机械毕业设计（论文）-运送铝活塞铸造毛坯机械手设计带控制系统（全套图纸） .pdf

运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 1 - 中文摘要中文摘要 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 在工业上， 自动控制系统有着广泛的应用， 如工业自动化机床控制， 计算机系统， 机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。实 际的机器人由带有腕(或称为手臂)的主机身和机身端部的工具(通常是某些类型的夹 持器)组成,同时也包括一个辅助动力系统。 本文是对整个设计工作较全面的介绍和总 结。该机械手的设计重点是总体设计和控制设计两部分，总体设计包括确定机械手的 外形尺寸和工作空间，拟定机械手各环节的总体运动方案，对机械手抓取物体的形式 以及整体结构进行详细设计，选择气动的方式作为机械手的动力，并合理布置气缸的 位置，确定各级传动参数，对齿轮、气缸、轴和轴承的进行设计计算和校核。控制设 计包括选取西门子s7-200plc作为控制器，编写出全部程序，并构建一个完整的机、 电、气动一体化的综合性控制系统。本次设计需要掌握plc的运行原理、plc程序的编 写方法、变频器的实现原理、变频器的配置、传感器的原理，合理的连接各个系统部 件，调节控制系统各个部分协同工作，控制电机的运行等。设计完成后，整个系统能 满足实验的要求，结构简单，装卸方便，便于维修、调整，并具有刚性好，位置精度 高、系统运行平稳的特点，基本满足设计要求。 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 2 - 关键词：关键词：手臂；夹持器；工业机器人；控制系统 abstract industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. a physical robot is normally composed of a main frame (or arm) with a wrist and some tooling (usually some type of gripper) at the end of the frame. an auxiliary power system may also be include with the robot. this paper is more comprehensive introduction and summing- up for the for the whole design work its key point consists of two parts: system design and control design. the system design includes determining the manipulators shape, dimension and work space; making an initial draft of the whole action program for each section; the detailed design for the way of the manipulator to grab an object and the whole process; choosing pneumatic way as the manipulators power ,arranging the cylinder location ,calculating and collating the gears, cylinder, axis and axle. the control design involves in selecting siemens s7- 200plc as a controller to compile all procedures and constuct a comprehensive control system of machine, electricity , pneumaticity . this design require 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 3 - us to grasp plcs operation principles, the plc procedures compiling methods, transformers realization principles , the transformers installation and sensor principles and know how to connect each part, regulate each part to work jointly, and control the running of the electrical machinery and so on. the entire system at last must satisfy the experiments requirements that the structure is simple , that the loading and unloading is convenient , that it is easy to maintaine and adjust, and that the manipulators rigidity location accuracy and system stablilty must be good. key words ：arm ；gripper ；industrial robot；control system ; 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 专业：机械设计制造及其自动化，学号：0410110404，姓名： 指导老师： 第一章第一章 绪论绪论 1.1 工业机器人简介工业机器人简介 机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算 机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的 领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水 平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。 目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组 织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装 置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义， 结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义： 工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度 高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。 工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东 西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。 工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 4 - 产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发 展虽只有 30 多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和 发展前景，显示出强大的生命力。 根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移 动功能， 或两者兼有之， 另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能 （如视觉， 力觉， 触觉等） 。 以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是 精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容 和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动 以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。 1.2 工业机器人的发展工业机器人的发展 工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代： 第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人， 它主要由手部、 臂部、 驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作 时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。 第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方 式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段，不久即将普及 应用。 第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人 给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进 行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人 还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。 第第 2 章章 工业机器人的总体设计工业机器人的总体设计 2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述工业机器人的组成及各部分关系概述 它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。 a、 执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需 的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。 （1） 手部：机器人为了进行作业而配置的操作机构，又称手爪或抓取机构，它直接抓取 工件或夹具。 （2） 腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。 （3） 臂部：联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷 重，改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，将各种载荷传递到机座。 （4） 机身：机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部自 转、升降或俯仰运动。 b、 驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有 机械传动、液压传动、气压传动和电传动。 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 5 - c、 控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生 错误或故障时发出报警信号。 d、 检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需 要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。 2.2 工业机器人的设计分析工业机器人的设计分析 2.2.1 设计要求 通过设计机械手，培养综合运用所学过的基本理论、基本知识和基本方法分析能力和 解决问题的能力。 有关数据：设计一机械手、将铝活塞铸造毛坯从模具中取出，并运送到离模具 2 米远 处的铝活塞毛坯箱里。(铝活塞的基本尺寸等技术要求参见顾崇衍编机械制造工艺学 p91p100。) 零件尺寸：外孔 101.6，高 106。 零件材料：铝。 2.2.2 总体方案拟定 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基 础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。 本次设计就是在这一思维下展开的。 根据 设计内容和需求确定工业机器人工作方式， 利用步进电机驱动和锥齿轮传动来实现机器人的 旋转运动； 利用一个液压缸， 使手臂实现上下运动； 考虑到本设计中的机器人工作范围不大， 故利用液压缸驱动实现手臂的伸缩运动； 末端夹持器则采用滑槽杠杆式回转型夹持器， 用小 型液压缸驱动夹紧。 图 2- 1 机器人外形图 2.2.3 工业机器人主要技术性能参数 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 6 - 工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下： a、 抓取重量： 抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。这项参数与 机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所抓取的重量。 b、 抓取工件的极限尺寸： 抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基 础。 c、 坐标形式和自由度： 说明机器人机身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。 d、 运动行程范围： 指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。根据 运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。 e、 运动速度： 是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它 与抓取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。目前，国内外机器人的最大直线移 动速度为 1000mm/s 左右， 一般为 200400mm/s； 回转速度最大为 180/s， 一般为 50/s。 f、 定位精度和重复定位精度： 定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的一项重要指标。 g、 编程方式和存储容量。 本设计中的三自由度圆柱坐标型工业机器人的有关技术参数见表 2- 1。 表 2-1 机械手类型 三自由度圆柱坐标型 抓取重量 10kg-15kg 自由度 3 个（1 个回转 2 个移动） 机座内部 回转运动，回转角 0-270，步进电机驱动 腰部机构 伸缩运动，升降范围 200mm-1500mm，液压缸驱动 手臂机构 伸缩运动，伸缩范围 70mm，液压缸驱动 末端执行器 液压缸驱动 第第 3 章章 工业机器人的机械系统设计工业机器人的机械系统设计 3.1 工业机器人的运动系统分析工业机器人的运动系统分析 3.1.1 机器人的运动概述 工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨 论。 如图 2- 1 所示，为工业机器人机构的简图。 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 7 - 图 3- 1 机构简图 a工业机器人的运动自由度 所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目， 它是表示机器人动作灵活程度的参数。 本设计的工业机器人具有四转动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转，前后往复 三自由度。 b机器人的工作空间和机械结构类型 （1）工作空间 工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是 机器人的主要技术参数，工作空间图如图 2- 2。 图 3- 2 工作空间图 （2）机械结构类型 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 8 - 圆柱坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由 度组成的运动系统（代号 rpp） ，工作空间图形为圆柱形。它与直角坐标型比较，在相同的工作 条件下，机体占体积小，而运动范围大。 3.1.2 机器人的运动过程分析 工业机器人的运动过程中各动作如图 3- 3 和表 3- 1。 图 3- 3 表 3-1 机器人开机，处于 a 点 工步一 手臂上升 工步二，工步七，工步十三 旋转至 b 点 工步三 手臂伸出 工步四, 工步十 手臂下降 工步五，工步十一 夹紧工件 工步六 手臂收缩 工步八，工步十四 旋转至 c 点 工步九 放松工件 工步十二 实现运动过程中的各工步是由工业机器人的控制系统和各种检测原件来实现的，这里尤其要 强调的是机器人对工件的定位夹紧的准确性，这是本次设计成败之关键所在。 3.2 工业机器人的执行机构设计工业机器人的执行机构设计 3.2.1 末端执行机构设计 工业机器人的末端执行机构设计是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、 准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 9 - 3.2.1.1 设计时要注意的问题： a. 末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力 外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。 b. 末端执行机构应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部 接近工件的运动路线及其方位的影响。 c. 应能保证工件在末端执行机构内准确定位。 d. 结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。 3.2.1.2 总体结构设计 采用滑槽杠杆式回转型夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图 2- 4。滑槽杠 杆式回转型夹持器，当驱动器推动杆 2 向上运动时，圆柱销 3 在两杆 4 的滑槽中移动，迫使与 支架 1 相铰接的两手指（钳爪）产生夹紧动作和夹紧力。当杆 2 向下运动时，手指松开。 图 3- 4 末端执行器 3.2.1.3 液压油缸的选择和夹紧力的校验 a 初选油缸型号 考虑到所要夹持的是比较小的零件，最大工作载荷很小，故初选液压缸型号为 y-hg1-c40/2225lf2hl1q，它的主要技术参数如表 2-2。 表 3-2 冶金设备标准液压油技术规格 缸 径 /mm 活塞杆直径 /mm 油口直径 速度比 通径 /mm 联接螺纹 1.46 2 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 10 - 40 22 28 10 m18x1.5 b 夹紧力校验 1）零件的计算 2 2 3 9 3.14 50.8106 858940() 858940 27809.823.4() 10 vr h mm mv gmgvgn = = = = = 图 3- 5 零件实体图 其中 g 取 9.8 取 g=24（n） 2） 紧力的计算： 要夹持住零件必须满足条件：2 n ffg f 为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为铝，手指为钢材，查机械零件手册 表 2-5 f=0.15，n 为作用在零件内壁上压紧力，g 为零件重力。 所以 24 80() 22 0.15 n g fn f = 取 n f=80（n） 由机械制造装备式 4-56 可知驱动力的计算公式为： 2 1 2cos n plf b = 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 11 - 图 3- 6 滑槽杠杆式回转型夹持器 为斜面倾角，49o =，为传动机构的效率，这里为平摩擦传动， 查机械零件手册表 2-2 92 . 0 85 . 0 = 这里取 0.85 b=90.8mm,l=154.53mm。 所以 20 1 2 154.53 80 cos 49137.88 0.85 90.8 p = 取 p=150(n) 按液压传动与气压传动公式 4-15 m p d f 4 2 = d 为汽缸的内径(m)，p 为工作压力（pa）,由液压传动与气压传动表 9-1 表 3-3 负载 f/n 50000 工作压力 p/mpa 57 取 p=0.5mpa。由液压系统设计可查得： m =0.90.95, 所以 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 12 - np d f5659 . 0105 . 0 4 )1040(14 . 3 4 6 232 = = 由以上计算可知液压缸能产生的推力 f=565n 大于夹紧工件所需的推力 p=150n。所以 该液压缸能够满足要求。 3.2.1.4 弹性爪的强度校验 当弹性手工作时，由于夹过程具有弹性，就可以避免易损零件被抓伤，变形和破损。 工件与弹簧片间的力： 由上节可知 f=80n。 则弹簧爪截面上的剪应力为=30mpa， =q/a= 33 2 80 4 2 20 101 10 mpa =； 所以,所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。 综上所述，所选用的步进电机 90bf001 符合要求，可以使用。 3.2.3.3 轴承的选取 a、环形轴承 3 作为机座的支承原件，是为机器人研制的专用轴承，具有宽度小、直径 大、精度高、刚度大、承载能力高（可承受径向力、轴向力和倾覆力矩） 、装置方便等特点 价格高。 b、止推轴承，型号为 30204， ， 它的有关参数如下： 表 3-7 轴承代号 基本额定 极限转速 r/min 动载荷 ca/kn 静载荷 c0a/kn 脂润滑 油润滑 30204， 28.2 30.5 8000 10000 3.2.3.4 齿轮的选取 齿轮的参数如下表所示 表 3-8 名称 代号 小齿轮 大齿轮 分度圆直径 d 80 152 齿数 z 20 38 大端模数 m 4 节锥角 27.759o 62.241o 锥距 r 85.882 齿宽 b 26 齿距 p 12.56 工作齿高 h 6.8 齿高 h 7.552 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 19 - 齿顶高 h 4.528 2.272 齿跟高 f h 3.024 5.28 顶隙 c 0.725 齿跟角 f 2.017o 3.518o 齿顶角 3.018o 1.515o 顶圆锥角 30.777o 63.756o 跟圆锥角 f 25.742o 58.723o 齿顶圆直径 d 88.014 154.116 冠顶距 k a 73.891 37.989 大端分度圆弧齿厚 s 7.583 4.977 法向侧隙 n j 46 齿轮材料为 20cr 且经渗碳淬火，接触材料系数：khc=0.86 弯曲材料系数 kfc=0.97。 第四章第四章 工业机器人的计算机控制系统概述工业机器人的计算机控制系统概述 4.1 工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求 工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组 成一个多变量控制系统。这种多变量的控制系统，一般要用计算机来实现。因此，机器人控制系 统也是一个计算机控制系统。控制系统的功能是控制机器人操作机的运动和操作以满足作业的要 求。在作业中机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器按点位或轨迹运动，并保持设定的姿 态。在运动中或在规定的某点位执行作业规定的操作。对工业机器人的控制功能大致有如下的基 本要求和特点。 a、实现对位姿、速度、加速度等的控制功能 在机器人的各类作业中，运动和控制方式主要有两种。 1）点位控制方式（ptp 控制） 这种控制方式考虑到末端执行器在运动过程中只在某些规定 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 20 - 的点上进行操作，因此只要求末端执行器在目标点处保证准确的位姿以满足作业质量要求。而对 达到目标点的运动轨迹（包括移动的路径和运动的姿态）则不作任何规定，如图 4- 1 a)图，这种 控制方式易于实现，但不易达到较高的定位精度，适用于上下料、搬运、点焊和在电路板上安插 元件等只要求在目标点保持末端执行器准确的位姿的作业中。 2）连续轨迹控制方式（cp 控制） 这种控制方式要求末端执行器严格按规定的轨迹和速度在 一定精度要求内运动，以完成作业要求，这种必须保证机器人各关节连续、同步地实现相应的运 动。如图 4- 1b)图，这种连续轨迹运动，可看成是若干密集轨迹曲线。若设定的点足够密，就能 用点位控制的方法实现所需精度的连续轨迹运动。 b、存储和示教功能 要使机器人具有完成预定作业的功能，须先将要完成的作业示教给机器人，这个操作过程称 为示教，将示教内容记录下来，称为存储。使工业机器人按照存储的示教内容进行动作，称为再 现。所以工业机器人的动作是通过示教存储再现的过程实现的。 c、对外部环境的检测和感觉功能。 4.2 计算机控制系统的设计方案计算机控制系统的设计方案 控制系统采用二级计算机控制方式，选用 ibm- pc，80c51 系列 cpu。 第一级机担负管理，示教编程，控制再现，轨迹正逆运算，机器人语言的编辑和编译，通过串行 通讯方式传送给二级机做位置给定。第二级机负责位置伺服控制软件的计算，位置检测等工作， 根据插补算出的各关节位置增量做位置给定。 一级机与示教盒通讯采用串行 rs- 232 接口，既接收示教盒信息，完成示教动作，又向示教 盒发送信息，显示示教情况。还可以连接软驱，crt 终端。 二级机接口电路将计算机输出数字量转换成相应的模拟量，驱动伺服控制系统，选用速度单 元，伺服电机及光电编码盘等伺服调速系统。 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 21 - 4- 1 机器人控制系统框图 4.3 硬件电路的组成硬件电路的组成 图 3- 1 是采用 mcs- 51 系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下： i. 主从 cpu 都采用 8031 芯片； ii. 主从 cpu 各扩展程序存储器 27256 一片，扩展数据存储器 62256 一片； iii. 主cpu扩展可编程串行通信接口芯片8251a一片； 可编程多功能接口芯片8155 一片；电平转换芯片 max232 一片； iv. 从 cpu 扩展可编程多功能接口芯片 8155 六片；d/a 转换器 dac0832 六片； 运算放大器 a741 六片；pwm 功率放大器六片；光电编码器六片； v. 地址锁存器、译码器各两片； vi. 键盘电路，显示电路； vii. 光电编码电路，功率放大电路； viii. 报警电路，暂停、急停电路，复位电路； 4.4 电路接口说明电路接口说明 a.主计算机主计算机 (1) cpu 采用 8031 芯片，由于片内无程序存储器，数据存储器也只有 128 字节，因此，扩展 外部程序存储器 27256 一片(16k)， 数据存储器 62256 一片(16k)。 8031 的 i/o 口也不能满足输入 输出口的要求，本系统也扩展了一片 8155 可编程接口芯片。 (2) 采用 74ls138 三八译码器的输出作为片选信号。27256，62256，8251a，8155 的片选信 号分别接到译码器的0y4y。 mcs-51系列单片机， 64k字节外部ram是由16根地址线(a0a15) 决定的，它由 p0 口提供低 8 位，p2 口提供高 8 位。要想扩大 ram 空间，可用增加地址线的办法 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 22 - 来解决。这里，利用 p1 口增加地址线。74ls138 的输入 a、b、c 口分别接 8031 的 p1.0、p1.1、 p2.7。 (3) 由于 27256 和 62256 芯片都是 32kb，需要 15 根地址线。其 a0a7 低 8 位接 74ls373 芯片的输出端线， a8a14 接 8031 芯片的 p2.0p2.6， 74ls373 地址锁存器在选通号 ale 为高电 平时直接传送 8031p0 口低 8 位地址，当 ale 在高电平变低电平的下降沿时，低 8 位地址被锁存， 此时，p0 口可用来向片外传送读写数据。 (4) 主机 8031 要和示教盒通信，因此扩展一片 8251a 增加一个串行 rs-232c 接口。8251a 的数据线与 8031 的 p0 口相接。wr、rd对应相连。8251 的cs接 74ls138 的3y，d/c接 74ls373 的 1q， 。rxrdy 和 txrdy 经或非门接到 8031 的0int，当 8251a 准备好接收或发送数据 时都能向 8031 申请中断。时钟部分，8251a 的 clk 接到 8031 的 ale；txc 和 rxc 接在一起，由 ale 经过一个分频电路后提供时钟。ttl 电平与 rs-232c 电平的转换通过专门的电平转换芯片 max232。由于不用调制解调器，dsr和cts接地。 (5) 8155 的 pa0pa7、 pb4pb7 作为显示器位选信号， 显示器的段选信号由 8031 的 p1.2 p1.7 和 p3.4、 p3.5 发出， 两边都接上反相驱动器 74ls06。 通过软件译码静态显示， 12 个显示器， 每 4 个分别显示 x、 y、 z 轴的坐标。 8155 的 pb.0pb.3 是键盘扫描输入， 采用行列式结构， 123 键。行线经限流电阻接 +5v 电源，按键跨接在行线和列线上。 (6) 8155 的 pc0pc4 接控制面板上的按钮开关，设有启动、暂停、急停、示教等操作方式。 b.从计算机从计算机 (1) cpu采用8031芯片， 扩展外部程序存储器27256一片(16k)， 数据存储器62256一片(16k)。 从 cpu8031 要控制 6 个关节位置的伺服量， 8031 的 i/o 口不能满足输入输出口的要求， 本系统扩 展了 6 片 8155 可编程接口芯片。每一个芯片负责其相应伺服系统的输入输出量。 (2) 采用 74ls138 三八译码器的输出作为片选信号。27256，62256，六片 8155 的片选信号 分别接到译码器的0y7y。74ls138 的输入 a、b、c 口分别接 8031 的 p1.0、p1.1、p2.7。 (3) 由于27256和62256芯片都是32kb， 用74ls373芯片的输出端线1q8q及p2口的p2.0 p2.6 输出地址作为 27256、62256 的 15 根地址线，寻址空间各为 32k 字节。 (4) 用 8155 的 i/o 输入输出口来控制伺服电机，在计算机系统求出控制量之后，把这个控 制数据送出到 d/a 转换器 dac0832 去， 把数字量转换成模拟电压， 再去控制 pwm 功率放大器工作。 (5) dac0832 的输入数据线 0 di 7 di接到 8155 的 pa 口，dac0832 内部有输入寄存器，所 以可以这样直接相连而不必另加锁存器。 输入寄存器允许信号 ile 固定置于高电平。 片选信号cs 和传送控制信号xfer一起接到 8155 的高位地址 5 pc， 写信号1wr和2wr一起接到 8031 的 wr端。 (6) d/a 转换器 dac0832 和运算放大器 a741 组成一个完整的 d/a 转换电路，它可以把数字 转换成模拟电压信号。按照常规的用法，dac0832 以电流开关方式进行 d/a 转换的。其转换结果 以电流形式在 1 i、 2 i端输出，而 1 i、 2 i再接一个运算放大器 a741 的两个输入端，同时运算放 大器的输出再接反馈电阻端 fb r；这样由一个运算放大器把 dac0832 的输出 1 i、 2 i的信号转换成 电压信号输出。其输出的电压去控制 pwm 功率放大器，就可以使伺服电机以不同的速度实现正转 和反转。 (7) 光电编码盘是一种可以直接把角度转换成二进制数码的元件，可以产生 9 位数据。它的 分辨率是 0.7。当光电编码盘随伺服电机的旋转处于不同位置时，它送出的数据不同；每一个数 据和一个角度对应。光电编码盘输出的数据的最高位从 8155 的 0 pc输入，而低八位则从 pb 端口 输入。读取光电编码盘的数据时，单片机只需读取 i/o 口 0 pc和 pb 的内容。 运送铝活塞铸造毛坯机械手设计运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 - 23 - 第五章第五章 工业机器人运行时应采取的安全措施工业机器人运行时应采取的安全措施 有些国家已经颁布了关于机器人的安全法规和相应的规程,国际标准化协会也有业 机器人安全规范(iso/tc184/sc2/wg3-dp10218)。在工业机器人的生产厂家，有严格的管 理规定和详尽的技术保障体系。 在机器人应用工程中，要参照有关规程、规范以及工业机器人的说明资料，注意落 实安全措施，杜绝发生机器人伤人或其它事故。 5.1 安全要求安全要求 工业机器人能代替人在危险有害的环境作业。 但又给人另一种危险， 即机器人伤人事故。 这是工业机器人安全管理的最为重要的一条原则。此外，除了通用的工业安全规程外， 还要注意工业机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。 对工业机器人应用工程的安全要求有如下几条： a、 必须为工业机器人和周边设备安装安全护栏， 以防止人靠近而造成伤害。 工业机器 人的动作范围不能超越护栏。 b、 在护栏出入口的门上必须设置插拔式电接点点开关， 其插座有导线与控制系统的电 路连接。只有拔下开关的插头，才能打开对应的门。这时，工业机器人及周边设备 停止运转，并且将工业机器人锁定在示教模式。 c、 在距操作者的地方设置紧急停止开关。 按下此开关， 工业机器人和有关的设备立即 停止运转。 d、 在人机结合部设置传感器。当操作者在此处上、下料或装卡工作时，控制系统要有 相应的安全对策。 e、 在生产设备旁边的显著位置用大型指示灯箱表示生产系统的当前状态。 如运转、 调 试、停止等。 f、 设置工业机器人的作业的作业原点，并在生产系统的操作盘上设置相应的指示灯， 使操作者容易判断工业机器人本体的位置状态。 g、 示教作业时应降低工业机器人的运动速度， 并且要另有一人专门监护， 一但发现异 常应立即停机。 h、 由经过操作培训的人员进行工业机器人的示教作业。 i、 制定生产系统及工业机器人的操作规程和安全规程，张贴在护栏上并认真执行。 5.2 实施方法实施方法 在工业机器人应用工程中，不仅要注意对人员的危险性，而且还要考虑包括工业机 器人在内的设备的安全性。为此生产厂家在工业机器人及控制系统的软硬件方面应尽可 能地