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气动 机械手 回转 结构设计 优秀 优良 机械 毕业设计 论文

资源描述：

文档包括:

说明书一份。33页，15400字。

开题报告一份。

任务书一份。

图纸共6张，如下所示

A0-总装配图.dwg

A1-伸缩臂装配图.dwg

A1-伸缩臂零件图.dwg

A1-零件图回转缸.dwg

A2-程序流程图.dwg

A2-试验台PLC接线图.dwg

内容简介：

1 毕业设计 (论文 )任务书 学院 ：机电工程学院 专业：机械设计制造及自动化 班级：机 0405 学生情况 指导教师情况 题目类型 姓 名 学 号 姓 名 职 称 单 位 理论研究 科研开发 袁航 20 李启光 副教授 机电工程学院 工程设计 论文 题目 气动机械手回转臂结构设计，人工移动式（无动力）点位示教部分控制软件设计 主要 内容 以及 目标 (毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到 的目标 ) 1、 进行 气动机械手 的总体研究， 并进行 整体 运动方式 设计； 2、 设 计气动机械手气路设计 ， 进行关键部件的设计计算 ； 3、设计气动机械 伸缩、 回转臂部分结构，进行关键部件的 设计计算； 4、 人工移动式（无动力）点位示教部分控制软件设计 与上位监控系统设计 5、完成中英文摘要，开题报告、调研报告以及设计说明书。 成果 形式 （毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式） 1、 气动机械手回转臂结构装配图（ 1 张 纸） 2、 气动机械手 伸缩 臂结构装配图 （ 1 张 纸） 3、人工移动式（无动力） 点位示教部分控制软件 及框图，上位监控界面 4、英文翻译： 5000 字； 5、开题报告： 2000 字、调研报告： 2000 字； 6、论文： 万字； 1 篇论文（其中包括中文摘要 400 字，英文摘要 250300 单词） 基本 要求 （ 对完成设计任务方面的具体要求：设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备） 1、设计的气动机械手伸缩行程 10降行程 5转 180 度； 2、抓握零件直径 5 20，最大重量 3、 界面友好，操作方便 实习 调研 要求 （对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调 研提纲、实习时间、地点和具体内容要求） 1、利用各种途径查找文献资料，包括网络数据库、图书馆、情报中心等，通过资料认真了解软硬件技术及设备特征，了解国内外目前的技术发展现状； 2、在机电试验室现场了解等。 3、掌握软件设计的基本方法和界面组态软件的使用。 2 主要 参考 文献 （指导教师提供有关参考资料、工具书、期刊论文等） 1、 程及应用 2、 户手册 3、 00 用户手册； 4、气动与液压传动 5、 站 6 站 主要 仪器 设备 （ 根据毕业设计题目情况需要填写） 1、 计算机一台 2、 3、 套 4、 气动机械手一套 毕业设计（论文）开始日期 2008业设计（论文）完成日期 2008业设计（论文）进度计划（起止时间、工作内容） （ 指导教师对毕业设计（论文）的进度计划提出要求 ,至少详细到前期、中期和答辩阶段） 1 3 周，按照调研提纲完成调研，写出调研报告； 4 周，拟出设计方案，完成开题报告； 5周，拟订软件方案、界面与程序通讯框架，完成控制功能初步设计； 10 周，完成控制功能和界面详细工程设计，准备总体结构设计； 11 12 周，完成气路和结构图纸的草图设计； 13 14 周，完成装配图的设计； 15 16 周，撰写设计说明书，准备答辩。 指导教师（签字）： 年 月 日 督导教师（签字）： 年 月 日 院毕业设计（论文）领导小组审查意见： 组长（签字）： 年 月 日 3 气动机械手回转臂结构设计，人工移动式（无动力）点位示教部分控制软件设计 开题报告 班级（学号）机 0405 姓名 袁航 指导老师 李启光 一、 综述 1、 工业机器人由操作机 (机械本体 )、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工 智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备 给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、 搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为 “ 工业机械手 ” 。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率 :可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产 ;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用 用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展， 制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的 “ 程序控制通用机械手 ” ，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 2、 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。 执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 手部 ： 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指 (或手爪 )和传力机构所构成。手指是与物件直接接触 的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位 (是外廓或是内孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 手指有外夹式和内撑式 ;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有 :滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式 、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 手腕 ： 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位 (即姿势 ) 手臂 ： 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置 如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等 )与驱动源 (如液压、气压或电机等 )相配合，以实现手臂的各种运动。 立柱 ： 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降 (或俯仰 )运动均与立柱 有密切的联系。机械手的立 时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 行走机构 ： 当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。 机座 ： 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。 驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动 系统有液压传动、 气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动， 并记忆人们给予机械手的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控 制系统一般由程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置 . 3、 机械 手的分类 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 按用途分 ： 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 : 专用机械手 ： 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手和 叻口工中心 ” 通用机械手 ： 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手 。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种 :简易型以 “ 开一关 ” 式控制定位，只能是点位控制 :可以是点位的，也可以实现连续轨控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。 按驱动方式分 液压传动机械手 ： 是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是 :抓重可达几百公斤以上、传 动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。 气压传动机械手 ： 是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是 :介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在 30公斤以下，在同样抓重条件下 它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 机械传动机械手 ： 即由机械传动机构 (如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等 )驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。 电力传动机械手 ： 即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维 护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。 按控制方式分 点位控制 ： 它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。 连续轨迹控制 ： 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 4、 国内外发展状况 国外机器人 领域发展近几年有如下几个趋势 : 工业机器人性能不断提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修 )，而单机价格不断下降，平均单机价格从 91年的 7年的 65万美元。 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化 :由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机 ;国外已有模块化装配机器人产品问市。 工业机器人控制系统向基于 于标准化、网络化 ;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构 :大大提高了系统的可靠性、易操作性 和可维修性。 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制 ;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成 完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的 “ 索杰纳 ” 机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 机器人化机械开始兴起。从 94年美国开发出 “ 虚拟轴机床 ” 以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从 80年代 “ 七五 ”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过 “ 七五 ” 、 “ 八五 ” 科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配 、搬运等机器人 ;其中有 130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30条自动喷漆生产线 (站 )上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如 :可靠性低于国外产品 :机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距 ;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约 200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求， “ 一客户，一次重新设计 ” ，品种规格多、批量小、零部 件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程 863” 计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人， 6000开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种 :在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术 、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在 “ 十五 ” 后期立于世界先进行列之中。 二、 研究内容 1、 进行 气动机械手的总体研究，并进行整体运动方式设计。 设计的气动机械手伸缩行程10降行程 5转 180 度；抓握零件直径 5 20，最大重量 图 2气路 简易示意图 ： 图 2路简易示意图 臂伸缩 滑动单元 1b 、设计气动机械手气路设计，进行关键部件的设计计算； 3、 对现有资料和仪器进行研究， 设计气动机械回转臂部分结构，进行关键部件的 设计计算。 4、 人工移动式（无动力）点位示教部分控制软件设计 与上位监控系统设计 。 人工对机械手进行移动， 行储存，并在结束后进行自动重复演示。 三、 实现方法及预期目标 通过前期调研得知，我所研究的工作主要在 行 。 选国外工程用优良元器件，集控制、检测、执行等技术于一体 的综合性实验装置。 该实验台 由 N）、人机界面 器人模块由 3自由度的电子气动操作机、 本毕业设计，初步需要解决的是气动机械手的总体研究，即整体运动方式、整体气路的的设计研究、回转臂部分结构的分析与设计 ，机械手的回转部分设计可 采用旋转气缸 ,安装在上下方向导杆气缸上 ,做旋转运动。选用气压转角缸 ,旋转角度最大为 180 ,缸径为 60 双齿条机构 ,角度可任意调整 ,可附加感性开关。 图 3三自由度机械手简易示意图 图 3自由度机械手简易示意图 通过对机械手气动回路观察得出：此气动机械手共有 8 条控制气路，分别为 1、 2、 3、4、 5、 6、 7、 8，没两个构成一组，每组控制一自由度的动作。 其中， 1、 2 号气路控制机械手的伸缩 3、 4 号气路控制机械手的升降 5、 6 号气路控制机械手的回转 7、 8 号气路控制机械手手部的加紧与松开 由于该试验装置的气路选用的是双向四通阀，它所控制的机械手在非极限位置无法进行停留，故设 计方案需选用点位控制。 图 3械手的气动原理图 、 3 图 3械手的气动原理图 3械手运动对应的气路图 通过这些初步的工作，更直观、具体的了解气动机械手的结构以及工作方式。在此基础上重点研究的问题是 人工移动式（无动力）点位示教部分控制软件设计 与上位监控系统设计 。 这项工作的意义在于通过人工移动机械手，使电脑能够自动记录下机械手运动的整个过 2a 3a 1 程并进行重复。这样可以方便的让不了解相关编程知识的人可以更加方便、快捷的对机械手的 运动进行操作，以达到工作需要。 此过程需要通过机械手各个移动部件上的行程开关来实现。 通过行程开关的“ 0”、“ 1”状态的改变来体现机械手的运动过程。控制端只要记录下这些改变就可以完全实现机械手在人工移动时的运动过程。 该重点研究问题需要使用 7行整体运动的控制，而控制的关键是 如何将人工移动机械手的 相关数据 进行 储存以及将储存数据进行整合后再次重复 ，在储存和数据整合问题上需做更深一步研究 。另外，还将使用 到 发软件） 人机界面软件 ，该软件 在操作人员和机器设 备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息，通过它 使操作以及演示更加直观、便捷。 图 3 作界面以及 界面。 图 3作界面以及 界面 四、 对进度的具体安排 第 1 至第 3 周： 按照调研提纲完成调研，写出调研报告； 第 4 周： 拟出设计方案，完成开题报告； 第 5 至第周： 拟订软件方案、界面与程序通讯框架，完成控制功能初步设计； 第至第 10 周： 完成控制功能和界面详细工程设计 ，准备总体结构设计； 第 11 至第 12 周 : 完成气路和结构图纸的草图设计； 第 13 至第 14 周 : 完成装配图的设计； 第 15 至第 16 周 : 撰写设计说明书，准备答辩。 五、 参考文献 1、 程及应用 2、 户手册 3、 00 用户手册； 4、气动与液压传动 5、 站 6 站 指导教师 ： 年 月 日 督导教师 ： 年 月 日 领导小组审查意见 审查人签字： 年 月 日 1 第一章 概述 动 机械手概述 气动机械手 由操作机 (机械本体 )、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动 控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要 标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备 给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率 :可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产 ;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用 用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工 作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 械手的组成和分类 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图 1 图 1 of of 2 (一 )执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部 即与物件接触的部件。由于与物件 接触的形式不同，可分为夹持式和吸附 式手 在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指 (或手爪 )和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位 (是外廓或是内孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 手指有外夹式和内撑式 ;指数有双指式、 多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多 时 常用的有 :滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 2、手腕 是连接手部和手臂的部件， 并可用来调整被抓取物件的方位 (即姿势 ) 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置 如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等 )与驱动源 (如液压、气压或电机等 )相配合， 以实现手臂的各种运动。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降 (或俯仰 )运动均与立柱有密切的联系。机械手的立 柱 因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 5、行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置 。 6、机座 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支 撑和连接的作用。 (二 )驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动， 3 并记忆人们给予机械手的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生 故障时即发出报警信号。 (三 )控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 (四 )位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系 统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置 . 械手的分类 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 (一 )按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 : 1、专用机械手 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料 机械手和叻口工中心” 2、通用机械手 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种 :简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制 :可以是点位的，也可以实现连续轨控制；同时还可分为伺服型和一般型的机械手， 伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手 属于数控类型。 (二 )按驱动方式分 1、液压传动机械手 是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是 :抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。 2、气压传动机械手 4 是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是 :介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简 单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在 30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 3、机械传动机械手 即由机械传动机构 (如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等 )驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。 4、电力传动机械手 即有特殊 结构的感应电动机、直线电机或 功率步进电机直接驱动执行机构运动的 械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。 (三 )按控制方式分 1、点位控制 它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。 2、连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运 动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 内外发展状况 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势 : (1)工业机器人性能不断提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修 )，而单机价格不断下降，平均单机价格从 91年的 7年的 65万美元。 (2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化 :由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机 ;国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于 于标准化、网络化 ;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构 :大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制 ;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机 5 器人操作者产生置身于远端作业环 境中的感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。从 94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目 前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人 ;其中有 130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线 (站 )上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如 :可靠性低于国外产品 :机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距 ;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约 200台，约占 全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程 863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人， 6000开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种 :在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。 进入 21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现在大量的缺工现 象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行， 将 机械手，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到另外一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。 现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点 : (1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失 (摩擦损失、泄露损失等 ):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平 6 稳性及正确性。 (2)工作时受温度变化影响较大。油温变 化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。 (3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。 (4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高 ;且使用维护需要较高技术水平。 鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动， 气动技术有以下优点 : (1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器 :介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题 . （ 2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小 (一般不卜浇塞仅为油路的千分之一 )， 空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。 (3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要 动系统也能实现过载保护，便于自动控制。 (4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。 (5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。 (6)成本低廉。由于气动 系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为 :由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难 (尤其在高速情况下，似乎更难想象 )。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。 任务 本课题将要完成的主要任务如下 : (1) 进行 气动机械手的总体研究，并进行整体运动方式设计； (2) 设计气动机械手气路设计，进行关键部件的设计计算； (3) 设计气动机械伸缩、回转臂部分结构，进行关键部件的 设计计算； (4) 人工移动式（无动力）点位示教部分控制软件设计 与上位监控系统设计 7 第二章 机械手的设计方案 对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾 就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机 械手的原则是 :充分分析作业对象 (工件 )的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件 ;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求 ;尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制 . 按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转 运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度 8 图 2械手的运动示意图 ap of 械手的手部结构方案设计 为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部 ;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。 械手的手腕结构方案设计 考虑到机械手的通用性，同时由于 被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。 械手的手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右 回转和 降 (或俯仰 )运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。 械手的驱动方案设计 由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。 械手的控制方案设 计 9 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 (机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变 常方便快捷。 械手的主要参数 于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为 作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因 素是手臂伸缩及回转的速度。该机械手最大移动速度设计为 s。最大回转速度设计为 s/90 。平均移动速度为 s。平均回转速度为 s/60 。 械手的技术参数列表 一、用途 : 用于自动输送线的上下料。 二、设计技术参数 : 1、抓重 0. 2、自由度数 4个自由度 3、座标型式 圆柱座标 4、手臂运动参数 伸缩行程 100缩速度 40mm/s 升降行程 50降速度 100mm/s 回转范围 1800 回转速度 s/90 5、手腕运动参数 回转范围 1800 回转速度 s/90 6、手指夹持范围 棒料 : 5 20 10 9、定位方式 行程开关 10、定位精度 11、 驱动方式 气压传动 12、控制方式 点位程序控制 (采用 11 第三 章 手臂 伸缩，回转气缸的尺寸 设计 与校核 案 一 的尺寸设计与校核 为方便 大规模生产需求 以及采购，根据实验设计要求， 手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸用 寸系列初选内径为 100/63. (1)需校核气缸内径 1D =63径 R=设计使用压强 , 则驱动力： 2 )(6N （ 2） . 测定手腕质量为 5计加速度 )/(10 ，则惯性力 1 =10 5=50 （ 3） 定摩擦系数 2.0k , =50 10 总受力 10=50+10=60 0所以标准 计与校核 为使所设计的机械手拥有更高精度，同时便于安装调试，现设计手臂伸缩部分第二套方案。 (1) 活塞杆上输出力和缸径的计算 活塞左行时活塞杆产生推力 1F ,活塞右行时产生拉力 2F 。 21 4 12 222 ()4 d p F 式中 活塞杆的推力 (N); 活塞杆的拉力 (N); 活塞直径 (m); 活塞杆直径 (m); 气缸工作压力 ( 气缸工作总阻力 (N); 气缸工作时的总阻力 众多因素有关 ,如运动部件惯性力 ,背压阻力 ,密封处摩擦力等 形式计入公式 ,如要求气缸的静推力 1F 和静拉力 2F ,则计入载荷率后 计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特征 且工作频率高 ,其载荷率一般取 ,速度高时取小值 ,速度低时取大值 且工作频率低 ,基本是匀速运动 ,其载荷率可取 。根据要求本次设计中 , 。活塞杆拉力 2F 为克服机械手的自重（ 克服抓取物的重量 (用的力为 2 (1 . 5 0 . 5 ) 1 0 2 0 可求得气缸直径 D。 当推力作功时 活塞杆 定活塞杆直径可按 计算得 =85中系数在缸径较大时取小值，缸径较小时取大值。 以上公式计算出的气缸内径 根据 可估算得 d=1213 （ 2）活塞杆的计算 1）按强度条件计算 当活塞杆的长度 L 10d），可以只按强度条件计算活塞杆直径 d 式中 气缸的推力（ N）； 活塞杆材料的许用应力 ( 材料的抗拉强度（ 安全系数， S 按纵向弯曲极限力计算 气缸承受轴向压力以后，会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力 以后，活塞杆会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。该极限力与缸的安装方式、活塞杆直径 及行程有关。 当长细比 时 当长细比 时 式中 活塞杆计算长度（ m），见表 3塞杆横截面回转半径， 实心杆 空心杆 活塞杆横截面惯性矩， 实心杆 空心杆 空心活塞杆内径直径（ m）； 活塞杆截面积 实心杆 空心杆 系数，见表 314 材料弹性模量，对钢取 材料强度实验值，对钢取 系数，对钢取 a=1/5000 气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。 导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。 衡装置 在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓 一 侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。 寸设计 气缸长度设计为 20 ,气缸内径为 101 ,半径 R=105径02 半径 0 ,气缸运行角速度 = s/90 ，加速度时间 t 强 , 则力矩：2 )(22 ).(2552)26 寸校核 1测定参与手臂转动的部件的质量 0析部件的质量分布情况， 质量密度等效分布在一个半径 00 的圆盘上，那么转动惯量： 221 =20 15 = (90/18 考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数 2.0k , 惯摩 =18=驱动力矩 摩惯驱 =18+M驱 设计尺寸满足使用要求。 16 第四章 气动系统设计 4 1气压传动系统工作原理图 图 4的气源是由空气压缩机（过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器 ，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。 图 4械手气压传动原理图 17 各执行机构 调速。凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可以加快启动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。 为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器。这样可以省去电磁阀和切换调节阀或行程节流阀的气路阻尼元件 。 电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。 18 第五 章 机械手的 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 (机械手进行控制 需改变 常方便快捷。 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 C,德国 西门子公司的 5 系列 本 石 )公司的 次设计中选择了 7编程序控制器。 7家族中的小型可编程控制器，适用于各行各业、各种应用场合中的检测、监测及控制的自动化。 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制，到极复杂的自动化控制，应用领域极为广泛。 应用范围覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。 全世界拥有数以百万计的成功应用案例，无论是单独运行，还是联网应用。 高性能与小体积集成一体，运行快速，并且提供了丰富的通信选项，具有极高的性能 /价格比。 件都易于使用。 但能够经济地满足目前的项目要求，也为将来扩展提供了开放的接口。 于编程，引入了编程工具箱（ 念，设计了许多编程向导（ 方便用户完成一些比较复杂的程序设计工作。 N 继承了 优良品 质和卓越性能，适用范围可覆盖从替代继电器的简单 控制到复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动监测，自动化控制有关的工 业及民用领域，包括各种纺织机械、中央空调、印刷机械、包装机械、工程机械、小型机床、 楼宇自控、民用设施、环境保护设备等等。 极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 丰富的扩展模块 19 图 5 5 模式选择开关：开关拨到 上电时， 开关拨到 关拨到 改变当前操作模式。当模式选择开关打在 以使用 图 57N 面 20 图 5N 面 图 5N 展模块）正面 图 5N 面 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， 入输出状态暂存器也称为 I/0状态表 1 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， ，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，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， 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， 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。 段 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， 7扩展模块 除了 增加 I/O 点数、扩展通信能力和一些特殊功能。 数字量 I/ 模拟量 I/ 通信模块 功能模块 不同类型的模块可以组合搭配，一起做 ： 字量输入扩展模块。包括 o 8点 x 24o 8 x 120/230o 16 x 24 数字量输出扩展模块 22 o 4 x 24A o 4 x 继电器 /10A o 8 x 24o 8 x 继电器 /2A o 8 x 120/230 字量输入 /输出混合模块 o 4 x 244 x 24 o 4 x 244 x 继电器 /2A 输出 o 8 x 248 x 24 o 8 x 248 x 继电器 /2A 输出 o 16 x 24入； 16 x 24出 o 16 x 24入； 16 x 继电器 /2 不同类型的数字量模块可以同时连接到 要注意各自的电源连接就可以了。 数字量 I/除了 一通道输出的简单模拟量 I/他 需要加模拟量扩展模块才能获得模拟量 I/ 4通道电源 /电流模拟量输入 2 通道热电阻温度输入模块 C： 4通道热电偶温度输入模块 4通道电压、电流输入 /1 通道电压、电流 输出模块 除 这些通信模块有： 连接到 的 23 拟音频调制解调器（ 块，带 持自动电话拨号等功能 太网模块，带 连接到支持 西门子的其他 西门子软件（ 信 T：带因特网功能的以太网模块，除 支持 T 功能 行器传感器接口）主站模块。 站可以连接到端子上。一个完整的系统还需要 源等设备 能模块 位处理模块，支持开环速度和定位控制。一般用于控制步进电机控制器和伺服电机控制器。支持 个模块可以控制一个轴。使用多个模块的情况下也不能进行复杂的插补计算 5.3 与实际 输入 /输出信号相关的输入 /输出映象区： o I：数字量输入（ o Q：数字量输出（ o 拟量输入 o 拟量输出 内部数据存储区 o V：变量存储区，可以按位、字节、字或双字来存取 V 区数据 o M：位存储区，可以按位、字节、字或双字来存取 o T：定时器存储区，用于时间累计，分辨率分为 110100 o C：计数器存储区，用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数。 型的计数器：一种只能增计数；一种只能减计数；另外一种既可 以增计数，又可以减计数 寻址格式 数据长度 （二进制位） 数据类型 取值范围 24 ） 1（位） 布尔数 （二进制位） 真（ 1）；假（ 0） 节） 8 （字节） 无符号整数 0 255； 0 数） 16 （字） 有符号整数 - 32768 32767； 8000 7 ） 无符号整数 0 65535； 0 双整数） 32 （双字） 有符号整数 - 2147483648 2147483647 8000 0000 7 双字） 无符号整数 0 4294967295； 0 实数） 2位 单精度浮点数 8 数）； +8（正数）； （字节） 字符列表 汉字内码（每个汉字 2字节） 字符串） 字符串 1 254 个 、 汉字内码（每个汉字 2字节） 图 5程序设计思路 我所设计的程序要求要求在无动力的情况之下，人工移动机械手使其完成任意的动作。在打开动力后，按下“示教”按钮，系统可以演示处在无动力时的所有动作。 我的想法是利用机械手各部位限位开关的跳变进行存储以及提取，从未而实现机械手的运动。 无动力人工运动时，各个限位开关的负跳变对应机械手的各个动作，需要注意的是，任何一个跳变所对应的动作是相反的。例如：缩回到位传感器从 1跳变到 0时，对应的动作是“机械手伸出”。因此在程 序的内部必须进行一步从限位开关到机械手运动的转换，这在其他同学的程序中是没有的。 具体做法如下：机械手一共有 8个限位开关，在出现跳变时也对应了 8个不同的动作。如果出现负跳变，则将此限位开关的跳变存入 个地址有 8 个位，正好对应机械手的 8个动作。（实际上在存储时没有用到 为在 部并没有用到 此我在编程过程中也不用 样做可以是程序在调试时更加方便，总体的风格 25 保持一致。）在存储结束后，按下“再现示教”按钮，系统会一次性将这 8位地址提取出来，当作 而在现 机械手的所有动作，这样就实现了机械手的无动力示教。 还有一个很重要的问题是在演示过程中的时间问题，手动演示时步与步之间停顿的时间是不一样的，在线演示时必须要把每步间相差的时间体现出来，做到完整的示教。在编制程序时我在 演示开始时定时，当输入发生跳变时把记录下的时间存入寄存器。这样，把跳变的时间相减就得到了某一部完整的运动时间了。再现演示时把寄存器中的时间数据提取出来，机械手就完全可以实现按照手动演示时的时间差运动了。 在程序的调试过程中，出现了许多困难。因为没有编程的经验，在程序中出现了 许多错误。数据不匹配，字节，字、双字运用不合理等都是导致错误出现的原因。而且在程序中经常会出现难以发现的逻辑错误，使得程序无法运行。 由于 课题的特殊性，在演示过程中有一点需要特别注意。因为 本程序是下降沿激发，各个限位开关都是很灵敏的，所以在手动演示过程中 ，我必须要注意机械手必须要按照我所规定的动作运动。在任何方向想如果有细微的移动导致限位开关发生了跳变，程序就会记录下来，在演示时就会发生跟手动演示