【正文】 在此，向任有志老師及同組的同學們致上最誠摯的感謝：感謝任老師對我的耐心指導，感謝同學們?yōu)槲业脑O計提供寶貴的意見；并向我所引用資料的作者致敬，感謝你們對學術(shù)的貢獻及對我的幫助。致 謝短短的三個月已經(jīng)過去了，我的設計也已經(jīng)告一段落了。在此，特向老師致以誠懇的謝意?？梢哉f本次設計的完成與老師的悉心指導是分不開的。為此也要感謝老師和同學們對我的幫助。自己也下了很大的工夫去鉆研，終于，使我由不懂PLC編程到一步步獨立的設計電路編寫程序。 在控制電氣和程序的編寫方面，我遇到了一些困難。如此反復思考，校對才完成了本次設計任務。這一過程中得到的鍛煉是自己在本次設計中得到的最大收獲之一。尤其是在最初的設計階段，由于自己理論知識不夠系統(tǒng)和豐富，加之缺乏設計思路，使得進展比較緩慢。通過動畫模擬可以發(fā)現(xiàn)工件在裝配及運動中是否干涉，避免了傳統(tǒng)二維設計工作中很難發(fā)現(xiàn)的失誤，是工程設計中不可多得的好幫手。一般應用《CAXA實體》軟件多是使用它的三維零件設計、零件裝配功能，很少注意到它的智能動畫功能。4 動畫制作模擬機械手運動的動畫，首先要了解機械手是如何張開和夾緊的：腰部旋轉(zhuǎn)，大臂、小臂擺動，手腕的旋轉(zhuǎn)與擺動等。首先選中一個零件，待其顏色變蘭后，在標準設計元素庫里的“表面光澤”庫中選取一個顏色，點住鼠標左鍵將其拖拽到零件上，則該零件就變成了這個顏色。圖1 流程圖首先，將組成機械手的各個部件分別生成零 按我們的經(jīng)驗，裝配時一定要采用“約束裝按我們的經(jīng)驗，裝配時一定要采用“約束裝配”，這樣制作動畫時能簡化動畫的設置，并保證各個元件按規(guī)定的軌跡運行。這樣就在裝配圖中調(diào)入了一個零件。 流程圖，如大臂、小臂2 裝配使用Blue．ics模板創(chuàng)建一個新的設計環(huán)境。下面簡單介紹一下我在運用《CAXA實體》軟件制作模擬機械手三維動畫時的一些經(jīng)驗與技巧。工廠必須警惕可能出現(xiàn)的各種問題以避免出現(xiàn)工藝失控，同時也還需要不斷地改進工藝，以使產(chǎn)品的質(zhì)量和合格晶率不斷得到提高。在這時，仍需要對工藝進行監(jiān)視以維持工藝處于受控狀態(tài)。如果達不到要求，需找出原因并進行解決，直到達到要求為止。 在這一步。在這一步還要弄清無鉛合金焊接工藝可能產(chǎn)生的沾染知道如何預防、測定各種焊接特性的工序能力(CPK)值，以及與原有的錫／鉛工藝進行比較。 開發(fā)健全焊接工藝 這一步是第二步的繼續(xù)。在試驗中，需要對列表選出的焊接材料進行充分的試驗，以了解其特性及對工藝的影響。確定工藝路線和工藝條件 在第一步完成后，就可以對所選的焊接材料進行焊接工藝試驗。這時就要根據(jù)焊接工藝要求選擇設備及相關(guān)的工藝控制和工藝檢查儀器，或進行升級。另外，還要注意的是，焊接的整個過程比焊料的要長，而且所需的焊接溫度要高，這是由于無鉛焊料的熔點比含鉛焊料的高，而它的浸潤性又要差一些的緣故。對于表面安裝元件的焊接，需采用回流焊的方法；對于通孔插裝元件，可根據(jù)情況選擇波峰焊、浸焊或噴焊法來進行焊接。把這些材料列成表以備在工藝試驗中進行試驗，以對它們進行深入的研究，了解其對工藝的各方面的影響。在選擇這些材料時還要考慮到焊接元件的類型、線路板的類型，以及它們的表面涂敷狀況。 選擇適當?shù)牟牧虾头椒?在焊接工藝中，焊接材料的選擇是最具挑戰(zhàn)性的。因此，在開發(fā)焊接工藝中，必須對焊接工小臂藝的所有相關(guān)方面進行優(yōu)化。這些控制與許多的改變有關(guān)，如材料、設備、兼容問題、污染問題、統(tǒng)計工藝控制(SPC)程序等。 焊接機械手焊接工藝的研究： 高效雙弧TIG焊 雙絲MAG焊目前，關(guān)于焊接材料和焊接工藝的信息已經(jīng)很多，對于需要開發(fā)焊接工藝的工廠來說，正確的選擇這些信息，并把它們有機地組合起來就非常重要。為此，焊接機器人應該有配套的視覺系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等控制單元，來克服因裝配、變形等因素引起的位置和精度誤差，以實現(xiàn)真正的高質(zhì)量的自動化焊接生產(chǎn)。清華大學與中石油管道局合作開發(fā)的長輸管線環(huán)縫全位置自動焊接機器人，該機器人通過定位軌道沿環(huán)縫運動，除完成一般的焊接作業(yè)外，還具有焊接規(guī)劃參數(shù)及其相關(guān)控制參數(shù)的離線編程和焊接過程監(jiān)測等功能。機器人自重20Kg，載重5070Kg；有四個自由度，可以在球罐表面的各種空間位置完成前進、后退、拐彎等運行方式；視覺系統(tǒng)檢測精度可達177。圖3給出的是清華大學和北京石油化工學院合作研制成功一種新型智能全位置球罐焊接機器人。建立了一個具有特征建模和無碰撞路徑規(guī)劃功能的機器人弧焊CAD/CAM系統(tǒng)，可以實現(xiàn)幾何造型、焊接參數(shù)規(guī)劃、焊接路徑規(guī)劃、圖形仿真、約束檢查、程序編輯和傳感修正等功能，顯著的提高了編程效率和編程質(zhì)量。設計的弧焊機器人離線編程系統(tǒng)，采用視覺方法進行實時焊縫跟蹤，既保證了離線編程結(jié)果的可用性，同時可用多邊形逼近的方法來簡化工件的模型，從而降低了對工件坡口和裝配精度的要求，改善了弧焊機器人的易用性和實用性。所謂的機器人離線編程就是通過建立機器人及其環(huán)境物的幾何模型，以機器人編程語言描述機器人任務，通過推理獲取機器人作業(yè)所需的各種參數(shù)，然后對編程的結(jié)果進行三維圖形動畫仿真，離線調(diào)試機器人程序的正確性，最后生成機器人控制所需的各種實際控制參數(shù)。同時，借助于大量實驗得出不同焊矩姿態(tài)對應的焊接規(guī)范數(shù)據(jù)庫，使得機器人在任意空間位置焊接時，保持最優(yōu)的焊矩姿態(tài)及焊矩規(guī)范參數(shù)，保證全位置焊接中焊縫成形的穩(wěn)定、美觀（）對于諸如馬鞍型焊縫（）的復雜工件的機器人焊接，焊縫形狀、焊接位置和各示教點的過渡情況對焊接質(zhì)量有很大的影響，必須保證運動軌跡、焊槍姿態(tài)和各點焊接參數(shù)的合理匹配。焊縫空間位置的檢測與焊矩姿態(tài)的規(guī)劃是影響機器人全位置自動焊接質(zhì)量的重要因素。此類機器人不適合在太空、深海、放射性環(huán)境等特殊環(huán)境下自主作業(yè)，不具備對工件裝配誤差、焊接過程中的熱變形等環(huán)境和對工作對象變化自適應能力。要注意用干凈的手操作，最好盡量帶上手套。（4）、要注意軸承的銹蝕。（3）、使用恰當?shù)牟僮鞴ぞ摺Ｔ谑褂弥薪o與軸承強烈沖擊，會產(chǎn)生傷痕及壓痕，成為事故的原因。所以，要保持周圍清潔，使塵埃不致侵入軸承。（1）、保持軸承及其周圍清潔。無論使用多么高性能的軸承，如果使用不當，則不會得到預期的高性能。圓錐滾子軸承等分離形軸承，可以對滾動體、外圈的滾道面分別檢查大型軸承因不能用手旋轉(zhuǎn)，注意檢查滾動體、滾道面、保持架、擋邊面等外觀，軸承的重要性愈高愈須慎重檢查。檢查滾道面、滾動面、配合面的狀態(tài)、保持架的磨損情況、軸承游隙的增加及有無關(guān)尺寸精度下降的損傷，異常。另外，清洗油也要經(jīng)常保持清潔。在粗清洗油中，使用刷子清除去潤滑脂、粘著物，大致干凈后，轉(zhuǎn)入精洗。拆下來的軸承的清洗，分粗清洗和細清洗，分別放在容器中，先放上金屬的網(wǎng)墊底，使軸承不直接接觸容器的臟物。另外也常常根據(jù)滾動軸承的滾動體不同將滾動軸承分為滾珠軸承,對滾柱軸承我們就要選擇比滾珠軸承的潤滑油高13個粘度等級的潤滑油,對滾針軸承,潤滑油的選擇基本同滾柱軸承,但要考慮滾針軸承是應用在什么部件中 軸承的清洗：拆卸下軸承檢修時，首先記錄軸承的外觀，確認潤滑劑的殘存量，取樣檢查用的潤滑劑之后，洗軸承。如果潤滑油選擇的不好，就很有可能經(jīng)常引起軸承故障。依據(jù)滾動軸承的工作條件和工況要求，選擇最經(jīng)濟最合適的潤滑劑。（如齒輪箱中的滾動軸承等）。也有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹、腐蝕之效果。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?。?）、排出摩擦熱、冷卻。軸承的滾動疲勞壽命，在旋轉(zhuǎn)中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。在構(gòu)成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。C)1線膨脹系數(shù)106．C1150680751207600900027711619 圖4..1： 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下。許用載荷Pp/MPa需用速度Vp/(pv)p/MPa*m*s1最高工作溫度。通常銅鉛合金、錫銻合金和鋁鋅硅系合金的耐氣蝕性較好。 7）磨合性 在磨合過程中減少軸頸或軸瓦圓柱度誤差、同軸度誤差、表面粗糙度，使接觸均勻，從而降低摩擦力、磨損率的能力。6）耐蝕性 軸瓦和軸頸材料抵抗介質(zhì)腐蝕的性能。在使用溫度下，材料的強度、沖擊強度、硬度和組織的均勻性對抗疲勞性是十分重要的。在規(guī)定的摩擦條件下，耐磨性可以用磨損率或磨損度的倒數(shù)來表示。非金屬材料卻不一定好。3）嵌入性軸瓦材料容許硬質(zhì)顆粒嵌入而減輕刮傷或磨粒磨損的性能。 表面能和氧化膜的特性2）順應性軸瓦材料靠表層的彈塑性變形來補償滑動表面初始配合不良的性能。 微觀組織178。 與潤滑劑的親和能力 178。影響摩擦副相容性的材料因素是：178。用作軸瓦的金屬材料有鑄鐵和錫基、鉛基及鋁基軸承合金。用作滑動軸承軸瓦的材料品種繁多，有金屬材料、粉末冶金材料和非金屬材料。一般軸承安裝后會使游隙值縮小； （2）軸承在機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中，由于軸與外殼的散熱條件的不同，使內(nèi)圈和外圈之間產(chǎn)生溫度差，從而會導致游隙值的縮??； （3）由于軸與外殼材料因膨脹系數(shù)不同，會導致游隙值的縮小或增大。因此，根據(jù)軸承使用條件，選擇最合適的游隙值，具有十分重要的意義。如對向心軸承游隙的選擇過小時，則會使承受負荷的滾動體個數(shù)增多，接觸應力減小，運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，但是，摩擦阻力會增大，溫升也會提高。 取決精度等級H. 外型尺寸滾動軸承的徑向游隙系指一個套圈固定不動，而另一個套圈在垂直于軸承軸線方向，由一個極端位置移動到另一個極端位置的移動量。 軸承座非剖分；或在長大軸上，采用1:12的圓錐孔內(nèi)圈軸承G. 經(jīng)濟性要求 采取冷卻措施E. 調(diào)心性能要求 它受溫升限制 高速時，采用向心推力軸承 低速重載，宜選重、特重系列 直徑系列：宜選超輕、特輕、輕系列 強烈徑向沖擊載荷，選螺旋滾子軸承D. 根據(jù)軸的轉(zhuǎn)速 軸向載荷很大時，選組合軸承C. 根據(jù)載荷性質(zhì) 3）同時承受徑向和軸向載荷，選角接觸球軸承，以徑向主時，選用圓錐滾于軸承，且一般成對使用。 2）純徑向載荷，較大載荷時選向心滾子軸承 1）純軸向載荷，較小載荷時，選推力球軸承 A. 根據(jù)載荷的大小選擇軸承1）載荷沖擊大的選用滾子軸承運算所需時間不超過2ms。可以看出,在所采用的硬件條件下,軌跡控制的數(shù)學模型非常簡潔。若△S 0 ,則電機反轉(zhuǎn)。再現(xiàn)這一小段空間軌跡,意味著要求電機在△t 時間里走過△S 步,也就是在此時間內(nèi)要發(fā)給步進電機的指令脈沖頻率為:fm =Δs/Δt=fc/ki或ki =(fc/Δs)軌跡再現(xiàn)的數(shù)學模型及控制原理如圖6 所示,其中S 以脈沖數(shù)計。 軌跡再現(xiàn)控制對于連續(xù)軌跡示教機器人,執(zhí)行機構(gòu)的軌跡再現(xiàn)控制是關(guān)鍵技術(shù)之一。電機經(jīng)過加速、勻速,走完S2步時由步計數(shù)器通知CPU 開始減速。所以帶加/ 減速的位置控制,首先要算出加/ 減速階段電機將走過的步數(shù)Sa 。3) 給定的電機步數(shù)S ∑ 2Sa : 則不等到電機加速完畢即轉(zhuǎn)入減速?？赡艹霈F(xiàn)三種情況:1) 給定的電機步數(shù)S ∑ 2Sa :這就是圖6 的情況,電機將出現(xiàn)勻速階段。若加速度和減速度相等,則加速段和減速段走的步數(shù)相等,并記作Sa 。圖6示出了帶加減速控制的速度曲線,此曲線跟t軸間包含的面積正比于電機走過的步數(shù)S ∑。將發(fā)給電機的脈沖,用一個計數(shù)通道計數(shù),到數(shù)后通知CPU 停發(fā)脈沖就是了。例如,機器人再現(xiàn)工作時收到起動信號后,要走到示教時給出的初始作業(yè)位置,就要用到位置控制。步進電機的位置控制是指要求電機從當前位置轉(zhuǎn)過一個給定的步數(shù)。因為軟件計數(shù)單元為一個字節(jié),最大值= 256 ,故要求4a ≤256 即a ≤64 ,且a ≠0。加速控制時軟件計數(shù)單元的實際初值為4a ,T0 每次中斷使軟件計數(shù)器減1 ,減到0 時使電機頻率加一個△f ,并恢復初值。加速定時初始周期△t0 為:△t0 = 150X4X12/ f SYS = 600X12/ 7372. 8KHz= 1/ 1. 024(ms)其中f SYS = 7372. 8KHz ,是PT601 關(guān)節(jié)控制器的時鐘。在HJ 中,加減速定時周期是由8031 的T0 計數(shù)器和T0 中斷來實現(xiàn)的。設定速度變化的臺階數(shù)n ,加速定時周期△t ,每一個定時周期就使電機速度有一個恒定的增量△f :f = (f2 f1) / n (3)其中n = 加速過程臺階數(shù)。線性加/ 減速的控制曲線如圖3 所示,設定初速為f1(為敘述方便,在本章中將頻率稱為速度,實際上二者差一比例系數(shù)即步距角。但從電機要克服的慣性力來看,線性加速方案好些,調(diào)試也較為方便。后者則要求每一加速周期電機走過相同的步數(shù)。 加速度太小, 則完成指定的運動會耗費太多時間加速策略有二種:線性加/ 減速控制和等步距加/ 減速控制。電機由靜止到達設定的最大速度所需的時間或者說加速度,是由調(diào)試確定的。 加減速控制流程 加/ 減速控制速度控制中加/ 減速控制是最基本的控制。起動電機前,寫入要走的步數(shù),則等電機走完規(guī)定步數(shù), 公式Fm= Fc/ Ki (1 )ΔT= Fc/ Kt (2 )該通道輸出端電平由低跳高,用此信號通知CPU 停機,這就實現(xiàn)了位置控制。將此輸出頻率經(jīng)光隔、驅(qū)動送至電機驅(qū)動器,則電機速度將由寫入的ki 決定,這就實現(xiàn)了速度控制。HJ就利用8253 的011 模式把其中一個通道作為D/ F (數(shù)值/ 頻率) 變換器用。010 模式與011 模式相仿,只是輸出不是方波,而是負脈沖,脈寬為輸入信號的周期。其中011 模式是將輸入端脈沖分頻后輸出方波,分頻系數(shù)是可寫入的。每個通道結(jié)構(gòu)相同,都有一個輸CLK,一個輸出端OU T 和一個門控端GATE。8031 可直接跟Intel 8253 可編程定時/ 計數(shù)器芯片接口。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。當脫機信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。