徑 D=50mm， 吸盤吸持面積A=12.6，吸盤個數 n=1，真空壓力 P=0.04MPa。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196093.3 真空發(fā)生器設計真空發(fā)生器用于產生真空，結構簡單，體積小，無可動機械部件，安裝和使用都很方便，因此應用很廣泛，真空發(fā)生器產生的真空度可達到 88kpa，真空發(fā)生器的工作原理如圖 3.2 所示。它是由先收縮后擴張的拉瓦爾噴管 1、負壓腔 2、和接收管 3 等組成，有供氣口、排氣口和真空口，當供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出的超聲速射流。由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負壓腔內的氣體，使該腔形成很低的真空度，在真空口 A 處接上真空吸盤，靠真空壓力和吸盤吸取物體。圖 3.2 真空發(fā)生器的結構原理圖真空發(fā)生器的結構簡單，無可動機械部件，故使用壽命長。真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不但由噴嘴的直徑決定，還與供氣壓力有關。同意噴嘴直徑，其耗氣量隨供氣壓力的增加而增加。噴嘴直徑是選擇真空發(fā)生器的主要依據。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越高。真空度存在最大值 Pzmax，當超過最大值后，即使增加供氣壓力，真空度不但沒有增加反而下降。實際使用時，建議真空度選為（63%-95%）Pzmax。在真空吸盤的選取時，已確定真空壓力為 0.04Mpa，由圖 3.3、3.4 可得，該真空發(fā)生器耗氣量和真空度分別取 5L/min，-0.002Mpa。3.4 其他元器件選用一個完整的真空吸附系統還包括真空過濾器 、 供給閥 、 破壞閥等 ， 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609真空過濾器的選擇 ZFB-200-06 型， 流量是 30L/min， 大于真空發(fā)生器的最大流量 24L/min， 滿足需求， 真空節(jié)流閥選擇 KLA 系列單向節(jié)流 KLA-L6，公稱通徑是 6mm，有效截流面大于 5mm2,泄露量小于 50cm3/min,單向閥開啟壓力為 0.05Mpa。供給閥設置在壓力管路中，選擇一般的換向閥 AB31、AB41 系列多流體二位二通直動截止電磁換向閥，型號：AB310-1-6，公稱通徑 5mm，AB 接管螺紋ZG1/8，有效截面面積 15.3mm2,有效截面面積大于真空發(fā)生器噴嘴兒面積的 4倍，供氣口得連接管內徑大于噴嘴直徑的 4 倍，減少供給回路的壓力損失。真空換向閥設置在真空回路中，必須選擇能用在真空條件下的換向閥，真空換向閥要求不泄露，故選擇用截止式和導膜片式結構比較理想，選擇09270、09550 系列多種流體二位二通先導膜片式電磁閥，型號：0927000，接管螺紋 1/4in,通徑 8mm,換向頻率大于 0.5HZ。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第四章、助力機械手系統設計4.1 工作原理真空吸盤式氣動機械手是自動化流水生產線中廣泛應用的工件搬運機械設備，它是流水線作業(yè)中不可或缺的運輸單元。氣動機械手要求氣壓系統完成的主要動作是（工件平放）：吸持工件---大臂上升 200mm---大臂回轉 180°---手臂延伸 300mm---放下工件 ---手臂收縮 300mm---大臂反轉 180°---大臂下降200mm。整個周期要完成所有動作必須由 3 個氣壓缸協調動作才能做到，圖 4.1所示為該機械手的氣壓傳動系統工作原理圖。圖 4.1 機械手的氣壓傳動系統工作原理圖1-氣源 2-空氣過濾器 5-單向閥 6、9-兩位二通閥 7-先導型閥 8-三位四通電磁閥 10-節(jié)流閥 11-調速閥其余元件已在上圖說明。 4.2 運動分析1、吸持工件 在整機啟動的情況下，氣體流經單向閥，然后 PLC 控制程序指令控制電磁鐵 3DT 通電吸合，此時此二位四通電磁閥處于右位，氣體直接流進右腔，從而拉動滑槽杠桿式結構吸持工件。2、大臂上升 PLC 指令控制電磁鐵 4DT 通電吸合。氣體經單向閥 5，流經圖 5.1 所示從左到右第二個三位四通電磁閥左位，然后流經節(jié)流閥和單向閥 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609構成的調速閥，接著流向減壓閥和單向閥構成的復合閥，然后直接流向大臂升降氣壓缸的下腔，從而推動機械手做上升運動。3、大臂回轉 PLC 指令控制電磁鐵 6DT 通電吸合。泵 3 供油經單向閥5，流經圖 4.1 所示從左到右第一個三位四通電磁閥左位，然后流經節(jié)流閥和單向閥構成的調速閥，然后直接流向大臂回轉氣壓缸，從而推動機械手大臂做左右擺動運動。4、手臂延伸 PLC 指令控制電磁鐵 1DT 通電吸合。泵 3 供油經單向閥5，流經圖 4.1 所示從左到右第三個三位四通電磁閥右位，然后流經節(jié)流閥和單向閥構成的調速閥，然后直接流向手臂伸縮氣壓缸，從而推動機械手手臂做伸縮運動。5、放松工件 氣體流經單向閥，然后 PLC 控制程序指令控制電磁鐵 3DT斷電跳開，此時此二位四通電磁閥處于左位，氣體直接流左腔，從而放松工件。6、手臂收縮 PLC 指令控制電磁鐵 2DT 通電吸合氣體經單向閥 5，流經圖 5.1 所示從左到右第三個三位四通電磁閥左位，然后直接流向手臂伸縮氣壓缸，從而推動機械手手臂做收縮運動。7、大臂回轉 PLC 指令控制電磁鐵 7DT 通電吸合。氣體經單向閥 5，流經圖 5.1 所示從左到右第一個三位四通電磁閥左位，接著氣體流經節(jié)流閥和單向閥構成的調速閥，然后直接流向大臂回轉氣壓缸，從而推動機械手大臂做左右擺動運動。8、大臂下降 PLC 指令控制電磁鐵 5DT 通電吸合。氣體經單向閥 5，流經圖 5.1 所示從左到右第二個三位四通電磁閥左位，然后流經節(jié)流閥和單向閥構成的調速閥，然后直接流向大臂升降氣壓缸的上腔，從而推動機械手做下降運動。至此就完成整個機械手的循環(huán)運動，如果此時接到停止的指令，則 10DT和 11DT 同時通電，電磁鐵將電磁換向閥到上位，此時氣壓系統卸壓，同時上面的各個電磁鐵同時斷電回到默認位置，完成卸荷。電磁鐵動作順序表如下：4.3 臂部設計臂部應承載能力大、剛度好、自重輕：根據受力情況，合理選擇截面形狀 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609和輪廓尺寸； 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離；合理布置作用力的位置和方向；注意簡化結構；提高配合精度。臂部運動速度要高，慣性要?。簷C械手手部的運動速度是機械手的主要參數之一，它反映機械手的生產水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在 1000～1500mm/s,最大回轉角速度設計在 180°/s 內，大部分平均移動速度為 1000mm/s，平均回轉角速度在 90°/s。在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。手臂動作應該靈活：為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構卡死（自鎖現象） 。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件?？偨Y：以上要求是相互制約的，應該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設計出完美的、性能良好的機械手。4.3.1 結構的選擇手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉運動組合，兩直線運動的雙層氣壓缸空心結構。通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，使用氣壓驅動,氣壓缸選取雙作用氣壓缸。4.3.2 驅動力計算先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據運動參數初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結構。做水平伸縮直線運動的氣壓缸的驅動力根據氣壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定氣壓缸所需要的驅動力。氣壓壓缸活塞的驅動力的計算。FF??回摩 密 慣摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據具體情況進行估算。下圖是機械手的手臂示意圖，本設計是雙導向桿， 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609導向桿對稱配置在伸縮缸兩側。由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 0??BMbGLaF總得 ba?總0YFbaG?總得 aLF???????總''ababF??摩 摩摩'2LFGa??????????總摩式中 參與運動的零部件所受的總重力（含工件） （N ） ；總 —L——手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（mm）a——導向支撐的長度（mm）;——當量摩擦系數，其值與導向支撐的截面有關。'?對于圓柱面： ??uuu57.1~2.~4' ?????????? 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609——摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時：?鋼對青銅：取 u=0.1～0.15鋼對鑄鐵：取 u=0.18～0.3計算：導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 '0.215.3???， ，L=0.8-0.2=0.6m,導向支撐 a 設計為 0.1m40N?總G將有關數據代入進行計算 1560N0.24a2LGF????????????????‘總摩 ?手臂慣性力的計算本設計要求手臂平動是 ,在計算慣性力的時候,設置啟動時間min/15?，啟動速度 V=V= ,0.2ts???0.83SGvFgt??總慣GvFgt??總慣 N94.162.08934??不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用 O 型密封，當氣壓缸工作壓力小于 10Mpa。氣缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： 。0.3F?封經過以上分析計算最后計算出氣壓缸的驅動力： =0.3=170FFN?摩 慣4.3.3 工作壓力和結構的確定經過上面的計算，確定了氣壓缸的驅動力 F=1700N，選擇氣壓缸的工作壓力 P=0.04MPa氣壓缸內徑的計算，如圖 4.2 所示 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609圖 4.2 雙作用氣壓缸示意圖當氣進入無桿腔， 214DFp???當氣進入有桿腔中， ??224dp??氣壓缸的有效面積： 1FSp故 （無桿腔） 114.3Dpp???（有桿腔） 21Fd?F=1625.7N， = ，選擇機械效率1p620a??0.95?將有關數據代入：mpFD2.1095.7621341????選擇標準氣壓缸內徑系列及機械的工作范圍冗余設計，選擇 D=40mm.氣壓缸外徑的設計根據裝配等因素，考慮到氣壓缸的臂厚在 7mm，所以該氣壓缸的外徑為54mm. 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609活塞桿的計算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或氣壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長L 大于直徑 d 的 15 倍以上，按拉、壓強度計算：??24Fd????設計中活塞桿取材料為 45 剛，故 ，活塞直徑 d=20mm,??10Mpa:現在進行校核。 622 103.60.4715?????PdF??結論： 活塞桿的強度足夠。4.3.4 尺寸參數根據夾緊力和驅動力的計算，初步確定了氣壓缸的內徑為 40mm，行程為500mm；下面要確定氣壓缸的缸筒長度 L。缸筒長度 L 由最大工作行程長度加上各種結構需要來確定，即：L=l+B+A+M+C式中：l 為活塞的最大工作行程；B 為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A 為活塞桿導向長度，取(0.6-1.5)D;M 為活塞桿密封長度，由密封方式定； C 為其他長度，在此由于定位方式為定位塊式，需要保留一定的缸體冗余長度作為緩沖，以免在運動過程中損傷到缸體，所以 C 取 60mm。一般缸筒的長度最好不超過內徑的 20 倍。另外，氣壓缸的結構尺寸還有最小導向長度 H。所以：L=500+0.8D+D+0.9D+C=668mm氣壓缸缸底厚度計算，本氣壓缸選用平行缸底，且缸底無氣孔時，其中 h 為缸底厚度； 為氣壓缸內徑； 為實驗壓力；????ypDh43.0?D?yp為缸底材料的許用應力，氣壓缸選用缸體材料為 45 號鋼， 。?? ??MPa10??，?? mphy 36.105.2.43.043.0 ???????所以選取厚度 。m7 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第五章、PLC 簡介5.1 PLC 簡介PLC(編程邏輯控制器)是 20 世紀 60 年代末期逐步發(fā)展起來的一種以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。近幾年來，PLC 技術在各種工業(yè)過程控制、生產自動線控制及各類機電一體化設備控制中得到極其廣泛的應用，成為工業(yè)自動化領域中的一項十分重要的應用技術。在 PLC 出現以前，繼電器控制曾得到廣泛應用，在機電設備和工業(yè)過程控制領域中占有主導地位。但是繼電器控制系統有明顯的缺點：體積大，可靠性低，故障查找困難，特別是因為它是由硬接線邏輯構成的系統，造成了接線復雜，容易出故障，對生產工藝變化的適應性較差。20 世紀 60 年代未，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM)為了適應汽車型號不斷更新的需要，試圖尋找一種新的生產線控制方法，使之盡可能地減少重新設計繼電器控制系統的工作量以及盡量地減少控制系統硬連接線的數量，以降低生產成本，縮短制造周期，減少生產線的故障率，從而有效地提高生產效率。當時，電子計算機的硬件己經基本完備，其主要功能是通過軟件來實現的，因此具有靈活性、通用性等優(yōu)點，但價格相對來說比較昂貴，于是他們想到了把繼電器控制系統簡單易懂、操作方便、價格便宜的長處與計算機靈活、通用的優(yōu)點結合起來，用來制造一種新型的工業(yè)控制裝置，并進而采用招標的方式，首先山美國數字設備公司(DEC)研制出符合上述想法的工業(yè)控制裝置，命名為可編程邏輯控制器， 即 PLC（Programmable Logic Controller） 。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196091969 年，第一臺 PLC 在 GM 公司汽車生產線上首次運行，成功地取代了沿用多年的繼電器控制系統，盡管當時的 PLC 功能僅具有邏輯控制、定時、計數等功能，但卻標志著一種新型裝置問世。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，20 世紀 70 年代中期又出現了微處理器和微型計算機，這些新技術很快也被用到 PLC 之中，使得 PLC不僅其有邏輯控制功能，而且還增加了運算、數據處理和傳送等功能，從而成為具有計算機功能的新型工業(yè)控制裝置。1980 年美國電器制造商協會(NEMA)正式將其命名為可編程控制器(Programmable Controller)簡稱 PC[3]。國際電工委員會(IEC)于 1982 年 11 月和 1985 年 1 月頒布了可編程控制器的第一稿和第二稿，對可編程控制器作了如下的定義：“可編程控制器是一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。它可采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產過程。可編程控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計。 ”之所以把可編程控制器簡稱為 PC,因為它已經不再是僅具有邏輯控制功能的裝置了。只是由于 20 世紀 80 年代崛起的個人計算機(Personal Computer)也簡稱為 PC。為了加以區(qū)別，人們又把可編程控制器簡稱為 PLC。本文均稱其為 PLC[4]。5.2 PLC 發(fā)展趨勢1）向高速度、大存儲量方向發(fā)展為提高處理能力，要求 PLC 具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前大中型 PLC 的速度可達 0.2ms/k 步左右。各大公司都把 PLC 的掃描速度作為一個很重要的競爭指標。2）向多品種方向發(fā)展