【正文】 但是，在中國等。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。圖32 所選電機(jī)相關(guān)參數(shù)圖33 110BYG550BSAKRMA0301步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PLC簡介自二十世紀(jì)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(yīng)用。驅(qū)動方式：升頻升壓； 步距角：176。根據(jù)以上結(jié)果，綜合考慮各種因素，選擇國產(chǎn)北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司（原北京四通電機(jī)公司）的步進(jìn)電機(jī)，具體型號為：110BYG550BSAKRMA0301 或 110BYG550BSAKRMT0301 或 110BYG550BBAKRMT0301,該步進(jìn)電機(jī)高轉(zhuǎn)矩，低振動，綜合性能很好。 因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有； （330）式中，為滾動軸承摩擦系數(shù)，；為機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，取100；為回轉(zhuǎn)軸上傳動大齒輪分度圓半徑，R=240；帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 =； 同時，腰部回轉(zhuǎn)速度定為=5r/min；傳動比定為1/120；且， 帶入數(shù)據(jù)得： =。 電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算⑴.若傳動負(fù)載作直線運(yùn)動（通過滾珠絲杠）則有負(fù)載額定功率： （318）負(fù)載加速功率： （319）負(fù)載力矩（折算到電機(jī)軸）： （320）負(fù)載（折算到電機(jī)軸）： （321）起動時間： （322） 制動時間： （323）⑵.若傳動負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動負(fù)載額定功率： （324）負(fù)載加速功率： （325）負(fù)載力矩（折算到電機(jī)軸）： （326）負(fù)載GD（折算到電機(jī)軸）： （327）起動時間： （328）制動時間： （329） 式中，為額定功率，KW；為加速功率，KW；為負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；為電機(jī)軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；為負(fù)載的速度，m/min；為減速機(jī)效率；為摩擦系數(shù)；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸），；為電機(jī)啟動最大轉(zhuǎn)矩，；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（折算到電機(jī)軸上），；為負(fù)載的，；為負(fù)載（折算到電機(jī)軸上），；為電機(jī)的，；具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是驅(qū)動腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運(yùn)動形式屬于第二種。因?yàn)樵撘簤合到y(tǒng)比較簡單，該項(xiàng)驗(yàn)算從略。這部分在考慮具體的作業(yè)時根據(jù)詳細(xì)的要求再結(jié)合具體情況進(jìn)行詳細(xì)，這里暫從略。 （315）經(jīng)計(jì)算得 =帶入上式得 ③ 確定液壓泵電機(jī)的功率 （316）式中，為最大運(yùn)動速度下所需的流量，同前，；液壓泵實(shí)際工作壓力，5；為液壓泵總效率，；帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： =。⑴.液壓泵的計(jì)算① 確定液壓泵的實(shí)際工作壓力 （312）式中，計(jì)算工作壓力，前以定為； 對于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（~），這里取為1。因此液壓缸壁厚強(qiáng)度滿足要求。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)，圍繞垂直升降缸設(shè)置四根導(dǎo)桿，較好的解決了這一問題。表34 垂直液壓缸參數(shù)缸內(nèi)徑壁厚桿直徑行程工作壓力6010251001因?yàn)榇怪币簤焊姿惺艿妮d荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。為了達(dá)到這個目的，設(shè)計(jì)中采用了兩個導(dǎo)向桿，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度問題有較高的要求。表33 水平伸縮液壓缸參數(shù)缸內(nèi)徑壁厚桿直徑行程工作壓力6010254001因?yàn)樯炜s缸的作用主要是實(shí)現(xiàn)伸縮直線運(yùn)動這個運(yùn)動形式，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因?yàn)槭肿A持工件，受力方向?yàn)榇怪狈较颍?，軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質(zhì)為彎矩，使其產(chǎn)生彎曲變形。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調(diào)速回路和元件來實(shí)現(xiàn)。帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： 而液壓缸的工作驅(qū)動力是由缸內(nèi)油壓提供的，故有 （39）式中，為柱塞缸工作油壓；為柱塞截面積；經(jīng)計(jì)算，所需的油壓約為： ⑶.液壓缸主要參數(shù)的確定 針對本設(shè)計(jì)是一個機(jī)械手的特點(diǎn)考慮，機(jī)械手系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。⑵.手爪執(zhí)行液壓缸工作壓力計(jì)算手爪要能抓起工件必須滿足： （36）式中，為所需夾持力；安全系數(shù)，~2；為動載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按估算，為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過程的加速度，為重力加速度；方位系數(shù)，查表選?。槐蛔コ止ぜ闹亓? 30；帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： ；理論驅(qū)動力的計(jì)算： （37）式中，為柱塞缸所需理論驅(qū)動力；為夾緊力至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離；為扇形齒輪分度圓半徑；為手指夾緊力；齒輪傳動機(jī)構(gòu)的效率，；其他同上。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。另外，由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致，下降時有使運(yùn)動速度加快的趨勢，為使運(yùn)動過程的平穩(wěn)，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統(tǒng)的安全性，采用V2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負(fù)載。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個單向節(jié)流閥。 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖31所示，它擁有垂直手臂的上升、下降，水平伸縮缸/的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥V1來調(diào)定系統(tǒng)壓力。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。本設(shè)計(jì)的方向控制采用電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)，而速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，主要方式是采用比較簡單的節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)所要求的動作。液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動速度的控制是液壓回路的核心問題。同時考慮機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場環(huán)境對機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求以及計(jì)算機(jī)的控制的因素，腰部的回轉(zhuǎn)用電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，剩下的兩個運(yùn)動均為直線運(yùn)動。第3章 理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，后者實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu)，而且在手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整個機(jī)械手的設(shè)計(jì)和布局中都重點(diǎn)考慮了機(jī)械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得手臂本身盡可能達(dá)到平衡?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統(tǒng)復(fù)雜，因此造價高，設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都增加了難度，但是平衡效果好。彈簧平衡機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應(yīng)用廣泛。通常，機(jī)器人所采用的平衡機(jī)構(gòu)主要有以下幾種：這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了機(jī)器人手臂的慣量與關(guān)節(jié)軸的載荷。 機(jī)器人手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和球坐標(biāo)型機(jī)器人可以通過合理布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得手臂本身可能達(dá)到平衡。因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進(jìn)行驅(qū)動。 具體到本設(shè)計(jì)，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素。而當(dāng)達(dá)到步進(jìn)電機(jī)額定電流時僅以低電壓給各相繞組供電。這種電路有高、低壓二組電源。 功率放大器的作用是將環(huán)行分配器輸出的毫安級電流放大成安培級電流以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。環(huán)行分配器是控制步進(jìn)電機(jī)各繞組按一定的次序通過的環(huán)節(jié)。（2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)的控制裝置主要包括脈沖發(fā)生器，環(huán)行分配器和功率放大器等幾部分組成。 PWM伺服驅(qū)動器具有調(diào)速范圍寬、低速特性好，響應(yīng)快、效率高、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。這種伺服驅(qū)動器一般由電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)組成。無鐵心，具有軸向平面間隙可頻繁起制動、正反轉(zhuǎn)工作，響應(yīng)迅速，適用于機(jī)器人，數(shù)控等直流PWM伺服驅(qū)動器，SCR變壓驅(qū)動器大慣量永磁直流伺服電動機(jī)輸出力矩大，轉(zhuǎn)矩波動小，機(jī)械特性硬度大，可以長時間工作在堵轉(zhuǎn)條件下又稱力矩電機(jī)，其轉(zhuǎn)子較粗適用于驅(qū)動力矩較大的場合，因可不用齒輪傳動，消除了齒輪間隙直流PWM伺服驅(qū)動器，SCR變壓驅(qū)動器表21續(xù)表反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號直接轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)成正比，輸出力矩也較大電機(jī)轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)租，由永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極用于數(shù)字系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人；開環(huán)控制直流PWM伺服驅(qū)動器SCR變壓驅(qū)動器同步交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速與定子繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場嚴(yán)格同步；從低度到高速，定子繞組可通過大電流，故起、制動轉(zhuǎn)矩不降低，可頻繁起、制動轉(zhuǎn)子由永久磁鐵做成，定子有三相，轉(zhuǎn)子比較細(xì)主要用于中小容量的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，如數(shù)控、機(jī)器人等系統(tǒng)中交流PWM變頻調(diào)速器異步交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于定子繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，機(jī)構(gòu)簡單，容量大，價格低定子由對稱三相繞組組成， 用于數(shù)控機(jī)床主軸等容量大的場合交流PWM變頻調(diào)速器（1）直流電機(jī)伺服驅(qū)動器直流伺服電機(jī)驅(qū)動器目前多采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）伺服驅(qū)動器。根據(jù)機(jī)器人各運(yùn)動軸所計(jì)算的、要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載額定力矩、加減速特性、額定功率、加速功率等參數(shù)選擇電機(jī)型號。為了提高機(jī)器人的傳動精度，國外近幾年開發(fā)了直接驅(qū)動電動機(jī)，并將多級旋轉(zhuǎn)變壓器組合在一起，這種旋轉(zhuǎn)變壓器每轉(zhuǎn)可達(dá)4060萬個脈沖，這種直接驅(qū)動的電機(jī)（DD驅(qū)動電機(jī)）在快速高精度定位的裝配機(jī)器人中已經(jīng)得到應(yīng)用。 速度傳感器多數(shù)用的是測速發(fā)電機(jī)，位置傳感器多數(shù)用光電編碼器。由于高起動力矩、大轉(zhuǎn)矩低慣量的交、直流電機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用，因此一般情況下，負(fù)重在100kg以下的工業(yè)機(jī)器人大多數(shù)采用電動驅(qū)動系統(tǒng)。再啟動時，事先打開鎖緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)氣缸活塞運(yùn)動到定位點(diǎn)時，為保證定位精度，需要將運(yùn)動軸鎖緊。 氣動機(jī)器人各運(yùn)動軸的制動和定位點(diǎn)到位發(fā)訊，可由編程器發(fā)指令，或由限位開關(guān)發(fā)訊。因此對機(jī)器人一個單自由度而言，停點(diǎn)數(shù)目最多69個。如果氣缸以1m/s的速度計(jì)算，電磁氣閥以較大關(guān)閉時間70ms計(jì)，那么氣缸活塞兩個停點(diǎn)的距離約為70mm，兩個停點(diǎn)的步長應(yīng)大于這個數(shù)值。除了直線氣缸外，機(jī)器人中用得比較多還有有限角擺動氣缸，這種擺動缸多用于手腕機(jī)構(gòu)上。 為了確保氣缸的密封要求，同時又要盡量降低摩擦力，密封材料要選用橡膠和氟化塑料組合的密封環(huán)。氣缸的結(jié)構(gòu)形式以及與機(jī)器人機(jī)構(gòu)的連接方式（如法蘭連接，尾部鉸接，前端或中間鉸接，氣缸桿的螺紋連接或鉸接等）由設(shè)計(jì)機(jī)器人時根據(jù)結(jié)構(gòu)要求而定。除個別用單動式氣缸外（如手爪機(jī)構(gòu)上用的），多數(shù)采用雙動氣缸。 多數(shù)情況下使用氣缸（直線氣缸或擺動氣缸）。雖然用無潤滑氣缸可以不用油霧器，但是一般情況下，建議也在氣路上裝上油霧器，以減少氣缸摩擦力，增加使用壽命。 由分水濾氣器，調(diào)壓器，油霧器三大件組成，可以是分離式，也可以是三聯(lián)組裝式的，多數(shù)情況下用三聯(lián)組裝式結(jié)構(gòu)。氣源部分包括空氣壓縮機(jī)，儲氣罐，氣水分離器，調(diào)壓器，過濾器等。氣動驅(qū)動系統(tǒng)大體由以下幾部分組成?？刂蒲b置目前多數(shù)選用可編程控制器（PLC）。這類機(jī)器人多是圓柱坐標(biāo)型和直角坐標(biāo)型或二者的組合型結(jié)構(gòu)；35個自由度；負(fù)荷在200N以下；速度3001000mm/s；重復(fù)定位精度為+/。由于氣動機(jī)器人具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、動作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡便以及適宜在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，因此它在沖壓加工、注塑及壓鑄等有毒或高溫條件下作業(yè)，機(jī)床上、下料，儀表及輕工行業(yè)中、小型零件的輸送和自動裝配等作業(yè)，食品包裝及運(yùn)輸，電子產(chǎn)品輸送、自動插接，彈藥生產(chǎn)自動化等方面獲得大量應(yīng)用。它既是關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，又是動力元件。液壓回轉(zhuǎn)執(zhí)行器是一種由伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)或比例電磁鐵帶動的一個安放在擺動馬達(dá)或連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)子內(nèi)的一個回轉(zhuǎn)滑閥，通過機(jī)械反饋，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運(yùn)動的一種電