【導讀】手指夾緊力及液壓缸驅動力的計算液壓缸的選用??????手臂Z方向升降運動液壓缸結構尺寸的設計計算及選用?????本文主要針對生產線。上的自動化設計了一個三個自由度的通用翻轉機械手。為實現機械手的動作要求，該設計采用兩個。實現機械手的自動動作。工業(yè)機器人的技術水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的

　　

【正文】 ?VvdR e 查參考文獻［ 1］中表 2— 3 判斷出油管中液流為層流狀態(tài)，其行程阻力系數為： M p 64/64 ＝?? eR? 回路壓力損失為： 28 221 6 4 L 4 9 1 8 0 . 8 9 60 . 0 7 7 0 . 0 0 4 5 42 0 . 0 2 5 2 ae vP M PRd ? ?? ? ? ? ? ? ? ? (27) 局部壓力損失驗算 局部壓力損失包括通過管路和管接頭處的管路局部壓力損失 2P? ，以及通過控制閥的局部壓力損失 3P? ，但由于管路局部壓力損失相對控制閥的局部壓力損失小得多，所以主要計算 控制閥的局部壓力損失。 從原理圖可以看出，從齒輪泵出口到升降缸進油口要經過電磁換向閥，調速閥。手臂升降電磁換向閥的額定流量為 min/63 ，調速閥的額定流量為 min/63 ，實際流量為 min/ ，額定壓力損失 ；手腕回轉電磁換向閥的額定流量為 min/10 ，調速閥的額定流量為 min/6 ，實際流量為 min/ ，額定壓力損失為 ；手指夾緊電磁換向閥的額定流量為 min/10 ，調速閥的額定流量為 min/6 ，實際流量為 min/ ，額定壓力損失為 。代入下式，則局部壓力損失為： 2 2 2 2 2 2 22 2 6 .4 2 6 .4 2 .8 2 .8 4 .8 4 .80 .2 0 .3 0 0 0 4 36 3 6 3 1 0 6 1 0 6nanQP P M PQ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ［ ＋ ＋ ＋ ］ 系統(tǒng)總壓力損失計算 12 0 . 0 0 4 5 4 0 . 3 0 0 0 4 3 0 . 3 0 4 9 7 aP P P M P? ? ? ? ? ? ? ? 由以上計算結果知：系統(tǒng)總壓力損失小于計算時的估取損失值，故之前設計計算合理。 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升 這項驗算時用熱平衡原理來對油液的溫升值進行估計。單位時間內進入液壓系統(tǒng)的熱量 ? ?kwHi 是液壓泵輸入功率 iP 和液壓執(zhí)行元件有效功率 0P 之差，假如這些熱量全部由油箱散發(fā)出去，不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱效能，則油液溫升的估算公式可以根據不同的條件分別從有關的手冊中找出來。油液溫 升 ? ?CT? 的計算式可以用單位時間內輸入熱量 ? ?kwHi 和油箱有效容積 ??LV 近似地表示成： 2211 AKAKPT hr??? (28) 液壓系統(tǒng)工作時，除開執(zhí)行元件驅動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉化為熱量，使油溫升高。 （ 1）液壓泵的功率損失： ? ? ? ? kwtPPTP iZi irith 11 ???????? ?? ? 29 式中 tT —— 工作循環(huán)周期 riP —— 液壓泵的輸入功率 iP? —— 各臺液壓泵的總效率 it —— 第 i 臺泵的工作時間 Z—— 投入工作的液壓泵的臺數 （ 2）液壓執(zhí)行元件的功率損失： ? ? ? ? kwtPTP imi irith201111 12 ???????? ?? ? （ 3）溢流閥的功率損失： kwQPPyyh 0 0 4 102 0 33 ?????? （ 4）液壓油液流經閥或管路的功率損失： kwPQP h 364 ??????? ? 總的功率損失： kwPPPPP hhhhhr 0 2 5 5 0 4 ????????? 由公式（ ）計算，油液溫升為： ℃℃ ????????? AKAK PT hr 式中 1A —— 油箱的散熱面積 2A —— 油管的散熱面積 1K 、 2K —— 散熱系數 經計算，溫升沒有超過所選型號液壓油的允許使用范圍，因此本設計液壓系統(tǒng)中不需要冷卻器。 9 可編程控制器 PLC PLC 簡介 自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來， PLC 得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時， PLC 的功能也不斷完善。 隨著計算機技術、信號處理技術、控 30 制技術網絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC 在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的 PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用 戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 PLC的 CPU 內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數器自動加 1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。 PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在 1微秒到幾十微秒之間。 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理， 16 位（也有 32 位的）為一個模擬量。大型 PLC 使用另外一個 CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給 PLC 的控制器。 相同 I/O 點數的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右）。PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比 DCS 要低很多。一個 PLC 的控制器，可以接收幾千個 I/O點（最多可達 8000 多個 I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用 PLC 較為合適。 PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近 10 年來，隨著 PLC 價格的不斷降低和用戶需求的 不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用 PLC 進行控制， PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內 PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 通用 PLC 應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但 PLC 相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現在正逐步用通用 PLC或定制 PLC 取代嵌入式控制器 。 9. 2 PLC 內部原理 PLC 實質上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一 的。如圖 所示， PLC 硬件的基本結構圖所示： 31 圖 PLC 硬件的基本結構圖 : PLC handware basic stuction of FIG （ 1）中央處理單元（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據，檢查電源、存儲器、 I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。 當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接受現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入 I/O 映象區(qū) , 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術運算等任務。并將邏輯或算術運算等結果送入 I/O 映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行為止。 （ 2）存儲器 與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構成一臺完整的 PLC。PLC 的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應用軟件。 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 PLC 存儲空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據 PLC 的工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）和用戶程序存儲區(qū)。 A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 編程器 中 央 處 理 單 元 （ CPU） 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲 區(qū) 電源 32 在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項功能。 B. 系統(tǒng) RAM 存儲區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設備（例如：邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）存儲區(qū)。 （ A） I/O 映象區(qū) 由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數據送至相應的外設。因此，它需要有一定數量的存儲單元（ RAM）以供存放 I/O的狀態(tài)和數據，這些存儲單元稱作 I/O映象區(qū)。一個開關量I/O 占用存儲單元中的一個位（ bit） , 一個模擬量 I/O占用存儲單元中的一個字（ 16個 bit)。因此，整個 I/O 映 象區(qū)可看作由開關量的 I/O映象區(qū)和模擬量的 I/O 映象區(qū)兩部分組成。 （ B） 系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內部各類軟設備（邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在 PLC 斷電時，由內部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內的數據得以保留；后者當 PLC 停止運行時，將這部分存儲單元內的數據全部置“零”。 C．用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的 PLC其存儲容 量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機型增大其存儲容量也相應增大。不過對于新型的 PLC，其存儲容量可根據用戶的需要而改變。 D． 常用的 I/O 分類 常用的 I/O 分類如下： 開關量：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。 模擬量：按信號類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 33 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點數確定模塊規(guī)格及數量， I/O 模塊可多可少，但其最大數受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。 （ 3） PLC 電源 PLC 電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的 PLC，還是中、大型的 PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對 PLC 內部的所有器件提供一個穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負 10%（ 15%）之間，因此可以直接將 PLC 接入到交流電網上去。 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀炔康闹绷鞣€(wěn)壓電源為各模塊內的元件提供直流電壓。某些可編程序控制 器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關）提供 24V 直流電源。驅動現場執(zhí)行機構的電源一般由用戶提供。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計算機程序實現的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結構在功能上某些相似之處。 9. 3 PLC 的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來 實現控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 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，內部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個階段。可編程序控制器的這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。 在內部處理聯合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查 CPU 模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。 在通信服務階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應