scara机器人控制系统设计【含CAD图纸和说明书】
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本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目：scara机器人控制系统的设计系统设计学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 目 录目 录I摘 要IV第一章 绪论11.1 目的与意义11.2 scara机器人发展现状与趋势11.3 研究内容21.4 问题解决3第二章 结构设计计算与分析42.1执行机构坐标形式的设计42.2 执行机构的组成设计62.3 执行机构各部分的计算选择62.3.1 手部的设计62.3.2 操作臂的工作空间设计82.3.3 机座结构的设计92.3.4 轴套的受力分析92.4 执行机构的工作原理102.5执行机构简图10第三章 驱动系统的设计123.1 驱动系统的设计123.2 scara机器人驱动系统的控制设计133.3 气动元件选择143.3.1 气源装置选择143.3.2 执行元件选择153.3.3 控制元件选择163.3.4 辅助元件选择173.3.5 真空发生器选择183.3.6 吸盘183.4 气动系统工作原理18第四章 控制系统的设计分析224.1 控制系统的结构组成224.2 控制系统的性能要求224.3 传感器的分析与选择234.3.1 位置检测装置234.3.2 滑觉传感器234.3.3 视觉传感器244.4 控制系统的结构组成设计254.4.1 PLC控制系统设计254.4.2 PLC种类及型号选择304.4.3 I/O点数分配304.4.4 PLC外部接线图324.4.5 scara机器人控制原理324.5 PLC程序设计344.5.1 总体程序框图344.5.2 初始化及报警程序364.5.3 手动控制程序374.5.4 自动控制程序39第五章 总结与展望42参考文献43致 谢44附 录45 scara机器人控制系统的设计系统设计摘 要先进的制造机器人起着非常重要的作用。它可以携带货物，SCARA机器人代替人类劳动重的物品。可以实现生产的机械化和自动化，能在危险的环境中运行，人身安全的保护，它被广泛应用于机械制造，冶金，电子，轻工和原子能。在本文中，机器人的最新发展，根据设计，机器人机器人分析系统提出了气压传动，PLC控制结合设计的各个方面。整体的设计理念，充分考虑到了硬件和软件自身的特点和优化。排序机器人，实现结构，驱动系统和该材料的控制系统的总体结构分析和设计。在它的驱动系统采用气压传动，选择PLC控制系统的控制单元来完成系统的初始化功能，机器人的操作，故障报警等功能。最后，一个简单，易于实现，在理论上，一个清晰的控制策略。通过以上部分的工作，取得了经济，实用，高可靠性设计材料SCARA机器人机器人设计的其他经济型PLC控制系统也具有一定的参考价值。关键词: scara机器人，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制，。 第 42 页第一章 绪论1.1 目的与意义 该机器人可以有很多来回，需要一种先进的自动化设备的产品更新，单调的精密加工和需求，它是在先进制造领域的一个非常重要的作用。这是一个标量型机器人，代替人的繁重劳动项目，你可以随身携带的货物。生产的机械化和自动化，可以实现的，腐蚀性和有毒气体和其他环境中，它可以用于在宽的机器制造安全的个体在高温和保护冶金，电子，轻工，核它可以操作到。可编程逻辑控制器（PLC），中央处理器核心，计算机和自动控制等先进技术，可靠性高，功能全面的，灵活组合，简单的编程，低功耗的组合，它它已成为最常用的控制臂控制中使用的系统。 PLC自动控制系统，体积小，可靠性高，精度高，故障率低，我们正在运行。满足工业的需要，正在开发PLC控制的机器人任务，以提供传感器的要求的精度，是可能的排序不同颜色的材料预先设定的程序，小批量的生产和操作灵活性的自动化生产的转化品种，它被广泛有一个灵活的生产线。相反，PLC控制这样做的，就是持续的单调的工作计划，在高温环境中的一部分，你可以操纵的释放或改变预设危险区域的自动化设备，新产品，再简单的任务临时改变就是可能的新成员需要设计，以及因为位置的变化，就是重新编程，只要，减少快速安装和转换工作的成本，就可以投入生产。这种设计尤其适用于机器人的一个完整的硬件和软件组件。系统的设计，实施，它将包括一个驱动系统及控制系统。1.2 scara机器人发展现状与趋势 机器人负载，以便卸载和共同加工，汽车，焊接，是先在油漆。危险的，有害，有毒，低温，高热和推广穷人和手的人可以替代，而不是执行的重叠繁重的工作条件的人来说，标量机器人的腿和大脑功能，人们的扩张，为了确保产品和提高劳动生产率的品质。目前，特别是电子设备制造业，汽车制造，塑料加工，一般机械制造和金属加工工业中，用于生产。工业机器人，在数控加工中心，自动导引车，创造了柔性制造系统（FMS），计算机集成制造系统，生产自动化自动检测系统。生产和改进的功能和业绩增长等方面，我们将扩大机器人的应用。的发展和改进的智能机器人水平宽度标量机器人中，机器人已被用于许多领域。从传统的汽车制造到非制造业的扩张。如采矿等机器人，机器人搭建和水电系统维护和修理机器人。国防，医疗，食品加工，以及生活在服务机器人的应用等各方面有所提高。 在未来的几年中，传感器技术，激光技术，网络工程技术得到广泛的机器人，该机器人是更有效的，并会尝试这些技术的应用，将被施加的高品质的，在运行成本低的领域。这是，医疗机器人，医疗保健，生物技术，工业，教育，救灾，海洋开发，维护机械，运输的未来，是农业的场，养殖假设。1.3 研究内容 随着机器人技术和机器人应用的飞速发展不断深化，不仅要求高可靠性，灵活性和操作灵活性的控制，同时也为它的成本低，可以开发一个强大的经济。在本文中，一个机器人以下几个方面：设计（1）机器人执行系统 执行系统传动部件和机械零件，适用于各种体育实体机器人其中实现的。 3包括主体，臂，端部执行器，其中每个部分具有多个自由度可以是一个整体部分。目的主要是完成系统上的手的设计，和机器人手臂的基部。（2）设计了一个机器人驱动系统 该驱动系统是各系统中的功率器件的一部分。通过比较液压，气动，电动三通驱动的方法，这种设计选择气动驱动的方法。包括原则的选择，得出气动回路设计，气动原理图和工作的气动元件。（3）设计机器人控制系统 指令控制系统是一种机器人系统，其控制所述驱动系统，所以系统的实施需要的时间和工作。该机器人采用可编程逻辑控制器（PLC），机器人控制，包括PLC的选择，传感器类型选择，I / O端口选择，原理，控制系统，自动梯形程序图图纸。1.4 问题解决1 解决scara机器人机械结构的设计问题，要求scara机器人结构简单、经济、具有一定的代表性。2 执行部件的运动精度的问题。3 scara机器人的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，并解决工件和控制 系统的协调问题。4 元件的匹配规则和知识的获取及其表达形式。5 传感器的类型选择。第二章 结构设计计算与分析 机器手的执行结构是scara机器人赖以实现各种运动的实体。执行机构的布局类型直接影响到scara机器人的工作性能。2.1 执行机构坐标形式的设计 更基本的类型的机器人，根据在类型方面的臂的坐标，有四种基本类型：直角，圆柱坐标式，风格和铰接式球面坐标。下面简要分析和多种类型的机器人的比较：1，直角坐标机器人直角坐标机器人的工作岗位或者已与使用机器人带对齐。它可以用来伸缩臂，左右移动和上下移动，根据在三个方向的X，Y，Z轴的直线运动笛卡尔坐标。这可能是运动的线性范围;的两个或三个直线运动的直线运动。在X，Y，Z三连胜最终运动方向A，B，C三个旋转运动构成了六个自由度。直角坐标机器人的优势：（1）生产周期时间短，以满足速度的要求;（2）是生产线输送和加工装配机械易兼容;（3）拳击班，更复杂的工作流程，位置容易改变;（4）的定位精度，负载变化不影响回报的准确性;（5）易于实现数字化控制，使用数控机床开环或闭环。缺点：小机器人的工作范围内。2，圆柱形坐标机器人柱面坐标SCARA机器人是一种最广泛使用的，它适用于对工件的处理和测量。直观，结构简单，占地面积小机身，以及更大范围的议案等。筒状的工作坐标SCARA机器人的范围可以分成：一个旋转运动，直线运动，旋转运动平面加直线运动，这是不内;直线运动和两个旋转运动。圆柱坐标机器人有五个基本操作：（1）横臂;（2）伸缩臂;（3）手臂上下;（4）臂的旋转运动;（5）夹持器夹紧作用。圆柱形SCARA机器人，其特征在于所述垂直导柱和滑动套筒，装在滑动套筒的臂，所述臂可以做，使纵向和横向的直线运动摆动弧。3，球面坐标机器人球面坐标SCARA机器人是一个很大的自由，更广泛地使用机器人。其工作范围包括：旋转运动;两个旋转运动;二加一旋转运动为直线运动。球面坐标机器人可以实现8操作系统：（1）移动手臂向上和向下，即俯仰运动;（2）关于ARM操作，即旋转运动;（3）周围的臂，折叠操作动作;（4）弯曲手腕上下;（5）从手腕一侧到另一侧;（6）旋转手腕的运动;（7），夹持器夹紧作用;（8）移动至整个机器人。SCARA机器人手臂功能安装在一个球坐标枢轴，枢轴和安装在所述叉架上，就可以使上下移动在垂直平面的弯曲间距，它可以用来伸缩臂，水平摇摄还它可以摆动和下来，象工作的范围和人的手。它的自动选择的动作最合理的路线。这样高的效率。此外，由于摆动的上下，在其相对小的尺寸，大的工作范围内。4.scara机器人SCARA机器人靠近一个合适的车身控制装置。这是相同的人员有弯头，可以实现更自由的操作更加灵活，适合在密闭空间工作。 SCARA机器人，早在20世纪40年代给应用在核工业，其次是海洋应用的发展，也有一些有前途的。SCARA机器人手臂摆动手臂和肘部和肩部和移动。它也有一个上部结构，类似的功能可以手动实现。经营业绩有一个大致的工作人员，我们需要制定最合适的配置。SCARA机器人类型是首选要考虑到满足其运动的要求，所以在复杂性和经济条件方面的考虑机器人。的机械手设计的主要作用是在运动武器，提升整体旋转运动和机器人。直角坐标机器人虽然各地线性运动和其他运动的上下伸缩臂，但没有机器人的整体旋转运动，所以我不认为笛卡尔SCARA机器人。球形坐标机器人SCARA SCARA机器人和要求足以满足运行的要求，但它们的结构是更复杂的，有很多动作是没有必要的，这是一种浪费，并增加了成本和制造难度。圆柱坐标机器人手臂伸展，以满足臂向上和向下，向后转动臂运动。机器人的手臂可以随即采取行动，以改变整体旋转，以满足机器人设计的操作要求。这样的修改并未改变机器人的整体结构，但要实现改变了整个系统的经济又实惠的一部分，所以一定要使用圆柱坐标型机器人。2.2 执行机构的组成设计（1） 以下工业机器人标执行系统主要机械部件：（2） 标量型机器人手握的工作和工具的直接参与。（3） 的SCARA机器人臂，以达到更大范围的运动部件是用来支撑手腕和手。（4） 该柱支承臂时，它驱动所述提升体的摆动运动。（5） 基座支撑的SCARA机器人臂装置和其他装置，以及用于连接的驱动部。2.3 执行机构各部分的计算选择2.3.1 手部的设计 更基本的类型的机器人，根据在类型方面的臂的坐标，有四种基本类型：矩形，圆柱坐标式，风格和铰接式球面坐标。下面简要分析和多种类型的机器人的比较：1，直角坐标机器人直角坐标机器人的工作或已使用自动磁带对齐。它可以用来伸缩臂，左右移动，并根据在X，Y直角坐标的Z轴三个方向上的线性运动而上下移动。这可能是运动的线性范围;两个或三个直线运动的直线运动。在X，Y，Z三连胜最终运动方向A，B，C三个旋转运动构成了六个自由度。直角坐标机器人的优势：（1）生产周期时间短，以满足速度的要求;（2）生产线输送和加工装配机械容易兼容;（3）班拳，更复杂的工作流程，容易改变位置;（4）的定位精度，负载变化不影响回报的准确性;（5）易于实现数字控制，采用数控机床开环或闭环。缺点：在工作范围内的小机器人。2，圆柱形坐标机器人圆柱坐标机器人是最广泛使用的类型之一，它是适合于工件的处理和测量。直观，结构简单，占用空间小的机箱，以及更大范围的议案等。圆柱坐标机器人的工作范围，可分为：一旋转运动，直线运动，旋转运动平面加直线运动，这是不内;直线运动和两个旋转运动。圆柱坐标机器人有五个基本步骤：（1）臂;（2）伸缩臂;（3）手臂上下;（4）的臂的旋转运动;（5）夹持器夹紧作用。圆柱形机器人，其特征在于所述垂直导柱和滑动套筒，安装在臂的滑动套筒，该臂可以做，使纵向和横向的直线运动摆动弧。3，球面坐标机器人球面坐标机器人是一个很大的自由，更广泛地使用机器人。其工作范围包括：旋转运动;两个旋转运动;二加一旋转运动为直线运动。球面坐标机器人可实现8操作系统：（1）移动手臂向上和向下，即俯仰运动;（2）关于ARM操作，即旋转运动;（3）周围的臂动作折叠操作;（4）弯曲手腕上下;（5）从手腕一侧到另一侧;（6）在手腕的旋转运动;（7），夹持器夹紧作用;（8）移动至整个机器人。功能机器人臂，其安装在枢轴球面坐标，枢轴和安装在所述叉架上，就可以使上下移动的弯音的垂直平面内，它可用于伸缩臂，水平摇摄，除了，它可以摆动上下，像工作和人的手的范围。它自动移动选择最合理的路线。这样的高效率。此外，由于摆动的上下，在其相对小的尺寸，大的工作范围内。4.机器人机器人技术是近体适当的控制装置。这是相同的员工肘，可以实现操作更灵活，适合在狭窄空间内工作更自由。 SCARA机器人，早在20世纪40年代，在核工业突然施加，其次是海洋应用的发展，也有一些有前途的。机械手臂和摆动手臂和肘部和肩部运动。它也有一个上部结构，类似的功能可以手动实现。经营业绩有一个大致的工作人员，我们需要制定最合适的配置。SCARA机器人类型是优选的，考虑到以满足他们的行为的要求，那么复杂性和经济条件来考虑机器人。 SCARA机器人的主要作用是在运动中的武器设计提升了整体的旋转运动和机器人。虽然局部线性直角坐标机器人和上下伸缩臂等动作，但机器人的没有整体旋转运动，所以我不认为直角坐标机器人。球形坐标机器人的操作和要求足以满足要求运行，但它们的结构是更复杂的，有很多动作是没有必要的，这是一种浪费，并增加了成本和制造困难。圆柱坐标机器人手臂延伸，以满足武器向上和向下，手臂向后旋转运动。然后，机器人手臂可以采取行动来改变整体旋转，机器人设计，以满足业务要求。这样的修改并未改变机器人的整体结构，但要实现变革，在整个系统作为经济又实惠的一部分，所以一定要使用圆柱坐标型机器人。真空吸盘机构如图2.1所示。 图2.1 吸盘机构图2.3.2 操作臂的工作空间设计 机器人臂的主要部分是支持手腕，手指和工件移动机构，使它们。通常有三种运动臂 - 伸缩，旋转和升降。基本操作是在臂的期望位置移动的手，抓住工件重量最大重量和臂本身。1手臂组成：（1）的操作装置，例如液压缸，气缸，齿条凸轮臂和驱动器的其它运动部件。（2）的导向是保证正确的方向，并承担对工件的重量以及所得扭转力矩弯曲臂。（3）臂，作为连接并经受外力。2臂的设计要求：（1）臂承载能力，刚性和轻量化。速度（2）臂为适当的惯性变小。（3）臂的动作，是灵活的。（4）高的定位精度。（5）是更通用。3臂结构 伸缩臂和下部一般线性石油（气）缸驱动的运动。结构，都表示一个大致线性运动臂和导向装置，该组合物的驱动机构。驱动机构通常使用直到油箱，油马达加斯加齿轮，齿条。它可分为以下几类，线性油（气），和往复缸。 汽缸：机器人手臂的液压往复运动，以达到最常用的是，是一个单刀双作用气缸。见证液压活塞的双向运动。这种机制，就可以固定在活塞运动的气缸中，这是固定的，可移动缸杆。 双动双杆气缸：如果你需要很多的旅行，很长的圆柱体，体积大，并进行艰难的努力。由于膨胀和收缩双缸，两者是，你能满足小槽的容量的需要。它的缺点，车程有两个速度。 螺母部：机构，用于驱动简单自锁是低传输效率。这样的滚珠丝杆，而且效率能够提高，制造较长，且然后由于更加困难。往复直线运动和机械手，不要求大量的旅行，设计是选择的单个双作用液压缸杆缸固定杆，以经济结构考虑在内，是容易的运动。伸缩移动，以便防止所述臂的旋转轴线的延伸方向，并增加承载能力，和提高运动的准确度，必须有手段操纵导向臂。引导臂部分，以确定的安装，配置和负载条件的形式。有一起使用的导杆设计中的两个伸缩运动单，双导杆导杆。2.3.3 机座结构的设计 系统组件的一个基本组成部分，并驱动机器人的机器人致动器被安装在机器的基础上，它是从支承的所有部分的机器人的重量。它是刚性的，占地面积小，操作简单，维护和建设要求，外观精美。 从正规框架，地板和悬挂，或分为固定式，移动和旅行。无论是哪种形式，机器人必须是固定的工作时间席位。它可以是能够定位制动器以停止移动基站，以确保在工作位置的机器人的精度。在这种机器人的设计需要选择一个固定的基地地板。基部结构和所述机器人的一个特殊的操纵，传输和控制部分的整体结构通常单独设置，这是相对简单的碱或不存在碱。通用的机器人中，发送部分设置内部机架或下，控制单元被布置在所述组的顶部或单个控制箱布局之后。 需要一个机器人臂旋转模块，固定在摆动缸碱是必要的。如果水平缸，垂直缸和一个手机构直接安装到摆动气缸输出轴机构简单，但增加摆动气缸轴力，较高的气缸本身的要求，并易造成损坏摇摆压力缸。同时，机器人本身，重心和倾覆力矩形成的圆筒摆动转轴从上述重量和倾覆机架每个气缸直立轴的运动，因此在使用该连接器组件的，SCARA机器人柱的冲击瞬间承受。连接组件由四部分组成：双向推力球轴承，底座，转台和捕捉罩。如图2.2所示。选择推力球轴承，而不是单向的，因为转台底座和不能直接连接到轴向。推力球轴承可方便地与车轮轴承内圈与连接到基座盖的外圈上的卡扣配合。此外，推力球轴承应更多选择数量的公称尺寸，这样可以更好地承受倾覆力矩。1、底座 2、摆动气缸 3、双向推力球轴承 4、扣罩 5、转台图2.2机座结构图2.3.4 轴套的受力分析根据上述分析，设计的零件能到达要求。2.4 执行机构的工作原理从基座，立柱，横臂，垂直臂，电磁阀和其他部件吸盘机器人的主要结构。其中，基机摆动气缸驱动单臂和抽油杆双作用气缸驱动。基本上有一个机器人伸缩，升降，左右旋转，吸收材料，并把此事采取这种行动。2.5 执行机构简图根据前面scara机器人各部分的设计，可做出scara机器人大体结构简图，如图2.3所示，大图见CAD图。 图2.3 执行机构简图第三章 驱动系统的设计 机器人驱动系统正准备开车致动器的运动。根据不同的动力源是液压，气动，电气，机械，电液关节和气液机器人驱动系统的其他手段。在液压，气动目前使用的电动三驱动方式。3.1 驱动系统的设计液压驱动，功率重量比，换挡平顺和频繁换向，实现过载保护简单，自润滑性，实现了长寿命。但是，油的环境中，油源，成本高，它能够澄清许多工作噪声。电力驱动，控制精度高，动态响应快，信号检测，传输，处理方便。然而，驱动器是昂贵的，你可以限制的具体机会申请。出于这个原因，那里的人能买得起，寻求一些其他的车。价格低气压传动，结构简单，更多的时候强劲的动力体积比，污染防治，工业机器人。同时继续提高，但由于其组成，“低成本自动化技术”，生产成本的性能，并且将持续降低，在工业生产中广泛现代的用于气路。在现代化的设备和自动化生产线，它配备了几乎所有的气动系统。据统计，在发达国家，有关空气压力系统中，完全自动化的过程中，用30，90的包装机械，70铸造，自动焊接设备，机械的比例，锻压设备和洗衣机40至50 ，矿山机械，纺织机械，制鞋，木材加工，食品机械，工业机器人，设备的30，43，气压系统的20。日本，美国，德国，年平均销售气动设备的其他国家的增长，将超过10-15。的值液压元件，以及大的步伐，靠近气动设备在许多工业国家中，气动机器人技术的输出，是工具，这已成为以被做以满足许多的生产要求的一个重要的用途产业。表3.1列出了各种控制方法的比较。液压驱动，功率重量比，换挡平顺和频繁换向，实现过载保护简单，自润滑性，实现了长寿命。但是，油的环境中，油源，成本高，它能够澄清许多工作噪声。电力驱动，控制精度高，动态响应快，信号检测，传输，处理方便。然而，驱动器是昂贵的，你可以限制的具体机会申请。出于这个原因，那里的人能买得起，寻求一些其他的车。价格低气压传动，结构简单，更多的时候强劲的动力体积比，污染防治，工业机器人。同时继续提高，但由于其组成，“低成本自动化技术”，生产成本的性能，并且将持续降低，在工业生产中广泛现代的用于气路。在现代化的设备和自动化生产线，它配备了几乎所有的气动系统。据统计，在发达国家，有关空气压力系统中，完全自动化的过程中，用30，90的包装机械，70铸造，自动焊接设备，机械的比例，锻压设备和洗衣机40至50 ，矿山机械，纺织机械，制鞋，木材加工，食品机械，工业机器人，设备的30，43，气压系统的20。日本，美国，德国，年平均销售气动设备的其他国家的增长，将超过10-15。的值液压元件，以及大的步伐，靠近气动设备在许多工业国家中，气动机器人技术的输出，是工具，这已成为以被做以满足许多的生产要求的一个重要的用途产业。表3.1列出了各种控制方法的比较。表3.1 各种控制方式的比较通过以上三种驱动方式的比较选用气动驱动的方式，不仅能够满足了本设计的要求，而且节约了成本。3.2 scara机器人驱动系统的控制设计根据SCARA机器人中的液压缸驱动系统的动作的要求，主要有两种方法：（1）直线运动（固定筒活塞杆的运动）; （2）摆动（缸体固定）。如图3.1的气动驱动系统图。图3.1 驱动系统原理图 气动系统由三个三通电磁阀，双二位二通电磁阀，三缸，吸盘，四个控制阀，六通控制阀，消声器（几）等。图控制阀缸上升和下降，伸长和缩短的挥杆速度的过程中，为了防止材料和SCARA机器人手臂过大的冲击速度;三通电磁阀是改变气缸的运动方向;气体注入真空吸附材料产生真空发生器选集，其主要功能是吸收和释放材料，动作二位二通电磁阀由真空发生器的选择来控制。3.3 气动元件选择 使用压缩气体压力气动驱动的方式可以实现能量转移，其主要介质是空气，而且还气体和蒸汽。一个典型的气动驱动系统由以下四部分组成：3.3.1选择供气 选择供气是让压缩空气系统，这是肯定的空气压缩机的能量的主要部分，有的还具有空气净化设备，气瓶等配套设备。它将提供一个原动机的机械能转化为气体的压力能。气动气源要求：（1）需要一定的气压和充足的流动性。清洁和干燥一些空气（2）的要求。此后，主气源装置选择元件描述如下：1，一台空气压缩机 压力压缩机产生的压缩空气发生装置是燃气设备的主要来源。根据结构和工作原理，可分为两类速型和体积。容积型压缩机是抽吸腔室的转子或活塞压缩封闭的空气量，以增加空气压力的量的特殊形状。简单卷，使用方便。在设计中采用容积式压缩机。2，储气罐 缸可以调整气流，降低气流输出纹波，输出持续流动和压力稳定，而且也作为紧急空气源可进一步从在水中的杂质分离。配备该储箱的安全阀来限制正常工作压力小于10为高，并配有一个压力计和排水阀，容器压力指示等。罐型可分为垂直和水平。该设计使用垂直缸，因为其下部空气入口，出口，以便采取的油和水进一步分离空气中的优越性。3.3.2执行器选择 选择致动器的压缩空气作为工作介质和气体压力产生的机械运动转化成机械能转换装置，例如，一个气缸往复直线机械能输出，输出摆动油缸振荡转动的机械能。如图中输出，线性往复缸1气缸气动执行器是选择之一。最常见的选择，有标准气缸，其结构和参数都是系列化，标准化，通用化。选择水平伸缩缸单杆双作用油缸。单杆一般由气缸，前部和后部气缸盖中，组合物活塞杆，密封件和紧固件双作用气缸。工作原理：因为当活塞杆回缩到达右侧牵引/排气室，反之亦然活塞腔，活塞杆回缩门口逗留;上升/下降气缸，当无栏上的吸气室的一侧，当侧边栏，杆下降，反之亦然酒吧电梯排气室。 摆动气缸成一个单一的边缘，双刃。单个叶片型旋转式致动器：压缩空气从进气口输入转矩作用于叶片，从排放口在其他房间空气井筒所得。 双叶片型旋转式致动器：通过刀片到从压缩空气进气口部的气体通道的旋转轴的驱动轴，也可以适用于其它叶片。双层刀片扭矩产生单叶片型的2倍。 本设计采用了双叶片摆动气缸，这样我们就可以产生更大的扭矩，为了便于所述机器人的旋转。3.3.3控制元件选择 选择该控制压力元件是用来调节空气流量，并控制流动方向，以便必要的致动器力，速度和改变运动的方向，按照规定的程序。由压力控制阀的功能选择气动控制元件，流量控制阀和方向控制阀。 监管压力被称为压力控制阀气动元件。它包括一个压力调节阀，顺序阀和多功能组合阀。 压力在压力调节器的出口侧是可调的，并且可以保持阀门的稳定的压力控制出口侧。 当压力释放阀是阀到达该电路的规定值，以使从废气的侧保持在电路处的压力阀的预定值。 按照“负反馈流”的设计原则单向流动阀控制阀。控制阀致动器用于选择的速度和负载变化需要一个稳定的系统。根据当“家庭压力”和“平行溢出”时，控制阀被分成控制阀和溢流油门时两种主要类型。本设计采用了一系列压力调节阀。 键入方向控制阀来改变下状态的空气流量控制阀和空气流通，在方向控制阀气动致动器选择的操作或状态的改变，其通常分为单向阀和换能器。（1）单向控制阀 止回阀装置而不是反向流动通过仅在一个方向上的阀的空气流，并且是最简单的方式向控制阀。在气动系统中，除了一个单独的单向阀，但往往与流量阀，只能单向阀和一个压力控制阀歧管的合成。单向阀，其控制所述节气门并联连接。单向控制阀节流轴芯被分为两部分，下阀体。当流体流为正时，节流过程和控制阀是相同的，节流间隙尺寸可通过手柄调节;当流体从压力滑阀阀芯流体压力逆流起到一个单向阀下的动作，止回阀打开，允许流体反向的自由流动。通过油门前，当油门的气流。当止回阀打开时，没有限制。（2）正反转控制阀 换型，根据分为压力控制，电磁阀控制，人为控制的控制模式方向控制阀。阀是利用卷轴和主体之间不同的相对位置的变换不同的管道之间的开 - 关关系来实现接通，关闭或改变阀的流动方向。它被广泛应用，有许多种类。的阀性能的主要要求是：（1） 压力流体流经时损失小的阀; （2）油泄漏彼此之间通过一个小开口; （3）换向可靠，快速，平稳无冲击。通过阀操作方法是：手动，电动，电磁，液压式，电动液压，气动。根据作业位置和控制的信道数目的数目如下：二位二通阀，双向阀，双向阀，双五通阀，三通阀，三通阀等。该设计采用三通电磁阀，原因如下：（1），该电磁阀的推广使用吸入电磁阀体来改变阀的工作位置。由于其操作方便，易于实现自动化，因而得到广泛应用。（2）当三通电磁阀两电磁阀是关闭的中立位置的阀芯，所有端口都互不相通。（3）使用的三通电磁阀允许气缸快速向前和向后移动。3.3.4 辅助元件选择 选择的辅助成分，是确保必要的润滑之间的压缩空气净化部件和消音器的连接。它可分为气体净化装置和其它辅助成分来选择类别。如图1所示，气体净化设备过滤器，调节器和润滑等，一起被称为空气处理单元，也叫气动三联件。压缩空气中含有各种杂质，这些杂质的存在可降低耐久性和气动部件的性能，从而导致故障和事故，因此必须除去。空气处理单元，用于在空气中的元素除去杂质和改善空气质量。2，消声器 消声器，以降低排气噪音的设备。压缩空气驱动的工作完成后，放空阀到大气中。压缩空气在这一点上是接近的气息，声音状态的速度，由于压力的突然变化，使空气迅速膨胀，以嘈杂的，其体积一般为80分贝百分贝，为了改善工作条件，使用消声器。消声器吸收，膨胀和扩大吸收三种常见类型。吸收消声器的吸声材料中，为了靠沉默。膨胀消声器结构相对简单，一些较大的直径比排气管的当量的当空气流，因此，在其内部的空气流，肿胀，困难，反射，相互干涉型消音器的扩散。吸收膨胀消声器是两者的组合。空气进入斜孔，空气碰撞梁，干扰，进一步减速，然后通过消音器的吸声材料的表面上的消声器设置，并最终排放到大气中。本设计采用扩张式消声器。选择3.3.5真空发生器 选择的主功能的真空发生器是生产一种橡胶杯吸附真空卡盘和工件。选择的工作原理是利用压缩空气的高速喷射的真空发生器喷嘴出口喷嘴形成，导致气流。围绕下夹带气流不断的效果喷嘴出口的空气被拉出时，压力下降到低于大气吸收室，在一定的真空度。3.3.6吸盘 吸盘挂元素通常是用橡胶制成的直接对象。之所以真空吸附可吸附在工件上是由于环境压力（大气压力）大于所述压力卡盘和工件。连接至空气夹头卡盘和真空发生器的内部空间时，它被分解成与工件卡盘接触，以形成大气和吸盘之间的密封，它会吸材料，尺寸和大气压力和吸力吸盘内部空间压力是成比例的差异。3.4 气动系统工作原理 占空比机器人：右手摆动缸横臂伸出纵臂被吸下降横纵臂向上摆动臂缸缩回L纵臂下降放料垂直上升手臂返回到初始位置。系统选择的电磁阀，限位开关，实现对气缸的往复运动。二位二通电磁阀来实现吸盘吸附材料和释放物。实现工作循环的工作方式如下：（1）右手持摆缸 （2）突出卧式圆筒 （3）垂直垂臂 （4）吸液管 排气管：空气处理机组32坦克二位二通电磁阀13真空发生器消声器选择2221。（5）垂直臂 （6）横臂缩回 （7）左手摆动气缸 （8）垂直垂臂 （9）臂部缸下降 （10）垂直臂上升 （11）返回到其初始位置 第四章 控制系统的设计分析 机器人设计的关键控制系统是设计和机器人的核心。这是劳动分工合理和智能的结构和功能，在为了提高机器人的整体可靠性，具有重要意义的实用性的实施，而且还降低了制造成本，缩短开发周期的有效途径。对于本章分析的结构和广泛使用机器人控制器PLC中，建议采取发展现状PLC控制的方法。4.1 控制系统的结构组成 SCARA机器人控制系统中的通用的机器人动作的协调，包括硬件和软件，高性能计算机和相应的控制系统。硬件控制系统一般由三部分组成：（1）用于收集信息，例如加速度传感器的位置，速度，可接受的状态的机器人本体，和视觉，触觉，力和其他传感器可以感受到机器人部分的外部状态的机器人的工作环境。（2），控制装置，用于处理的各种信息，该过程的完全控制，生成必要的控制命令，其中包括一个对应的计算机接口。（3）为了使机器人的驱动单元来完成移动的操作和功能，机器人可在每个关节气动，液压，电气和其它驱动器一起使用。4.2 控制系统的性能要求对于一般的控制系统具有以下控制要求：稳定性稳定性（1）的系统是通过从平衡的原始状态平衡他们的运动表现偏差简要干扰的韧性。稳定性是一般自动控制的基本要求必须满足，以研究自动控制系统的稳定性是一个根本问题。（2）如在过渡过程中的性能描述的过渡过程性能可被确定，平衡是指系统从初始状态和平衡和移动到耐冲击性和耐新状态的一个较小的快速超调的平衡;该系统从初始状态转移到一个新的平衡，示出了经过时间有多快的过渡过程的系统。（3）稳态误差为完成在转型过程中的稳态误差之间的差异，实际的稳态输出所需的稳态输出。稳态误差控制系统更小，控制精度越高。因此，好的或坏控制系统性能测量值的稳态误差的一个重要指标，控制系统设计的任务之一是在这种情况下，考虑到其它性能指标，以使稳态误差是小型或超过允许一定的限制较小。4.3 传感器的分析与选择 该传感器是在所述电信号的物理变化被检测变转换对象。它主要是用来检测系统本身和作业对象，作业环境的状态，以提供信息用于控制系统的有效运作。位置检测装置和滑传感器，视觉传感器，可根据需要来选择的设计要求。位置检测装置，用于检测所述机器人的操作是否到位，所述滑动触觉传感器是确定材料是否稳定吸吮，视觉传感器，为了完成材料SCARA机器人的识别。4.3.1位置检测装置4.3.2滑触觉传感器4.3.3视觉传感器4.4 控制系统的结构组成设计4.4.1 PLC控制系统设计一、 PLC机型的选择 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：(1) 确定合理的结构型式 (2) 确定合理的安装方式(3) 满足相应的功能要求 (4)满足响应速度要求 (5)满足系统可靠性要求(6) 机型尽量统一二、 确定PLC的容量PLC的容量包括I / O点数和用户存储容量两种方式。（1）确定实际的输入点系统（2）按下启动按钮SB1系统，停止按钮SB2，紧急停止按钮SB3，手臂复位按钮SB4，色标传感器ST1，L-限位传感器ST2，D-限位传感器ST3，ST4限位传感器，极限位置传感器ST5，返回削减武器限位传感器ST6，手臂伸出限位传感器ST7，超高层限位传感器ST8，超降限位传感器ST9，超L-限位传感器ST10，超右手限位传感器ST11，ST12过伸限位传感器自动/手动控制开关SA和手动升降超缩回限位传感器ST13，工件检测传感器PS1，系统，左右旋转，伸展，吸收和释放按钮（SB5 - SB12）作为外部控制输入继总积分的28个输入点。实际输出点（3）2）确定系统（4）系统织物L，D，膨胀，收缩，升，降，吸收材料，对象，报警指示器电磁阀操作，局部的工作指示器和自动/手动的指标，共12个输出点。被选择，以确定的点（5）的PLC，3）的数目（6）我PLC的平均价格/ O点还是比较高的，它应该是一个合理的选择PLC的I / O点的，我的控制要求的前提下得到满足，力争用最小/ O点，但必须离开一定余量。根据实际需要输入通用I / O点，控制对象的输出信号，加10-15的利润率来确定。输入和系统输出的40点的实际需要，因此，输入和输出点48分的PLC系统是比较合适的，但每个输入和输出应留有余量。（7）4）输入的系统的数量来确定ON /输出点（8） ，进入点的数目。与此同时，在4.4.2 PLC种类及型号选择 PLC种类较多，主要是西门子，三菱，欧姆龙，FANAC，东芝等，但它可以支持生产大，中，小，微型和支持最广泛使用的主要西门子，三菱，欧姆龙PLC的。根据先前确定PLC点数：实际输入点28分，实际的输出点12分，三菱FX系列（包括FX0S，FX1S，FX0N，FX1N，FX2N等），价格西门子系列，欧姆龙系列综合比较的I / O点，性能和实际的PLC及48点等机型。该系统可以使用PLC型号：FX2N-64MR-001，总投资64点-32点，DC24V，32点继电器输出;尺寸（mm）：2208790，性能，价格比另一个PLC更好。 FX2N系列FX系列PLC家族中最先进的系列，其可以适合于最广泛使用的标准功能，和更快的程序执行，全套的通信功能，在世界上供应的不同国家和以满足个性化需求大量的特殊功能模块，提供最大的灵活性和控制，工厂自动化应用。该模型PLC有32个输入节点，输出节点32，以满足系统要求，并留有一定的余量。4.4.3 I/O点数分配根据scara机器人动作流程分析及I/O点数确定，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表4.1、表4.2所示：表4.1 scara机器人控制输入点分配表输入设备输入点号输入设备输入点号启动按钮SB1X000手动下降按钮SB6X016停止按钮SB2X001手动左旋按钮SB7X017急停按钮SB3X002手动右旋按钮SB8X020左旋极限传感器ST2X003手动伸出按钮SB9X021右旋极限传感器ST3X004手动缩回按钮SB10X022上升限位传感器ST4X005手动吸气按钮SB11X023下降限位传感器ST5X006手动放气按钮SB12X024手臂缩回限位传感器ST6X007超上升限位传感器ST8X025手臂伸出限位传感器ST7X010 超下降限位传感器ST9X026工件检测传感器PS1X011 超左旋限位传感器ST10X027手动SAX012 超右旋限位传感器ST11X030自动X013 超伸出限位传感器ST12X031复位按钮SB4X014 超缩回限位传感器ST13X032手动上升按钮SB5X015 表4.2 scara机器人控制输出点分配表输出设备输出点号输出设备输出点号左旋电磁阀6YAY000吸气电磁阀7YAY006右旋电磁阀5YAY001放气电磁阀8YAY007缩回电磁阀2YAY002报警指示灯L11Y010伸出电磁阀1YAY003手动指示灯L12Y011上升电磁阀4YAY004自动指示灯L13Y012下降电磁阀3YAY005原位指示灯L14Y0134.4.4 PLC外部接线图 根据表4.1、4.2分配输入/输出信号与PLC输入/输出接口分配情况及所选定的PLC，得到PLC的外部接线图如图4.1： 图4.1 PLC外部接线图4.4.5 scara机器人控制原理 根据PLC的控制下，致动器，可以实现手动，自动，和其他工作。手动：使用手动控制每个机器人动作的按钮，可以实现下游，收回正转，反转，吸收组件，这个事情等操作;自动：每个连续的分拣步骤后，从原点位置按材料的机器人的周期启动按钮。按下启动按钮SB1，系统初始化右摆动臂油缸伸出手臂垂直下降SUCKER上升纵臂摆动臂油缸缩回L垂直落差手臂增加排放回到初始纵臂位置。系统程序的初始化（1）按下启动按钮SB1，控制系统功能测试，试验后输入正确的控制系统软件，启动程序运行。（2）右手持摆缸 初始化程序正常运行后，输入和输入X000的PLC的输出接通时，输出Y001，D按钮SB8被接通，以使三通电磁阀通电5YA 12，右手摆动缸将执行该命令。扩展（3）水平臂 右旋摆动油缸指定位置（90度），输入X004的PLC被接通，以使三通电磁阀通电1YA 10的输入和输出Y003输出臂到达SB9按钮之间进行切换，执行操作臂到达。（4）垂直垂臂 臂延伸的指定位置之前，PLC的输入输出臂Y005 X010开关的输入和输出下降按钮SB6连接，以使三通电磁阀通电3Ya相同相同11执行一个垂直下降手臂动作。（5）吸液管 悬臂下降到指定的位置，PLC输入X006切换输入和输出Y006输出，吸盘按钮SB11打开时，二位二通电磁阀13被通电7YA选择真空发生器22开始工作时，真空吸盘26将随身携带的材料。（6）加大垂直臂 后滑动触摸传感器检测到时，材料已被吸上来，它接通在所述输出端Y004输出上升按钮SB5臂，以使三通电磁阀11被通电4YA，执行垂直臂向上运动。（7）缩回在水平臂 臂在指定位置，PLC输入X005切换输入和Y002回缩按钮SB10的输出电平的输出被接通，以使三通电磁阀是执行通电电磁铁10 2YA水平的臂缩回运动。（8）摆动缸L 水平臂缩回到一个指定的位置，PLC输入X007交换输入和输出，输出Y000，当SB7 L按钮被接通时，三通电磁阀被通电电磁铁6YA 12，执行摆动气缸旋转到左。（9）垂直垂臂 旋转左摆动油缸到指定的位置（90度），输入X003的PLC的输入和输出Y005输出下降按钮SB6垂直臂被接通，以使三通电磁阀被通电电磁铁11 3Ya相同相同，也减少之间切换在手臂运动。（10）被放置 动臂下降到指定位置，PLC输入X006切换输入和输出Y007，吸盘向下按钮SB12 ON输出，选择真空发生器停止工作，真空消失，压缩空气进入真空吸，材料和吸盘吹开。瑞星（11）手臂 后触觉传感器检测的材料的滑动已被释放，则输出端Y004输出上升按钮SB5臂被接通，以使三通电磁阀被通电电磁铁10 2YA执行臂举起操作。（12）返回到其初始位置手臂抬起到指定的位置，PLC输入X005接收输入，自动重复动作。4.5 PLC程序设计4.5.1 总体程序框图设备有“手动/自动”两种工作方式，其控制程序可分为自动控制程序和手动控制程序两个模块，各模块程序分开编写，结构清晰，便于调试和修改。在进行编程前，应先绘制出整个控制程序的结构框图，如图4.2所示。在该结构图中，当操作方式选择开关置于“手动”时，输入点X012接通，执行手动程序；当操作方式选择开关置于“自动”时，输入点X013接通，执行自动程序。图4.2 控制程序的结构框图同是为了方便操作，应设计一个scara机器人操作面板，scara机器人操作面板如图4.3所示图4.3 scara机器人操作面板4.5.2 初始化及报警程序初始化及报警程序如图4.4所示图4.4 初始化及报警程序4.5.3 手动控制程序 手动控制程序用于实现scara机器人升降、伸缩、左右旋转、吸气/放气及复位的运动。在自动工作过程中，若将“手动/自动”转换开关打到“手动”位置时，输入X012接通系统进入手动控制方式状态。此时，按下相应的受动按钮可实现手动上升、下降、左旋、右旋、伸出、缩回、吸气、放气及复位动作，手动操作程序如图4.5所示。图4.5 手动操作程序4.5.4 自动控制程序分析知，在“自动”工作方式下，本scara机器人的运动是以开关量作为转移信号，按所设计的工艺流程一步一步地进行工作，其控制过程为顺序循环控制。当scara机器人完成一次物料的吸放任务后返回原位为下一个任务做好准备。自动控制的状态转移图如图4.6所示。图4.6 自动控制状态转移图根据自动控制的状态转移图就可设计出自动控制的步进梯形图如图4.7所示。图4.7 自动控制步进梯形图 图4.7 自动控制步进梯形图 (序)第五章 总结与展望 机器人的四肢和出现延伸和拓展人脑的功能，它可以在危险的，有害，有毒，低温和高热和恶劣的工作条件等代替人;而不是人做繁重，重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。随着科学技术的发展，PLC已广泛应用于工业生产过程，创新机器人技术研究，促进成果不断涌现。本文的主要目的是要实现以下的结果：结构，驱动装置（1）的机器人控制系统更全面的分析，
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