【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大，常在 2070kgf/cm輸出力可達(dá) 100kgf/cm以上的力和力矩也大，可以得到較大的直線和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)抓取重量可達(dá) 100800 kgf。 傳動(dòng)性能：液壓壓縮小，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊沒(méi)，基本無(wú)傳動(dòng)帶滯后現(xiàn)象，反映較靈活最高速度可達(dá) 2m/s。 控制性能：壓力，流量均易控制，可無(wú)級(jí)變速通過(guò)調(diào)節(jié)壓力流量，可較方便的控制輸出功率，可達(dá)較高的精度。使用維護(hù)性能：油液粘度對(duì)溫度變化敏感，當(dāng)溫度升高時(shí)，油粘度顯著下降。油液粘度的變化直接影響系統(tǒng)，工作性能，對(duì)密封和配合體制造精度要求較高，漏油會(huì)影響正常工作污染環(huán)境而且易造成失火。 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 7 圖 21 液壓原理圖 體積重量：輸出相同的條件下，體積小重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下。 壽命：潤(rùn)滑性能好，壽命長(zhǎng)。 成本；液壓元件成本較高，油路較復(fù)雜，運(yùn)行成本較高。 應(yīng)用：適用于抓取較大的機(jī)械手和機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 8 2. 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 圖 22 氣壓原理圖 輸出力：壓縮空氣壓力低，一般 428kgf/cm抓取重量小于 30kgf。 傳動(dòng)性能：壓縮空氣粘度小，管路損失小流速大，氣動(dòng)傳動(dòng)可達(dá)較高速度，但高速平穩(wěn)性差沖擊嚴(yán)重。 控制性能：低速不宜控 制，因?yàn)闅鈮簤嚎s性大，阻尼效果差，難于準(zhǔn)確定位。一般不能作伺服控制。近年來(lái)國(guó)外研究出的氣壓伺服機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)定位精度高，速度快。 使用維護(hù)性能：能在高溫多粉塵等惡劣條件下工做，耐負(fù)荷，無(wú)發(fā)熱問(wèn)題。沒(méi)有爆炸著火危險(xiǎn)，安全性好，使用維護(hù)簡(jiǎn)單，但排氣噪音大要注意空氣中去除水分及系統(tǒng)潤(rùn)滑防銹問(wèn)題。 體積重量：壓力小，輸出力，體積大。 壽命：空氣取之不盡，用過(guò)之后排入大氣不許回收處理，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。元件成本低，能量損失大。 應(yīng)用：適用于抓取重量不大，而節(jié)拍快的作業(yè)。多用于點(diǎn)位控制，適于彈性握持和空氣吸附。 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 9 3. 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 圖 23 電氣原理圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，選擇哪一類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，要根據(jù)機(jī)器人的用途作業(yè)要求，機(jī)器人的性 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 10 能規(guī)范，控制功能，維護(hù)的復(fù)雜程度，運(yùn)行功耗，性能與價(jià)格比以及現(xiàn)有條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性，可行性，經(jīng)濟(jì)性以及可靠性后進(jìn)行最終選擇。一般情況下，選擇如下： (1) 控制方式 對(duì)物料搬運(yùn)（包括上、下料）、沖壓用的有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人，低速重負(fù) 載時(shí)可選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；中等負(fù)載時(shí)可選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；輕負(fù)載、高速時(shí)可選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，沖壓機(jī)器人手爪多選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 由于本系統(tǒng)屬于輕負(fù)載運(yùn)行，所以采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 (2) 作業(yè)環(huán)境要求 從事噴涂作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，由于工作環(huán)境需要防爆，考慮到其防爆性能，多采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和具有本征防爆的交流電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。水下機(jī)器人、核工業(yè)專用機(jī)器人、空間機(jī)器人，以及在腐蝕性、易燃易爆氣體、放射性物質(zhì)環(huán)境中工作的移動(dòng)機(jī)器人，一般采用交流伺服驅(qū)動(dòng)。如要求在潔凈環(huán)境中使用，則多要求采用直接驅(qū)動(dòng)（ Direct Drive—— DD）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 由于此機(jī)器人屬于實(shí)驗(yàn)室用機(jī)器人，其作業(yè)環(huán)境干凈、整潔，所以采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 (3) 操作運(yùn)行速度 對(duì)于裝配機(jī)器人，由于要求其有較高的點(diǎn)位重復(fù)精度和較高的運(yùn)行速度，通常在運(yùn)行速度相對(duì)較低（ ≤）的情況下，可采用 AC、 DC或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；在速度、精度要求均很高的條件下，多采用直接驅(qū)動(dòng)（ DD）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 機(jī)器人電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，要 求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時(shí)過(guò)載能力。這是伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的先決條件。由此可見(jiàn)，本機(jī)械加工用工業(yè)機(jī)器人當(dāng)然也采用了氣動(dòng)程序控制系統(tǒng)。 綜上所述，根據(jù)本設(shè)計(jì)的機(jī)器人需要運(yùn)行的速度、精度很高，并且又屬于輕負(fù)載，屬于實(shí)驗(yàn)室用模型，所以機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合控制。 傳感器 由于在本 系統(tǒng)中采用的傳感器得到信號(hào)要使汽缸動(dòng)作，所以我選擇接近傳感器，分別為電容式、電感式、光電式和磁電式。接近開(kāi)關(guān)是一種毋需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械接觸而可以操作的位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)物體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面到動(dòng)作距離時(shí)，不需要機(jī)械接觸及施 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 11 加任何壓力即可使開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)交流或直流電器或給計(jì)算機(jī)裝置提供控制指令。接近開(kāi)關(guān)是種開(kāi)關(guān)型傳感器（即無(wú)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)），它即有行程開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)的特性，同時(shí)具有傳感性能，且動(dòng)作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交 、直流型。 接近傳感器又稱無(wú)觸點(diǎn)接近傳感器，是理想的電子開(kāi)關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域，開(kāi)關(guān)就能無(wú)接觸，無(wú)壓力無(wú)火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無(wú)機(jī)械磨損、無(wú)火花、無(wú)噪音、抗振能力強(qiáng) 等特點(diǎn)。因此到目前為止，接近傳感器的應(yīng)用范圍日益廣泛，其自身的發(fā)展和創(chuàng)新的速度也是極其迅速。 電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化的一種傳感器。電感式接近開(kāi)關(guān)屬于有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器。根據(jù)電容傳感器的工作原理可以分為變極距、變介質(zhì)和變面積。電容式傳感器可用來(lái)測(cè)量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅 (測(cè)至 的微小振幅 )，尤其適合測(cè)量高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量，還可用來(lái)測(cè)量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測(cè) 量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。在自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中也常常用來(lái)作為位置信號(hào)發(fā)生器。在本系統(tǒng)中電容傳感器采用 LR18XCF05SB0電容傳感器，接線圖和參數(shù)如表 24和 圖 25所示 ： 表 24 LR18XCF05SB0 式電容傳感器的參數(shù)表 電源電壓 20…250VAC/DC 遲滯范圍 1…20% 重復(fù)誤差 ≤3% 負(fù)荷電流 AC≤300mA， DC≤100mA 開(kāi)關(guān)頻率 AC： 20 Hz DC： 500Hz 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 12 圖 25 LR18XCF05SB0 式電容傳感 器的接線圖 電容傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)： 。用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，一般得到電阻的相對(duì)變化量小于 1%，而電容傳感器的相對(duì)變化量可以達(dá)到 100%或更大大些。電容傳感器由于極板間的靜電引力很小，需要的作用能量極小，可動(dòng)部分可以做的小而薄，質(zhì)量輕，因此固有頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特適合與動(dòng)態(tài)測(cè)量；可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)，如振動(dòng)等。 3. 分辨率高由于傳感器的帶電極板間的引力極小，需要輸入能量低，所以特別適合于用來(lái)解決輸入 能量低的問(wèn)題，如測(cè)量極小的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受 m ，甚至更小的位移。 。電容式傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又由于本身發(fā)熱極小，因此影響穩(wěn)定性也極微小。 、具有平均效應(yīng)。如回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心、小型滾珠軸承的徑向間隙等，采用非接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。 電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量的一種裝置。利 用電感式傳感器，能對(duì)位移壓力振動(dòng)應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。電感式傳感器也成為自感式傳感器或可變磁阻式傳感器。它有鐵心、線圈和銜鐵所組成。線圈是套在鐵心上的。在鐵心和銜鐵之間有一個(gè)空氣隙。傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連，運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生位移變化時(shí)，空氣隙的厚度產(chǎn)生變化，從而使電感值發(fā)生變化。電感式傳感器可以用來(lái)測(cè)量檢測(cè)金屬物體。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈敏度高輸出功率大輸出阻抗小抗干擾能力強(qiáng)，因此在機(jī)電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在本系統(tǒng)中采用 CR18CF05AT0型電感傳感器，接線圖和參數(shù)如 表 26和 圖 27所 示： 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 13 表 26 CR18CF05AT0 型電感傳感器參數(shù)表 圖 27 CR18CF05AT0 型電感傳感器接線圖 電感式傳感器的特點(diǎn)是： 、可靠度高、壽命長(zhǎng)； ； 高； 、重復(fù)性好； （測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）； 位輸出電壓，引起測(cè)量誤差； 求較高； 高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測(cè)量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動(dòng)式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。 光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入 電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防系統(tǒng)中常見(jiàn)的光電開(kāi)關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。光電開(kāi)關(guān)的分類按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和鏡面反射式三種類型。 電源電壓 20…250VAC 重復(fù)精度 ≤3% 負(fù)荷電流 ≤300mA 消耗電流 ≤3mA 開(kāi)關(guān)頻率 15HZ 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 14