【正文】 基本額定動(dòng)載荷值：根據(jù)機(jī)械手冊(cè)[4]可查得；故??；因此當(dāng)量動(dòng)載荷符合要求。（3）壽命的計(jì)算由式（3－26）得所以所選用的軸承合適。6 手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（1）求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。根據(jù)手腕部分等效慣量的求法，由式（4－4）可得起抓起工件后其等效慣量為：由于手臂部分為矩形，因此手臂部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （6－1）故等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（2）根據(jù)式（4－9）求等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闄C(jī)械手抓重后其所受到的負(fù)載為軸承的摩擦力，故經(jīng)計(jì)算后得等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：（3）根據(jù)式（4－10）求電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：考慮到機(jī)械的總的傳動(dòng)效率時(shí)，則由式（4－11）求等效慣性轉(zhuǎn)矩，得所以根據(jù)的出的轉(zhuǎn)矩，初步選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為：130BF001反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其最大的靜轉(zhuǎn)矩為。當(dāng)采用三相六拍的通電方式，為保證帶負(fù)載能正常起動(dòng)和定位停止，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足下列要求：。因?yàn)椋士蛇x用。其技術(shù)參數(shù)如下表4。表4電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)相數(shù)步距角電壓電流最大經(jīng)轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量線圈電阻分配方式130BF001５80/12103000五相五拍預(yù)選電動(dòng)機(jī)的估算功率（單位w）可由（4－12）式確定式中：——電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（r/min）。 ——電動(dòng)機(jī)的最高加速度（rad/s） ——考慮電動(dòng)機(jī)、減速器等的功率系數(shù)，一般取。根據(jù)以上結(jié)果帶入公式可得：根據(jù)以上的計(jì)算可知所選的減速器的轉(zhuǎn)矩必須大于；其功率必須大于；故，根據(jù)減速器的手冊(cè)查得：。由減速器的手冊(cè)[4]查得此減速器的技術(shù)參數(shù)為：表5減速器技術(shù)參數(shù)公稱傳動(dòng)比i輸入輸出機(jī)型號(hào)公稱轉(zhuǎn)矩輸入功率750161666根據(jù)選定的減速器和電動(dòng)機(jī)可求得機(jī)械手臂的實(shí)際轉(zhuǎn)速：經(jīng)過(guò)減速器后其機(jī)械手臂的實(shí)際轉(zhuǎn)速為：。7 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此采用可編程序控制器（PLC）對(duì)機(jī)械手進(jìn)項(xiàng)控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。目前，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的Ｆ系列PC、德國(guó)西門(mén)子公司的SIMATIC S5系列PC、日本OMRON（立石）公司的C型、P型PC等等。考慮到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過(guò)程可分為4個(gè)階段。第一階段是初始化處理可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問(wèn)時(shí)針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/O狀態(tài)表。該標(biāo)是一個(gè)專門(mén)存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器；存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開(kāi)機(jī)時(shí)，CPU首先使I/O狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。第二階段是處理輸入信號(hào)階段。在處理輸入信號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/O狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)再I(mǎi)/O狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/O狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三階段。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/O狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。這個(gè)階段CPU對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到I/O狀態(tài)表中的輸出狀態(tài)暫存器中，此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期?？刂茖?duì)象為圓柱坐標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手。它的手臂具有三個(gè)自由度，即豎直方向的上、下；繞豎直軸的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)及逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置——機(jī)械手，還可完成抓、放功能。以上抓、放功能是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，即用二位五通電磁閥（每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對(duì)應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)作）來(lái)控制完成機(jī)械手的抓、放動(dòng)作。其余的動(dòng)作則均有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)完成。這樣，可用PLC得2個(gè)輸出端與電磁閥的2個(gè)線圈相連，另外步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)功率放大電路和光電隔離電路連接到PLC上，通過(guò)編程，對(duì)電磁閥線圈進(jìn)行激勵(lì)從而使機(jī)械手進(jìn)行抓、放工作，使各個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作。如果欲改變機(jī)械手的動(dòng)作，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。此機(jī)械手用于搬運(yùn)軸類(lèi)的零件。（1）當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)械手有如下動(dòng)作：（2）先轉(zhuǎn)到工件所在的位置（給電機(jī)3一定的脈沖數(shù)）；（3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)到與工件軸線同向的方向上（給電機(jī)1一定的脈沖數(shù)）；（4）手臂下降至能夾持到工件的位置（給電機(jī)2一定的脈沖數(shù)）；（5）手抓抓緊（1DT通電）；（6）手臂提升到所需的位置（給電機(jī)2一定的脈沖數(shù)）；（7）手臂轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（給電機(jī)3一定的脈沖數(shù)）；（8）手臂下降至所需放置工件的位置（給電機(jī)2一定的脈沖數(shù)）；（9）手抓松開(kāi)（2DT通電）。（10）手臂提升到所需的位置（給電機(jī)2一定的脈沖數(shù)）；（11）手臂轉(zhuǎn)動(dòng)到與工件所在生產(chǎn)線的位置（給電機(jī)3一定的脈沖數(shù)）；至此，一個(gè)工作循環(huán)完畢。環(huán)形分配器的功能可用硬件或軟件的方法實(shí)現(xiàn)。如手臂升降采用的是三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，采用軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。由于手臂升降采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式是三相六拍工作方式，因此其環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表為：表6環(huán)形分配器輸出狀態(tài)節(jié)拍序號(hào)CBB存貯單元方向地址內(nèi)容00012A00H01H反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)10112A01H03H20102A02H02H31102A03H06H41002A04H04H51012A05H05H在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，以軟件代替環(huán)形脈沖分配器。各相脈沖輸出可以并行口直接控制。下圖12為由8031的P1口構(gòu)成的四相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。為了加緊系統(tǒng)抗干擾性能，驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)的接口部分使用了光電隔離。圖12 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式不同，控制程序設(shè)計(jì)可選擇不同的方法。通?？蛇x擇的方法有三種，即寄存器移位法、立即數(shù)法和查表法，其中查表法比較通用。如上的三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用三相六拍工作方式，則正向旋轉(zhuǎn)各相繞組的通電順序和P1口對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)為：通電繞組：……。P1口狀態(tài)：……。反向旋轉(zhuǎn)時(shí)：通電繞組：……。P1口狀態(tài)：……。若以定時(shí)器方式1中斷作為運(yùn)行頻率控制，8031的石英晶體振蕩頻率為12MHz，若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作頻率為100 MHz時(shí)，即10ms中斷一次，則 計(jì)數(shù)器初值X計(jì)算如下：因而，X=55536=D8F0H。若以R0作為通電的節(jié)拍計(jì)數(shù)，以00H為作為方向，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制程序如下：ORG 0000HAJMP STARTORG 000BHLJMP TIMER0ORG 100HSTART：MOV SP,50HMOV TMOD,01HMOV TH0,0D8HMOV TL0,0F0HMOV R0,00HSETB ET0SETB EASETB TR0SJMP $DATA1：DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H,01HDATA2：DB 01H,05H, 04H,06H,02H,03H,01HTIMER0： MOV TH0,0D8HMOV TL0,0F0HMOV A,R0MOV DPTR,DATA1JB 00H,GETDATAMOV DPTR,DARA2GETDATA： MOVC A,@A+DPTRMOV P1,AINC R0CJNE R0,08,TIMRRETMOV R0,00HTIMERRET： RET1由于采用8031來(lái)對(duì)三個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和電磁繼電器進(jìn)行控制，而8031的接口不能滿足使用的要求，因此必須對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。如下圖13對(duì)8031的擴(kuò)展。圖13 8031的擴(kuò)展結(jié) 論本次設(shè)計(jì)的是拾取軸類(lèi)零件的通用機(jī)械手，相對(duì)于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。該機(jī)械手使用的是普通類(lèi)的夾持機(jī)械手指，可以抓取軸類(lèi)零件，也可以抓取一般的工件；而且此機(jī)械手的夾持式利用兩個(gè)獨(dú)立的氣缸來(lái)控制，因此能更穩(wěn)定的夾持工件，能更好的適應(yīng)不同形狀的工件。另外，該機(jī)械手既可以用于搬運(yùn)小型零件，也可以用于教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等其他方面。在機(jī)械手部的夾持機(jī)構(gòu)中采用的是氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好。不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄露小，不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。在機(jī)械手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂的提升、下降及手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)中，均采用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。使得機(jī)械手更加的靈活，用戶可以根據(jù)自己的需求，來(lái)確定手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的大小，手臂升降的大小及手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的大小。機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，是機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。致 謝本文是在我尊敬的導(dǎo)師郭廷良教授的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此我首先向我的導(dǎo)師表示誠(chéng)摯的感謝，并致以崇高的敬意！在日常生活和學(xué)習(xí)中，各位老師，以及同學(xué)給了我大力的支持和幫助，在此我向他們以及多年來(lái)為我的成長(zhǎng)付出辛勤勞動(dòng)的老師和同學(xué)表示衷心的感謝。感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，感謝淮海工學(xué)院的學(xué)習(xí)環(huán)境。參 考 文 獻(xiàn)[1] 張建民，唐水源，：高等教育出版社，2001.[2] 劉杰，趙春雨，宋偉剛，：冶金工業(yè)出版社，2003.[3] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[4] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[5] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[6] ：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.[7] ：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.[8] 機(jī)械工程手冊(cè)編輯委員會(huì)，：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[9] ：江西科學(xué)技術(shù)出版社.[10] 大熊 ：科學(xué)出版社，2002.[11] 熊有倫，丁漢，：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.[12] 濮良貴，. 北京：高等教育出版社，2004.