【正文】 、 SITH(靜電 感 應(yīng) 晶 閘 管 )、 MGT(MOS 控 制 晶 體 管 )、 MCT(MOS 控 制 晶 閘 管 )、 IGBT(絕 緣 柵雙 極 型 晶 體 管 )、 HVIGBT(耐 高 壓 絕 緣 柵 雙 極 型 晶 閘 管 )的 發(fā) 展 過 程 ， 器 件 的 更新 促 進(jìn) 了 電 力 電 子 變 換 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 。豎軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)承載整個(gè)機(jī)械手的所有負(fù)載，需要功率較大，而機(jī)械手主要用于生產(chǎn)線夾持較輕便物體，綜合考慮，豎軸選用 Y263M22，功率 250W，可滿足生產(chǎn)需要。數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)，如 IP44 中第一位數(shù)字“4”表示電機(jī)能防止直徑或厚度大于 1 毫米的固體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)殼。（3）周期斷續(xù) 周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時(shí)間也很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升降不到零，工作周期小于 10min 的工作方式。 7．絕緣等級(jí) 絕緣等級(jí)是指三相電動(dòng)機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式 式中 ——額定功率因數(shù) ——額定效率機(jī) 座 號(hào)1 2 3 4 5 6 7 8 9定子鐵心外徑（mm）120145167210245280327368423中心高度（mm）90 100112132160180225250280機(jī) 座 號(hào)11 12 13 14 15定子鐵心外徑（mm）560 650 740 850 990中心高度（mm）375 450 500 560 620NNNIUP??cos3?N?cos?5．額定頻率 額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接的交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，用 fN 表示。5%。 n?11n??? emT1 ?101??emTn?1異步電動(dòng)機(jī)中心高度200mm6極2號(hào)鐵心長機(jī)座（M——中機(jī)座）（S——短機(jī)座）表 311 小型異步三相電動(dòng)機(jī) 表 312 中型異步三相電動(dòng)機(jī) 中、小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見表 311 和表 312。 一般情況下，額定運(yùn)行時(shí)=1% ～5% 。由此可見 ，且 ，是異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件， “異步”的名稱也由此而來。流過電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力作用，力 F 的方向可用左手定則確定，如圖 39 所示。 圖 39 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 圖 310原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場以速度 n0 切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感生電動(dòng)勢（發(fā)電機(jī)右手定則） ，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，使導(dǎo)體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n 順 n0 方向旋轉(zhuǎn)（電動(dòng)機(jī)左手定則） ，并從軸上輸出一定大小的機(jī)械功率。旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。 以上分析的是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一對(duì)磁極時(shí)的情況，當(dāng)定子繞組連接形成的是兩對(duì)磁極時(shí)，運(yùn)用相同的方法可以分析出此時(shí)電流變化一個(gè)周期，磁場只轉(zhuǎn)動(dòng)了半圈，即轉(zhuǎn)速減慢了一半。如圖 38（c）所示；當(dāng) 時(shí)合成磁場方向旋轉(zhuǎn)了 300176。 圖 兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖 圖 38空間 120 度 對(duì)稱分布的三相繞組通過三相對(duì)稱的交流電流時(shí)，產(chǎn)生的合成磁場為極對(duì)數(shù) p=1 的空間旋轉(zhuǎn)磁場，每電源周期旋轉(zhuǎn)一周，即兩個(gè)極距；三相繞組的首端 U1, V1, W1接在三相對(duì)稱電源上，有三相對(duì)稱電流通過三相繞組。3．2 三相交流電機(jī)工作原理 1．三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之所以會(huì)旋轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，是因?yàn)檗D(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。 1—集電環(huán)；2—電刷；3—變阻器 圖 34 繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接 ② 籠形繞組 在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖 35（a）所示。這六個(gè)出線端在接線盒里的排列如圖 33 所示，可以接成星形或三角形。電角度。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。 圖 31 封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；7—轉(zhuǎn)子；8—定子繞組；9—機(jī)座；10—后端蓋；11—風(fēng)罩；12—風(fēng)扇1．定子部分 定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。電源單元PLC 主機(jī)左邊有外接 220V/AV 的電源插座，作為 PLC 的工作電源。輸出單元輸出單元由 24 個(gè)二極管和 24 個(gè)接插件組成，它們分別與 PLC 的 24 個(gè)輸出點(diǎn)相連。2．6 機(jī)械手 PLC 選擇及參數(shù) 綜合上述原則機(jī)械手控制系統(tǒng)主機(jī)為三菱的 FX2N48MR?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。b． I/O 接口單元的冗余（1）控制回路的多點(diǎn) I/O 卡應(yīng)冗余配置。由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期。這時(shí)才是 PLC 真正的輸出。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。當(dāng)用戶程序較長時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破鳈z查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器” ，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。（3）PLC 電源PLC 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。D．常用的 I/O 分類常用的 I/O 分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng) PLC 停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零” 。一個(gè)開關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16 個(gè) bit)。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項(xiàng)功能。PLC 存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。（2）存儲(chǔ)器與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯(cuò)誤。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) PLC 在我國仍將保持高速增長勢頭。一個(gè) PLC 的控制器，可以接收幾千個(gè) I/O 點(diǎn)（最多可達(dá)8000 多個(gè) I/O） 。大型 PLC 使用另外一個(gè) CPU 來完成模擬量的運(yùn)算。PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和 PLC 市場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來 PLC 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的增長速度放緩。同時(shí)，PLC 的功能也不斷完善。這種結(jié)構(gòu)有制造簡單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動(dòng)接觸，摩擦力小，活動(dòng)靈活，且機(jī)構(gòu)簡單。 本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用的是楔槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變動(dòng)時(shí)，將引起工件軸心的偏移。用調(diào)整的方法可消除間 隙，傳動(dòng)精度高。滾珠在返回時(shí)與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖 12 所示） 。 （a）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng) (b) 螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)圖 113．滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滾動(dòng)摩擦的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)或滾珠絲杠。一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時(shí)間短，速度較低的場合。滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)所用的螺紋為傳動(dòng)性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。 第一章 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)1．1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1．螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成，其主要功能是將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機(jī)構(gòu)可以分為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)兩種類型。本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device ponents. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, microswitches position signal transmission will host PLC。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。關(guān)鍵詞：機(jī)械手 PLC 變頻器 交流電機(jī)AbstractManipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key ponents. Manipulator using the mechanical structure of screwball, slider, and other mechanical devices position。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些