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长沙学院毕业设计 刀削面机器人的设计摘 要本章介绍了刀削面机器人工作原理，以及刀削面机器人的部件结构和各部件零件的主结构。这次设计主要是在刀削面机器人的摆动机构设计中采用新的理念，巧妙地沿用了连杆机构，实现了确定的位移范围，并且在往复面板机构设计与机架升降机构设计中 都采用了丝杠螺旋传动的导向功能。主要是对部件中的凸轮与连杆机构的进行了设计与计算以及机构自由度的计算，摆动削刀的速度计算，刀具的切削宽度与深度的计算，部件往复面板机构设计与机架升降机构用的丝杠的选用与校核计算，以及其结构设计。关键词：关键词：刀削面机器人；摆动机构；结构设计 长沙学院毕业设计 Noodle-robot designAbstractThis chapter describes the noodle robot works, as well as the main structural components and structural components noodle robot parts. The design is mainly the introduction of new ideas in the swing mechanism design noodle robot, the cleverly follows the linkage to achieve the determined displacement range, and the reciprocating mechanism design panel and frame lifting mechanism design have adopted the wire bar screw drive guiding function. Mainly on the part of the cam and link mechanism was designed with the computing and calculating means freedom, swinging the knife cutting speed, calculated as the width and depth of the cutting tool, parts reciprocating mechanism design panel and rack lift mechanism Check Calculation screw selection and use, as well as its structure. Keywords: noodle robot; swing mechanism; structural design 长沙学院毕业设计 第一章 绪论.51.1 引言 .51.2 课题研究的目的和意义 .51.3 国内外研究现状及发展状况 .51.4 课题研究的目的和意义 .61.4.1 本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法 .61.4.2 本次毕业设计主要工作 .6第二章 刀削面机器人总体方案设计.82.1 刀削面机器人的设计任务 .82.2 刀削面机器人的基本机构 .82.3 刀削面机器人的工作特点及传动原理 .92.4 本章小结.11第三章 刀削面机器人的摆动机构设计.123.1 摆动机构主要结构及工作原理.123.1.1 摆动机构主要结构 .123.1.2 摆动机构工作原理 .123.2 偏心轮与连杆机构设计与计算 .133.3 机构自由度的计算 .163.4 削面摆动削刀的相关计算.173.5 本章小结 .19第四章 刀削面机器人的往复面板机构设计.204.1 往复面板机构的主要结构与工作原理.204.1.1 往复面板机构主要的结构 .204.1.2 往复面板机构的工作原理 .204.2 丝杠的选用与计算.214.2.1 丝杠的类型选择 .214.2.2 丝杠的设计计算 .214.3 本章小结.24第 5 章 刀削面机器人机架升降机构设计.255.1 机架升降机构的主要结构与工作原理.255.1.1 升降机构的主要结构 .255.1.2 升降机构的工作原理 .255.2 升降旋转机构长丝杠的选用与计算校核.265.3 本章小结.28第 6 章 刀削面机器人的 PLC 控制设计.29第 7 章 结论.36 长沙学院毕业设计 长沙学院毕业设计 0第 1 章 绪论1.1 引言机器人技术是新兴的跨学科综合性高新技术，是力学、机构学、机械设计学、自动控制、传感技术、电液气驱动技术、计算机、人工智能、仿生学等多个学科知识的综合与交叉。机器人作为高自动化、智能化的典型机电一体化设备，通过计算机编程能够自动完成目标操作或移动作业，具有较高的可靠性、灵活性、巨大的信息储存、处理能力和快速反应能力。机器人自 60 年代初问世以来，经过多年的发展，已经广泛应用于各个工业领域，成为制造业生产自动化中主要的机电一体化设备。同时随着社会的发展和人们生活水平的提高，各种各样的机器人也被开发出来去适应制造领域以外的各个行业。本文以刀削面机器人为研究对象。 1.2 课题研究的目的和意义刀削面一直是大众所喜爱的面食之一，其口感爽滑，柔韧劲道，在中国拥有广泛的 群众基础，随着中华饮食文化的发扬光大各民族各地域之间饮食习惯差距日渐缩小，刀削面越发普及。无论南北，男女老少都爱吃甚至在国外的华人区刀削面也经常可见。刀削面机器人一种新型仿人工刀是削面机,具有操作简便,自动智能化操作 , 高效率,低能耗 ,维护方便 ,外形美观 , 工作效率高，相对于人工技师而言不存在疲劳和情绪波动而影响工作效率的情况，易招揽顾客等优点。刀削面机器人机是替代人工技师执行削面工作的一种机器装置；它不仅可以按预先编排的程序去完成标准化的削面工作，还可以临时接受人工指令改变工作状态；是人工智能技术应用于餐饮领域的重大突破。1.3 国内外研究现状及发展状况机器人是近 30 年发展起来的一种典型的、机电一体化、独立的自动化生产工具。在制造业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化、改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。我国是个人口大国,餐饮行业在中国经济中占有十分重要的地位,经济人士 长沙学院毕业设计 1称其为永不衰败的产业,刀削面是我国传统的具有旺盛生命力的主导面食品种,尤其是在我国东北, 西北,山东地区各大中小城市及县乡镇的主要街道,到处都有刀削面馆,而刀削面作为中国一个名优美食已发展到在全国各地,形成长盛不衰的趋势,那么刀削面机器人无疑会因此顺势得宠。刀削面机器人，系列智能刀削面机器人机是替代人工技师执行削面工作的一种机器装置；它不仅可以按预先编排的程序去完成标准化的削面工作，还可以临时接受人工指令改变工作状态；是人工智能技术应用于餐饮领域的重大突破。1.4 课题研究的目的和意义1.4.1 本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法本设计主要研究解决的难点问题：1.左手的左右摇摆运动可以通过设定使其按一定规律运动，但是上下调整面和刀之间的距离如何运动？需要什么装置感应反馈？2.电机带动右手工作时，哪种传动方式更好些？1.4.2 本次毕业设计主要工作 长沙学院毕业设计 2 设计出刀削面机器人设计刀削面机器人的执行机构，驱动系统，控制系统，提供设计说明书与相关附件。并且削出的面状如柳叶，长短宽窄薄厚均匀。削面速度至少是人工速度的 1.5 倍。 长沙学院毕业设计 3第第 2 章章 刀削面机器人总体方案设计2.1 刀削面机器人的设计任务本设计题目要求设计一种刀削面机器人，根据任务书的整体要求，以及任务书的数据，本次设计重点是负责刀削面机器人的具体机械手进行设计，重新设计出削面摆动机构、机架升降机构、往复面板机构等。使得板材加工后更为美观，整密。功率强劲，操作方便，噪声低，更为人性化等。其主要参数如下所示：型号重量电压功率产量外形尺寸10080kg220V2.2kw60 条/分1050X850X13002.2 刀削面机器人的基本机构刀削面机器人就是替代人工技师执行削面工作的一种机器装置，其主要由机架、削面摆动机构、机架升降机构、往复面板机构以及底座组成。刀削面机器人的机架在底座上端，机架外包装的塑料壳为人体上半身。底座上有四根是矩形分布的升降导柱并且与机架底部连接。削面摆动机构在机架右上部，由削面电机、偏心轮、传动杆、削面刀、杠杆、支点轴、支杆、轴碗组成。往复面板机构位于底座内前部,机架升降机构位于底座内后部。如图所示： 长沙学院毕业设计 42.3 刀削面机器人的工作特点及传动原理由于市面上的刀削面机器基本上全部普及了数控操作，这导致了它的高成本高价位使得一般的餐饮业的老板放弃了对它的需求。因此，刀削面机器人的推广需要重新设计运动机构和控制模式来降低人员维护与保养成本、保养费用及造价。运用常见机构配合的运动轨迹实现刀削面的走刀运动以及进给量控制来降低成本，提高刀削面的生产率，加快实现食品生产机械化和自动化的步伐。其主要优点在于以下几点：1、本机主要传动部伯，均选用优质钢材并经热处理和精密的加工完成，使用寿命长，噪音小。2、和面接触的机头部件均为不锈钢材料，并经光整修理，具有不锈蚀和基本不粘面的效果，清理非常方便。3、本机削出的面中厚边薄，长度适中，外形佳，口感好，远胜于人工削面。厚度，宽度和面飞出的距离可根据需要调整。 4、削面效率高，更适合客流大，削面量大的场合。 5、外罩采用优质不锈钢制成。外面亮丽，防腐防锈性能好。 刀削面机器人工作原理：如图所示：本实用新型的目的是设计一种智能机器人刀削面机，使其具有仿人制刀削面过程，且还具有结构简单，实用，操作 长沙学院毕业设计 5简便和使用效果好的优点。为此，本实用新型主要主要由底座、削刀和机架所组成，其特征在于:包括机架、削刀摆动机构、置面板移动机构和机架升降机构;机架，机架位于底座上端，机架外包设的塑壳呈人体上半身形，机架底部滑配在底部固定在底座上的四根呈矩形分布的四根升降导柱上;削刀摆动机构，位于机架上的右侧端，由刀削电机、偏心轮、传动杆、轴碗、支杆、支点轴、杠杆和削刀所组成，削刀与位于人体右手外的杠杆端连接，杠杆另一端位于人体中空的右臂内并通过轴碗轴接传动杆的一端，靠近传动杆的杠杆中部通过支点轴与固定在机架上的支杆轴接，传动杆的另一端与偏心轮轴接，刀削电机带动偏心轮转动;置面板移动机构，位于底座内前部，两板架上端与位于底座上端与削刀下端的置面板下端面固接，两板架下端位于底座内的滑轨上，两板架之间设丝母杆，板架移动电机通过丝杠带动丝母杆转动;机架升降机构;位于底座内后部，机架底部滑配在底部固定在底座上的四根呈矩形分布的四根升降导柱上，机架底部设有丝母托板，丝母托板中部与升降丝杠螺接，升降电机带动升降丝杠转动。所述的底座侧端设有控制面板。所述的右臂的右胳脖肘处为布层。所述的机架下端周边与对应的底座之间设有波纹形布层或波纹伸缩管。所述的置面板呈前低后高的斜置。刀削面机器人右臂由电机带动通过曲轴连杆机构实现不停的往复运动，左右托着面并且配合右手而上下左右摆动。其结构示意图如下： 长沙学院毕业设计 62.4 本章小结本章主要介绍了这次设计的任务以及刀削面机器人的部件组成和工作原理和特点长沙学院毕业设计7第 3 章 刀削面机器人的摆动机构设计3.1 摆动机构主要结构及工作原理3.1.1 摆动机构主要结构 刀削面机器人的摆动机构位于机架右部，由削面电机、偏心轮、 、传动杆、削面刀、杠杆、支点轴、支杆、轴碗组成。其示意简图如下： 其选用的电机参数：额定电压 380V、额定频率 50Hz、额定功率 2.2Kw、 1额定转速 1410r/min。3.1.2 摆动机构工作原理削面电机带动偏心轮转动，传动杆的一端与偏心轮轴连接，靠近传动杆的杠杆中部通过支点轴与固定在机架上的支杆轴接，杠杆一端位于人体中空的右长沙学院毕业设计8臂内并通过轴碗轴接传动杆的一端，位于人体右手外的杠杆另一端则与削刀连接。当控制电路使削面电机转动时，电机带动偏心轮转动，而偏心轮转动则使传动杆拉动杠杆以支点轴为支点上下摆动带动削面刀在面板上端摆动，从而形成仿人削面动作。3.2 偏心轮与连杆机构设计与计算偏心轮是指这个轮的中心不在旋转点上，一般指代的就是圆形轮，当圆形没有绕着自己的中心旋转时，就成了偏心轮。偏心轮为原动件做定轴转动，其几何中心也即偏心轮与连杆组成转动福的中心。偏心轮几何中心至转轴的距离为定值，因此偏心轮在机构运动中的作用相当于一个曲柄的作用，所以该机构也相当于曲柄滑块机构。长沙学院毕业设计9当曲柄长度很小时，通常把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且轴颈位于中部时，还可以安装整体式连杆，得结构简化。对心曲柄滑块机构运动分析，由图可得任意时刻滑块运行距离：)cos1 ()cos1 (coscosLRLRLRS且sinsinRL长沙学院毕业设计10所以sinsinsinLR )(LR所以222sin1sin1cos22sin211)sin211 (sin1sin41(2222244内，分解为几乎为零，可带入因且)2cos1 (21sin2所以)2cos1 (411cos2所以有滑块运行距离：)2cos1 (41)cos1 ()2cos1 (41)cos1 ()2cos1 (41)cos1 (2RRLRLRS滑块速度 V 为：t2sin21tsin2sin21sin2sin241sinLRRRRdtdddSdtdSV滑块加速度为：) tcost(cos)2cos(cos22LRRRdtdddVdtdVa长沙学院毕业设计113.3 机构自由度的计算平面机构的自由度如图所示的曲柄滑块机构，如给定任一活动件一个确定的运动，例如给定滑块一个独立运动规律 s = f（t） ，则其余构件的运动规律即可完全确定。这说明曲柄滑块机构只有一个独立运动，或者说只有一个自由度。要使该机构具有确定的运动，必须给定该机构中一个构件的运动规律。又如铰链四杆机构，如机构有两个独立运动，或者说有两个自由度，要使该机构具有确定的运动，必须同时给定两个独立运动规律。本机构的传动方案选择：长沙学院毕业设计12 方案一 方案二选择机械手小臂的切削动作方案：刀削面机械手方案一优点:该方案的空间利用率高，尤其在空间有限的仿真机械手比较实用。缺点：双曲柄滑块机构的成本比较高，机构复杂度高，机械效率比较低。刀削面机械手方案二：优点：机械效率高，制造成本低，空间复杂度低，便于安装维护。缺点：占用比较大的空间。该机械手的设计目的在于降低其制造成本，由于方案二在机械效率和制造成本上都高于方案一，故选方案一作为刀削面机械手小臂切削机构机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。机构的自由度可能是一个、两个，甚至两个以上。若某机构由 N 个构件组成，除去机架，机构中共有 n=N1 个活动件。构件在连接之前，全部活动件共有 3n 个自由度。而在联接后，构件的自由度由于运动副的约束而减少。设在机构中有PL 个低副，PH 个高副，则该机构全部运动副的约束数目共有 2PL+PH 个。则机构自由度 F3n2PLPH=1由于机构具有确定相对运动的条件机构具有确定运动的条件：原动件数目W 应等于机构的自由度 F。即 WF3n2PLPH 原动件数自由度数，机构无确定运动原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏。得出机构具有确定的运动条件。3.4 削面摆动削刀的相关计算由于切削机构的连杆机构如图所示：长沙学院毕业设计13 由于 R45=CDBD；R65=CD + BD 由图知，R45，R65 与 R18 的交点分别是该曲柄连杆机构的两个极限位置，两极限位置夹角为 78 度，符合该机械手设计方案。一，急回运动和行程速比系数求解：极位是曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置。当曲柄以 逆时针转过 180+ 时，摇杆从 C1D 位置摆到 C2D。所花时间为 t1 , 平均速度为 V1, 由公式当曲柄以 继续转过 180- 时，摇杆从 C2D,置摆到 C1D，所花时间为t2 ,平均速度为 V2 , 有：因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。并且：t1 t2，V2 V1。摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度：由公式有：只要 0 ， 就有 K1。且 越大，K 值越大，急回性质越明显。由数据代入得到，K=2.5。所以可通过分析机构中有急回运动的程度不较高。二，削刀的速度计算：（1） 由于 Na : Nb = da : db = 2 : 1 ;Nb : Nd = db: dd = 2 : 1 ;则：Na : Nd = 4 : 1 ;（2） 刀削面机械手的小臂摇杆机构摇摆速度即是切削速度。考虑到摇杆机械疲劳强度限制，摇杆最高速度 v 为 4 次每秒。不同电机极数的三相异步电动机同步转速如下：2 极电机同步转速为 3000 转/分。4 极电机同步转速为 1500 转/分。6 极电机同步转速为 1000 转/分。8 极电机同步转速为750 转/分。（3） 三相异步电机速度 V v*Nd/Na = 16/s= 960 转/分；故选择 8 极三相异步电机。（4） 已知凸轮转速 1，求推杆的速度 V2，根据三心定理和公法线 nn 求长沙学院毕业设计14瞬心的位置 P12 。由公式V2l(P13P12)1 得出刀削面机械手的切削速度 v = 750/（4*60）=3.125 条/秒；三，刀具切宽，切深：由推程角与回程角比是 1 ：2 =1 ：5 即 1 =60；2 =300该刀削面机械手在面料表层将切削的最大面条数为：28*5/6=24（取整） 。由最大推程为 12cm，者刀削面面宽最大为 12/24=0.5cm；因此刀具的削面最小宽慰 5mm。刀具的切深为 2mm。如图所示：3.5 本章小结本章节重点介绍了刀削面机器人摆动机构主要结构及工作原理，摆动机构主要结构摆动机构的主要工作原理，对并凸轮与连杆机构的进行了设计与计算以及机构自由度的计算，摆动削刀的速度计算，刀具的切削宽度与深度的计算。长沙学院毕业设计15第 4 章 刀削面机器人的往复面板机构设计4.1 往复面板机构的主要结构与工作原理4.1.1 往复面板机构主要的结构置面板移动机构，主要是由托面架，连接支架，滑道，滑块，减速电机，丝杠，连轴器等组成。它位于底座内前部，两板架上端与位于底座上端与削刀下端的置面板下端面固接，两板架下端位于底座内的滑轨上，两板架之间设丝母杆，板架移动电机通过丝杠带动丝母杆转动：如图 4-1 所示： 4.1.2 往复面板机构的工作原理其主要工作原理：置面板移动机构，位于底座内前部，两板架 19 上端与位于底座上端与削刀下端的置面板 7 下端面固接，两板架下端位于底座内的滑轨20 上。两板架移动范围的底座上端面留有滑槽 9，两板架之间设丝母杆 23，板架移动电机 21 通过丝杠 22 带动丝母杆转动。置面板位于仿人体形左胳脖 5 及左手处。当控制电路控制刀削电机转动时，控制电路同时控制板架移动电机转动，带动丝杠传动置面板沿滑轨缓慢左、右移动，移动的置面板将其上的面团送至摆动的切刀处，切成削面。长沙学院毕业设计164.2 丝杠的选用与计算4.2.1 丝杠的类型选择首先根据螺纹副摩擦性质，特点与用途不同，如表 4-2 所示：表表 4-2 各类螺旋传动的特点和应用各类螺旋传动的特点和应用种类滑动螺旋滚动螺旋静压螺旋特点1 摩擦阻力大，传动效率低（通常为 3040%）2 结构简单，加工方便3 易于自锁4 运转平稳，但低速或微调时可能出现爬行4 螺纹有侧身间隙，反射时有空行程，空位精度和轴向刚度较差（采用消隙机构可提高定位精度）5 磨损快1 摩擦阻力小，传动效率高（一般在 90%以上）2 结构复杂，制造较难3 具有传动可逆性（可以把旋转运动变成直线运动，又可以把直线运动变成旋转运动） ，为了避免螺旋副受载后逆转，应设置防逆转机构4 运转平稳，启动时无颤动，低速时不爬行5 抗冲击性能较差1 摩擦阻力极小，传动效率高（可达 99%）2 螺母结构复杂3 具有传动可逆性，必要时应设置防逆转机构4 工作平稳，无爬行现象5 需要一套压力稳定，温度恒定，过滤要求较高的供油系统应用举例金属切削机床，木工机床的、分度机构的传动螺旋、摩擦压力机的传动螺旋数控机床、精密机床、起重机构和汽车等转向机构的传力螺旋，飞行器、船舶等自控系统的传动螺旋和传力螺旋精密机床的进给，分度机构的传动的螺旋选择滑动螺旋类型，用于传力螺旋和传动螺旋，采用梯形螺纹。4.2.2 丝杠的设计计算关于耐磨性的基本参数确定：1小气缸推动旋转的丝杠材料选为 40Cr，丝母材料选为 Q235-A。旋转速度也属于低速。长沙学院毕业设计17由螺杆中径公式 （4-3）2 Fdp已知轴向载荷，查机械手册得，2500FN0.82 8pMPa则螺杆中径mm。225000.8102 8d 由机械手册查得公称直径mm，螺距mm。12md 2p 则螺母高度mm；22 1020Hd旋合圈数1012。20102Hzp螺纹的工作高度mm。0.50.5 21hp由工作压强公式 （4-4）2Fpd hz得25007.95 83.14 10 1 10pMPapMPa 则工作压强校核合理。关于自锁的验算：2螺纹升角2arctanSd已知mm，2Sn pA则2arctanarctan0.063.43.14 10由当量摩擦角公式长沙学院毕业设计18 （4-5）arctancos2f查表机械手册知，0.15f 30则0.15arctanarctan0.158.5330cos2则。所以符合自锁条件。关于螺杆强度的验算：3许用应力 196.25MPa当量应力公式（4-6）222311430.2FTdd已知取 2000则TN mA 47MPa螺杆强度符合要求。关于螺纹牙强度的验算：4由机械设计手册查得螺纹牙底宽度mm，丝杆螺纹许用切应力，许用弯曲应力，1.3b b查表知，。 117MPa 196.3bMPa丝杆剪切强度 125006.133.14 10 1.3 10FMPad bz丝杆弯曲强度。 22133 2500 114.83.14 10 1.310bbFhMPad b z长沙学院毕业设计19关于螺杆的稳定性验算：5丝杆柔度，此丝为一端固定，一端自由，查机械设计手册得li2最大工作长度 140mm，危险截面的惯性半径mm，12.14di 则丝杆柔度取 133.3mm，由，90则临界载荷 22acEIFl查机械手册有轴惯性矩mm，弹性模量，256.1aI 52.07 10EMPa则6667.1cFN则2.662.5cFF所以丝杆稳定性符合条件。关于效率计算：6。tan0.060.95100%0.95100%27%0.211tan4.3 本章小结本章主要介绍了刀削机器人中的往复面板机构以及部分零件装配结构，机构工作原理分析，重点介始了执行机构的选用，丝杠的选用以及各参数的确定与强度校核计算。长沙学院毕业设计20第 5 章 刀削面机器人机架升降机构设计5.1 机架升降机构的主要结构与工作原理5.1.1 升降机构的主要结构刀削面机器要的机架升降机构，主要是是电机，升降导柱，丝母托板，滑轨，升降丝杠，支架等组成，如图 5-1 所示：5.1.2 升降机构的工作原理其工作原理（如上图所示）：机架升降机构;位于底座内后部，机架底部滑配在底部固定在底座上的四根呈矩形分布的四根升降导柱 24 上，机架底部设有丝母托板 27，丝母托板中部与升降丝杠螺接，升降电机 26 带动升降丝杠 25 转动。当控制电路控制刀削电机转动使削刀摆动且同时控制板架移动电机转动使置面板的缓慢移动时，控制电路也同时控制升降电机转动，升降电机带动升降丝杠转动使丝母托板带动机架做缓慢的上、下移动，带动削刀摆动机构亦下移，使完成切削一层面团的削刀再下移，重复对下一层面团的切削。长沙学院毕业设计215.2 升降旋转机构长丝杠的选用与计算校核此丝杠与 4.4.2 章节中丝杠的设计计算原理相同。关于耐磨性的基本参数确定：1小气缸推动旋转的丝杠材料选为 40Cr，丝母材料选为 Q235-A。旋转速度也属于低速。已知轴向载荷，查机械手册得，10000FN0.82 8pMPa则螺杆中径mm。2100000.8202 8d 由机械手册查得公称直径mm，螺距mm。24md 4p 则螺母高度mm；40H 旋合圈数1012。10z 螺纹的工作高度mm。2h 工作压强公式7.8 8pMPapMPa则工作压强校核合理。关于自锁的验算：2已知mm，4Sn pA则螺纹升角3.4查表机械手册知，0.15f 30则当量摩擦角8.53则。所以符合自锁条件。长沙学院毕业设计22关于螺杆强度的验算：3许用应力 196.25MPa已知取 6000则TN mA当量应力 32MPa螺杆强度符合要求。关于螺纹牙强度的验算：4由机械设计手册查得螺纹牙底宽度mm，丝杆螺纹许用切应力，许用弯曲应力，1.5b b查表知，。 117MPa 196.3bMPa丝杆剪切强度 125006.133.14 10 1.3 10FMPad bz丝杆弯曲强度 42.5bbMPa关于螺杆的稳定性验算：5此丝杠为两端固定，查机械设计手册得0.5最大工作长度 862mm，危险截面的惯性半径mm，4.5i 则丝杆柔度取 95.7mm，由，90则临界载荷 22acEIFl查机械手册有轴惯性矩，弹性模量，35150.4aImm52.07 10EMPa则45.6 10cFN则长沙学院毕业设计235.62.5cFF所以丝杆稳定性符合条件。关于效率计算：6。27.4%5.3 本章小结本章主要介绍了刀削面机器人的升降机构以及部分零件装配结构，重点介始了升降机构的长丝杠的选用以及各参数的确定与强度校核计算。长沙学院毕业设计24第 6 章 刀削面机器人的 PLC 控制设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变 PLC 程序即可实现，非常方便快捷。6.1 可编程序控制器的选择及工作过程6.1.1 可编程序控制器的选择目前 ，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的 F 系列PC,德国西门子公司的 SIMATIC N5 系列 PC、日本 OMRON(立石)公司的 C 型、P型PC 等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了 OMRON 公司的 C28P 型可编程序控制器。6.1.2 可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为 4 个阶段。第一阶段是初始化处理。可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU 对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为 I/0 状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时， CPU 首先使 I/0 状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，长沙学院毕业设计25进入下一阶段。第二阶段是处理输入信号阶段。在处理输入信号阶段，CPU 对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到 I/0 状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在 I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。第三阶段是程序处理阶段。当输入状态信息全部进入 I/0 状态表后，CPU 工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各 I/0 状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入 I/0 状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。CPU 对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到 I/0 状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU 又返回执行下一个循环的扫描周期。6.2 可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行:(1)系统设计即确定被控对象的动作及动作顺序。(2) I/0 分配 即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。长沙学院毕业设计26(3)画梯形图 它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD 或 CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。 (4)助记符机器程序 相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。(5)编制程序即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。(6)调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如 IBM-PC 机，只要这个机器配有相应的软件。(7)保存程序调试通过的程序，可以固化在 EPROM 中或保存在磁盘上备用。6.3 机械手可编程序控制器控制方案1、系统简介控制对象为圆柱座标气动机械手。它的手臂具有三个自由度，即水平方向的伸、缩;竖直方向的上、下;绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。另外，其末端执行装置机械手，还可完成抓、放功能。以上动作均采用气动方式驱动，即用五个二位五通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个气缸，使机械手完成伸、缩、上、下、旋转及机械手抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化为旋转运动。这样 ，可用 PLC 的 8 个输出端与电磁阀的 8 个线圈相连，通过编程，使电磁阀各线圈按一定序列激励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作.如果欲改变机械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外 ，除抓放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，则出错指示灯亮。长沙学院毕业设计272、工业机械手的工作流程此机械手用于冲床的上下料。当按下机械手启动按钮之后，机械手有如下动作:先右转至右限位开关动作(1DT 通电) 下降至下限位开关(5DT 通电) 手腕逆时针转动 90(7DT 通电) 手臂伸长至限位开关(3DT 通电) 检查有无物品，若有物品，手爪抓紧(9DT 通电) 手臂收缩至限位开关(4DT 通电) 上升至上限位开关(6DT 通电) 左转至左限位开关动作(2DT 通电) 手腕顺时针转动 90 (8DT 通电) 手臂伸长至最长(3DT 通电) 手爪松开(IODT 通电) 延时 T 手臂收缩最短(4DT 通电)。至此，一个工作循环完毕。3、机械手工作时序图如附图所示。4, I/0 分配根据系统输入输出点的数目，选用 OMRONC 28P 型 PC，它有 16 个输入点，标号为 00000015; 12 个输出点，标号为 0500-0511.5、梯形图设计(如附图所示)根据机械手的逻辑时序图及 1/0 分配，画出控制梯形图，如附图所示。由长沙学院毕业设计28梯形图可以看出:(1)手臂左转的条件:左转不到位(0003 为 OFF)，收缩到位(0006 为 ON),上升到位(0007 为 ON)，手腕逆转到位(0009 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON),无右转命令(0501 为 OFF).(2)手臂右转的条件:右转不到位(0004 为 OFF)，上升到位(0007 为 ON),收缩到位(0006 为 ON)，手腕顺转到位(0010 为 ON)，手爪放松(0002 为 OFF),无左转命令(0500 为 OFF).(3)手臂伸长的条件:伸长不到位(0005 为 OFF)，无收缩命令(0503 为 OFF)，并且满足下列条件之一:1)右转到位(0004 为 ON)，下降到位(0008 为 ON)，手腕逆转到位(0009 为 ON)，手爪放松(0002 为 OFF); 2)左转到位(0003 为 ON)，上升到位(0007 为 ON)，手腕顺转到位(0010 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON).(4)手臂收缩的条件:收缩不到位(0006 为 OFF)，无伸长命令(0502 为 OFF)，并且满足下列条件之一:1)右转到位(0004 为 ON)，下降到位(0008 为 ON)，手腕逆转到位(0009 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON); 2)左转到位(0003 为 ON)，上升到位(0007 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON)，手腕顺转到位(0010 为 ON).(5)手臂上升的条件:上升不到位(0007 为 OFF)，无下降命令(0505 为 OFF)，收缩到位(0006 为 ON)，手腕逆转到位(0009 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON)，右转到位(0004 为 ON). (6)手臂下降的条件:下降不到位(0008 为 OFF)，无上升命令(0504 为