毕业论文终稿-一种基于PLC控制的伺服机械手的设计[下载就送全套CAD图纸 答辩通过]

需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑宁学院毕业设计论文一种基于PLC控制的伺服机械手的设计所在学院专业班级姓名学号指导老师2016年3月30日II摘要近代的工业机械手是由目标机械本体、控制器系统、传感装置系统、控制系统和伺服动力器系统组成，是一种模仿人的操作、自动化控制、可多次编程、能在立体空间完成各式各样作业的MECHATRONICS设备。工业机械手对于提高和确保产品质量，提升生产的效率，改善工人的工作条件和快速更新产品起着非常重要的作用。工业机械手技术结合了多们学科的知识。包含机构学、计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能、仿生学等。它是当代十分活跃，应用非常广泛的领域。课题将设计一个伺服机械手，将用于工作人员出入，物料搬运的伺服机械手。机械手具有很多人类所不具有的能力，包括快速分析环境能力；抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。可以说机械手是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。如今，机械手工业已成为世界各国备受关注的产业。本文阐述了机械手的发展历史，国内外的应用状况，及其巨大的优越性，提出了具体的机械手设计要求和进行了总体方案设计和各自由度的具体结构设计、计算。关键词机械手；工业；传动；强度需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑ABSTRACTMODERNINDUSTRIALMANIPULATORISCOMPOSEDOFTARGETMACHINEBODY,SYSTEMCONTROLLER,SENSINGDEVICESYSTEM,CONTROLSYSTEMANDSERVODRIVESYSTEM,ISAPEOPLETOIMITATEOPERATIONANDAUTOMATIONCONTROL,MULTIPLEPROGRAMMING,TOCOMPLETETHEVARIOUSOPERATIONSOFTHEMECHATRONICSEQUIPMENTINTHETHREEDIMENSIONALSPACETHEINDUSTRIALMANIPULATORTOIMPROVEANDENSURETHEQUALITYOFPRODUCTS,IMPROVEPRODUCTIONEFFICIENCY,PLAYSAVERYIMPORTANTROLEINIMPROVINGTHEWORKINGCONDITIONSOFWORKERSANDTHERAPIDUPDATINGOFPRODUCTINDUSTRIALMACHINERYHANDTECHNOLOGYCOMBINEDWITHMULTIDISCIPLINEKNOWLEDGECONTAINSMECHANISM,COMPUTER,CONTROLTHEORY,INFORMATIONANDSENSORTECHNOLOGY,ARTIFICIALINTELLIGENCE,BIONICSETCITISTHEVERYACTIVE,VERYWIDEFIELDOFAPPLICATIONWEDESIGNASERVOMANIPULATOR,WILLBEUSEDFORSTAFFENTRY,MATERIALHANDLINGSERVOMANIPULATORTHEMANIPULATORHASTHEABILITYOFMANYHUMANSDONOTHAVE,INCLUDINGRAPIDANALYSISOFENVIRONMENTALCAPACITYSTRONGANTIINTERFERENCEABILITY,CANWORKFORALONGTIMEANDHIGHPRECISIONWORKCANBESAIDTHATTHEMANIPULATORISAPRODUCTOFINDUSTRIALPROGRESS,ITALSOPLAYSAVITALROLEINTODAYSINDUSTRYNOWADAYS,INDUSTRIALROBOTHASBECOMEAWORLDWIDECONCERNOFTHEINDUSTRYINTHISPAPER,THEHISTORYOFTHEDEVELOPMENTOFMANIPULATOR,THEAPPLICATIONSTATUSATHOMEANDABROAD,ANDITSGREATSUPERIORITYPROPOSEDSPECIFICMANIPULATORDESIGNREQUIREMENTSANDTHEOVERALLSCHEMEDESIGNANDVARIOUSDEGREESOFFREEDOMOFTHEDESIGNOFTHECONCRETESTRUCTURE,CALCULATIONKEYWORDSMANIPULATORINDUSTRIALTRANSMISSIONSTRENGTHIV目录摘要IIABSTRACTIII目录IV第1章绪论111课题背景及目的112伺服机械手的定义与发展状况1121定义1122伺服机械手的发展213课题研究意义214主要研究的内容3第2章伺服机械手机构介绍分析521伺服机械手机构522伺服机械手机构的组成523伺服机械手机构的应用524伺服机械手机构的分类6第3章伺服机械手机构的结构方案和驱动方案选型831原始数据及资料832伺服机械手机构形式及分析动作要求8321机构形式8322动作要求分析933伺服机械手机构结构及驱动系统选型9第4章系统各主要组成部分设计1041手部设计计算1042腕部设计计算1343臂伸缩机构设计1544气压驱动系统设计1745手部抓取缸18需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑46腕部摆动气压回路1847小臂伸缩缸气压回路1948总体系统图2049机身结构的设计22491电机的选择23492减速器的选择23493螺柱的设计与校核24494机座的机械结构25410伺服机械手机构的定位及平稳性确定264101常用的定位方式264102影响平稳性和定位精度的因素274103伺服机械手机构运动的缓冲装置28第5章搬运机械手PLC控制系统设计2951搬运机械手的工艺过程2952PLC控制系统3053PLC控制系统程序设计32总结与展望36参考文献37致谢38VI需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑VIII需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑X需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑1第1章绪论11课题背景及目的毕业设计是机械设计制造及其自动化专业在校学习的最后一个环节，是对四年大学学习的继续深化和检验，即有实践性又有综合性，是其他单一课程所不能替代的，通过毕业设计更能提高综合训练能力，为即将走向工作岗位，提高实际工作能力起到十分重要的作用。以达到如下目的（1）综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力。（2）接受工程师必须的综合训练，提高实际工作能力。如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力。（3）检验综合素质与实践能力。12伺服机械手的定义与发展状况121定义目前，工业伺服机械手的定义，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伺服机械手协会给工业伺服机械手下的定义工业伺服机械手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，对工业伺服机械手作如下定义工业伺服机械手是一种机体独立，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1。工业伺服机械手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。2工业伺服机械手是在计算机控制下可编程的自动伺服机械手是提高产品质量与劳动生产率，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。伺服机械手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2。根据所处的环境和作业需求，工业伺服机械手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。在工业伺服机械手的诸多功能中，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伺服机械手，利用锥齿轮传动实现伺服机械手的旋转，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。122伺服机械手的发展工业伺服机械手的发展，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伺服机械手就是目前工业中大量使用的示教再现型工业伺服机械手，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。第二代伺服机械手是带感觉的伺服机械手。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伺服机械手要复杂得多，这种伺服机械手从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业伺服机械手即智能伺服机械手。这种伺服机械手除了具有触觉、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。这种伺服机械手还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用24。313课题研究意义1培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和。2培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。3培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。4培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。14主要研究的内容随着搬运机械手技术的飞速发展和搬运机械手应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本论文主要研究搬运机械手以下几个方面的内容要求独立完成工业搬运机械手PLC控制系统设计与调试。1如图所示，有两部机械对工作物进行加工，加工位置分别是A点、B点，要求由搬运机械手臂将加工物从A点送至B点。2手动操作，每个动作均能单独操作，用于将搬运机械手复归至原点位置；3连续运行，在原点位置按起动按钮时，搬运机械手按图连续工作一个周期，一个周期的工作过程如下原点下降夹紧（T）上升右移下降放松（T）上升左移到原点。4任务要求1PLC外部接线图，以及其它相关设备的电气图；PLC编程元件明细表，应包含定时器、计数器等元件的设定值；2完整的程序资料，应包括PLC工序图、梯形图、指令表等3种格式的程序及注解；5第2章伺服机械手机构介绍分析21伺服机械手机构伺服机械手机构，顾名思义，是指能模仿人手的部分动作，用以完成某些抓放，搬运物件或操纵工具等工作的自动化机械装置。伺服机械手机构通常用附属于它所服务的设备，动作程序固定，多数没有独立的控制系统，其控制装置包括在主机的控制系统（不包括工业伺服机械手）。22伺服机械手机构的组成执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。伺服机械手机构主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和伺服机械手机构整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。控制系统是支配伺服机械手机构按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制位置（点位控制或连续轨迹控制）、时间、速度和加速度等参数。伺服机械手机构与主机及其它有关装置之间的联系3。23伺服机械手机构的应用按伺服机械手机构布局形式分可分为架空式伺服机械手机构、附机式伺服机械手机构、落地式伺服机械手机构三种。此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料、传递转位、转向等用途的伺服机械手机构，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。伺服机械手机构通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置3。624伺服机械手机构的分类1根据所承担的作业的特点，工业伺服机械手机构可分为以下三类A承担搬运工作的伺服机械手机构这种伺服机械手机构在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。B生产工业用伺服机械手机构可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。C通用工业伺服机械手机构其用途广泛，可以完成各种工艺作业9。2按功能分类A专用伺服机械手机构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。专用伺服机械手机构具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料伺服机械手机构和“加工中心”附属的自动换刀伺服机械手机构。B通用伺服机械手机构又称工业伺服机械手。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。C示教再现伺服机械手机构采用示教法编程的通用伺服机械手机构。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”伺服机械手机构做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。伺服机械手机构手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。3按驱动方式分A气力驱动式的伺服机械手气源压力一般只有06MPA左右，适宜抓举力较小的场合。B液力驱动式的伺服机械手结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。C电力驱动式的伺服机械手无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。D新型驱动式的伺服机械手例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动7器，人工肌肉及光驱动器等4按控制方式分A固定程序伺服机械手机构控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。B可编程序伺服机械手机构控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变9。8第3章伺服机械手机构的结构方案和驱动方案选型31原始数据及资料1陶瓷插芯加工材料氧化锆（ZRO2）,尺寸毛胚外径256MM,内孔002MM,长度105MM。2陶瓷插芯同心度内孔与外径1微米。3砂轮金刚石砂轮，线速度50米秒。4装料内孔定位，装料用气动形式,装料速度6只/MIN。32伺服机械手机构形式及分析动作要求321机构形式图31伺服机械手机构图9322动作要求分析动作一送料动作二预夹紧动作三手臂上升动作四手臂旋转动作五小臂伸长动作六手腕旋转预夹紧手臂上升手臂旋转手臂伸长手臂转回手腕旋转图32伺服机械手机构动作简易图33伺服机械手机构结构及驱动系统选型本课题所设计的伺服机械手机构为通用型的伺服机械手机构，其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。驱动系统选用电机驱动和气压驱动，电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，气压驱动用于手臂的伸缩和伺服机械手机构的夹取和翻转3。10第4章系统各主要组成部分设计41手部设计计算A有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。B有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图41所示。图41伺服机械手机构工作示例简图C力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整11个伺服机械手机构的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。D手指应有一定的强度和刚度因此送料，夹紧伺服机械手机构，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭式弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。A右腔推力为（41）PDF2P43210549087NB根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为（43）,21COSABNF，其中N498N392N，带入公式42得,21CSA，390O521764N则实际加紧力为（43）211KPF实际N34850764经圆整F13500N由公式得BP2ACOS，NA505MMB72MMC计算手部活塞杆行程长L,即12（44）2TGDL25TG30231MM经圆整取L25MMD确定“V”型钳爪的L、3。取（45）3CPR式中（46）5042P由公式（45）（46）得L3RCP150取“V”型钳口的夹角2120，则偏转角按最佳偏转角来确定，查表得22395机械运动范围（速度）A伸缩运动VMAX500MM/SVMIN50MM/SB上升运动VMAX500MM/SVMIN40MM/SC下降VMAX800MM/SVMIN80MM/SD回转MAXW90/SIN30/S所以取手部驱动活塞速度V60MM/S6手部右腔流量SVQ（47）602R603142511775MM/S7手部工作压强13（48）SFP1PA78596230M如图所示图43尺寸示意图42腕部设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。要求回转90角速度45/S以最大负荷计算当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重5KG，长度L650MM。如图44所示。工件14图44腕部受力简图1计算扭矩14设重力集中于离手指中心200MM处，即扭矩1为SF1（49）59802196（NM）2气缸（伸缩）及其配件的估算扭矩24F5KGS10CM带入公式29得25980149（NM）3摆动缸的摩擦力矩摩4摩F300（N）（估算值）S20MM（估算值）摩摩S6（NM）4摆动缸的总摩擦力矩412摩（410）305（NM）5由公式（411）810B62M1APT其中B叶片密度，这里取B3CM；1A摆动缸内径,这里取1A10CM；M转轴直径,这里取M3CM。所以代入（411）公式6210B8ATP8305/003（01003）106089MPA又因为15B82M1AQW所以821A0302027104M/S27ML/S43臂伸缩机构设计手臂是伺服机械手机构的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。伺服机械手机构的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了5。手臂的伸缩速度为200M/S行程L500MM1手臂右腔流量，公式（47）得SVQ200401004800MM/S01/10M/S1000ML/S2手臂右腔工作压力，公式（48）得（412）SFP16式中F取工件重和手臂活动部件总重，估算F102030KG，摩F1000N。所以代入公式（312）得SFP摩2401893026MPA3绘制机构工作参数表如表41所示表41机构工作参数表4由初步计算选气泵所需气压最高压力P178MPA所需气压最大流量Q1000ML/S选取CBD型气泵此泵工作压力为1MPA，转速为1800R/MIN，工作流量Q在3270ML/R之间，可以满足需要。5验算腕部摆动缸（413）8106M21APDT（414）B21AW式中MH机械效率取08509机构名称工作速度行程工作压力流量手部抓紧腕部回转小臂伸缩60MM/S45/S200MM/S25MM90500MM178MPA089MPA026MPA1178M/S27M/S1000ML/S17VH容积效率取07095所以代入公式（413）得810503108962T258（NM）TM305（NM）代入公式（414）得0310852786W0673RAD/SW/40785RAD/S因此，取腕部回转气缸工作压力P1MPA流量Q35ML/S圆整其他缸的数值手部抓取缸工作压力12MPA流量120ML/S小臂伸缩缸工作压力2P025MPA流量Q1000ML/S44气压驱动系统设计气压控制室伺服机械手机构的一种主要的控制形式。伺服机械手机构的运动速度和操作室根据气体的流量与压力来确定，因而只要控制气的流量和压力，就可以控制伺服机械手机构的运动速度和操作力，气压压力一般在5140公斤/厘米范围内，最大臂力可达160公斤以上。主要优点1气压执行元件马达和气缸结构紧凑，重量轻，功率小。2可通过空气带走大量热能，保证机械的正常运行。3气压元件有直线位移式和旋转式二种，适用范围较广，其控制速度的区间也比较宽。只要通过阀和泵的调节就能实现开环和闭环的控制系统。184响应速度比较快，能高速启动，制动和反向，无后滞现象。其力矩一惯量比也较大，因而其加速度能力较强。5气压元件于其他驱动元件相比，刚度较大，位置误差小，定位精度高，而且耐振动等。缺点控制系统比较复杂，处理功率讯号的数学运算误差，检测，放大，测试和补偿功能不如电子，机电装置灵活简便46。45手部抓取缸图45手部抓取缸气压原理图1手部抓取缸气压原理图如图45所示2泵的供气压力P取1MPA，流量Q取系统所需最大流量即Q1300ML/S。因此，需装图41中所示的调速阀，流量定为72L/MIN，工作压力P2MPA。选取采用2FRM520/102调速阀23E110B二位三通阀46腕部摆动气压回路194图46腕部摆动气压回路1腕部摆动缸气压原理图如图46所示2工作压力P1MPA流量Q35ML/S选取采用2FRM520/102调速阀34E110B换向阀47小臂伸缩缸气压回路20臂部伸缩缸52图47小臂伸缩缸气压回路1小臂伸缩缸气压原理图如图47所示2工作压力P025MPA流量Q1000ML/S选取采用2FRM520/102调速阀23E110B二位三通阀48总体系统图21图48总体系统图1总体系统图如图48所示,2工作过程小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂回转小臂收缩手部放松3电磁铁动作顺序表22表42总体系统图元件动作1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂收缩手部放松卸荷4确电机规格气压泵选取CBD型气泵，额定压力P1MPA，工作流量在3270ML/R之间。选取80L/MIN为额定流量的泵，因此传动功率（415）QN式中08（经验值）所以代入公式（415）得8061163N167KN选取电动机JQZ612型电动机，额定功率17KW，转速为2940R/MIN。49机身结构的设计臂部和机身的配置形式基本上反映了伺服机械手机构的总体布局。本课题伺服机械手机构的机身设计成机座式，这样伺服机械手机构可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型伺服机械手机构。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从而达到了自由度的要求79。23491电机的选择机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。带动臂部升降的电机初选上升速度V100MM/SP6KW所以转/分106N选择Y90S4型电机，属于笼型异步电动机。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如表43Y90S4电动机技术数据所示表43Y90S4电动机技术数据满载时堵转电流堵转转矩最大转矩型号额定功率KW电流A转速R/MIN效率功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y90S41127140079078652222492减速器的选择减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增转矩，以满足工作需要。初选WD80型圆柱蜗杆减速器。WD为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。蜗杆的材料为38SIMNMO调质蜗轮的材料为ZQA194中心矩A8024MSQ4011（416）传动比I30传动惯量026510KGM493螺柱的设计与校核螺杆是伺服机械手机构的主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。螺距P6MM梯形螺纹螺纹的工作高度H05P（417）3MM螺纹牙底宽度B065P065639MM（418）螺杆强度11（419）53S103050MPA螺纹牙剪切40弯曲B45551当量应力2312104DTDF420式中T传递转矩NMM螺杆材料的许用应力所以代入公式（420）得23121D0689D8904623121565251223121059D64951261410606225025D1211236900D16101262250250029211236900002961012即16471PA535340PA合格2剪切强度（旋合圈数）（421）610PHZ（422）BZD1F310693028922068103PA0206MPA40MPA3弯曲强度ZBDH321F609382048MPA45MPA合格494机座的机械结构带动机身回转的电机初选转速W60/SN1/6转/秒10转/分由于齿轮I326减速器I30所以N10330900转/分选择Y90L6型笼型异步电动机电动机采用B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如表44Y90S6电动机技术数据所示表44Y90L6电动机技术满载时堵转电流堵转转矩最大转矩型号额定功率KW电流A转速R/MIN效率功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y9OL61132910735072602020机座的机械结构如图49所示图49机座结构图410伺服机械手机构的定位及平稳性确定4101常用的定位方式机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当伺服机械手机构经减速运行到终点时，紧靠挡块而定位。若定位前已减速，定位时驱动压力未撤除，在这种情况下，机械挡块定位能达到27较高的重复精度。一般可高于05MM，若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时伺服机械手机构可能被挡块碰回一个微小距离，因而定位精度变低12。4102影响平稳性和定位精度的因素伺服机械手机构能否准确地工作，实际上是一个三维空间的定位问题，是若干线量和角量定位的组合。在许多较简单情况下，单个量值可能是主要的。影响单个线量或角量定位误差的因素如下1定位方式不同的定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时，定位精度与挡块的刚度和碰接挡块时的速度等因素有关。2定位速度定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不同时，必须耗散的运动部件的能量不同。通常，为减小定位误差应合理控制定位速度，如提高缓冲装置的缓冲性能和缓冲效率，控制驱动系统使运动部件适时减速。3精度伺服机械手机构的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。4刚度伺服机械手机构本身的结构刚度和接触刚度低时，因易产生振动，定位精度一般较低。5运动件的重量运动件的重量包括伺服机械手机构本身的重量和被抓物的重量。运动件重量的变化对定位精度影响较大。通常，运动件重量增加时，定位精度降低。因此，设计时不仅要减小运动部件本身的重量，而且要考虑工作时抓重变化的影响。6驱动源气压的压力波动及电压、气温的波动都会影响伺服机械手机构的重复定位精度。因此，采用必要的稳压及调节气压措施。7控制系统开关控制、电液比例控制和伺服控制的位置控制精度是个不相同的。这不仅是因28为各种控制元件的精度和灵敏度不同，而且也与位置反馈装置的有无有关13。本课题所采用的定位精度为机械挡块定位。4103伺服机械手机构运动的缓冲装置缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装置和缓冲回路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简单，紧凑。但有时安置位置有限；外缓冲的优点是安置位置灵活，简便，缓冲性能好调等，但结构较庞大。本课题所采用的缓冲装置为油缸端部缓冲装置。当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。利用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力，以使运动减速直至停止，而避免硬性冲击的装置，称为油缸端部缓冲装置1215。在缓冲行程中，节流口恒定的，称为恒节流式油缸端部缓冲装置。设计油缸端部恒节流缓冲装置时，MAX（最大加速度）、MAXP（缓冲腔最大冲击压力）和RV（残余速度）三个参数是受工作条件限制的。通常采用的办法是先选定其中一个参数，然后校验其余两个参数。步骤如下1选择最大加速度通常，AMAX值按伺服机械手机构类型和结构特点选取，同时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速伺服机械手机构，MAX取5M/S2以下，对于轻载高速伺服机械手机构，MAX取510M/S22计算沿运动方向作用在活塞上的外力F水平运动时ISAPF（423）0251033627138N3计算残余速度VR（424）F1MAXORV29M/S15064第5章搬运机械手PLC控制系统设计51搬运机械手的工艺过程搬运机械手的工作均由电机驱动，它的上升、下降、左移、右移都是有电机驱动丝杆旋转来完成的。分析工艺过程搬运机械手的初始位置停在原点，按下启动后按扭后，搬运机械手将原点下降夹紧（T）上升右移下降放松（T）上升左移到原点,动作完成一个工作周期。搬运机械手的下降、上升、右移、左移等动作转换，是由相应的限位开关来控制的，而加紧、放松动作的转换是有时间来控制的。为了确保安全，搬运机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上次搬到右工作台上的工件尚未移走，搬运机械手应自动暂停，等待。为此设置了一个光电开关，以检测“无工件”信号。为了满足生产要求，搬运机械手设置了手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步、单周期和连续工作方式。1）手动工作方式利用按钮对搬运机械手每一步动作进行控制。例如，按下“下降”按钮，搬运机械手下降；按下“上升”按钮，搬运机械手上升。手动操作可用于调整工作位置和紧急停车后搬运机械手返回原点。2）单步工作方式从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按一次启动按钮，30搬运机械手完成一步动作后自动停止。313）单周期工作方式按下启动按钮，搬运机械手按工序自动自动完成一个周期的动作，返回原点后停止。4）连续工作方式按下按钮，搬运机械手从原点，按步序自动反复连续工作，在连续工作方式下设置两种停车状态正常停车在正常工作状态下停车。按下复位按钮，搬运机械手在完成最后一个周期的工作后，返回原点自动停机。紧急停车在发生事故或紧急状态时停车。按下紧急停车按钮，搬运机械手停止在当前状态。当故障排除后，需手动回到原点。52PLC控制系统1确定输入/输出点数并选择PLC型号1）输入信号位置检测信号下限、上限、右限、左限共4个行程开关，需要4个输入端子。“无工件检测”信号用光电开关作检测元件，需要1个端子。“工作方式”选择开关有手动、单步、单周期和连续4种工作方式，需要4个输如端子。手动操作需要有下降、上升、右移、左移、加紧、放松6个按钮，也需要6个输入端子。自动工作尚需启动、正常停车、紧急停车3个按钮，也需要3个输入端子。以上共需要18个输入信号。2）输出信号PLC的输出用于控制搬运机械手的下降、上升、右移、左移、加紧、放松以三个电动机转速的控制等，共需要11个输出点。搬运机械手从原点开始工作，需要一个原点指示灯，也需要1个输出点。所以，至少需要6个输出点。由于搬运机械手的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型号的小型PLC均可满足要求。根据所需的I/O总点数并留有一定的备用量，可选用FX2N48RM，其输入和输出各24点，继电器输出型。FX2N48RM的各项工作参数已在第二章介绍，在此不在做介绍。2分配PLC的输入/输出端子32PLC的输入输出端子分配接线图，如图52所示。图52输入/输出分配接线图所需元器件明细表3353PLC控制系统程序设计为了方便编程，可将手动和自动程序分别编出相对独立的程序段，用跳转指令进行选择，控制系统程序结构框图，如图53所示。选择手动方式时，X3接同，跳过自动程序，执行手动程序；选择自动工作方式时，X3断开，执行自动程序。（1）手动程序手动操作不需要按工序顺序进行动作，所以可按普通继电器程序来设计。手动操作的梯形图，如图54所示，手动按钮X20X25分别控制下图53总程序结构框图图54手动程序降、上升、右移、左移、加紧和放松各个动作。为了保证系统的的安全与进行，设置了一些必要的连锁。其中在左、右移动的电路中加入X11作上限连锁，这是因为搬运机械手只有处于上限位置时，才允许左、右移动。（2）自动程序自动程序如图55所示。1）连续及单周期操作。当搬运机械手在原点时，程序处于初始状态S0，执行下降动作。当下降到下限位开关时，X10接通，又接通下一个状态S21，接着执行下一34步动作。当执行完最后一步动作，即左移到原点碰到左限位开关时，X13接通，如果是单周期操作，则M0断开，回到初始状态，如果连续操作，则M0接通，状态转移至S20，又开始下一个周期的循环。在运行中，如按正常停车按钮，则X1接通，M0复位，搬运机械手的动作继续执行完一个周期后，回到初始状态。如按紧急停车按钮，则X2接通，状态S0S33全部复位，搬运机械手工作停止。重新启动时，先用手动来将搬运机械手移回原点，才能再次进行自动操作。2）单步操作。当自动操作程序采用步进指令设计时，单步操作程序用“禁止状态转移”标志器M8040来实现，如图56所示。该继电器线圈接通时，禁进状态转移，