【正文】 永磁式步進(jìn)電機(jī)：步距角大，啟動(dòng)頻率較低，但控制功率較小，造價(jià)便宜，內(nèi)部阻尼大，不易振蕩，斷電后有定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式以及混合式等幾種[22]。步進(jìn)電機(jī)以開環(huán)方式工作，可省去伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中位置檢測與反饋部分以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換，從而簡化了系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，使控制成本大大降低。 號(hào)DS45RP775類型直流電動(dòng)機(jī)額定電壓324V外形尺寸 齒輪箱直徑45（mm）步進(jìn)電機(jī)是一種可以直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件，具有控制簡單、響應(yīng)速度快、工作可靠、無累積誤差等優(yōu)點(diǎn)。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖、位置精度較高，傳動(dòng)效率較高。手臂采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母來實(shí)現(xiàn)伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。底盤采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)三度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。 軀干軀干有底盤和手臂兩部分組成。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手爪的開閉。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式夾緊裝置。夾緊結(jié)構(gòu)形式多樣、有機(jī)械式、吸盤式和電磁式等。為防止突然斷電造成被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。則同時(shí)考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化為擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機(jī)構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手爪。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu)——機(jī)械手，首先要從機(jī)械手的坐標(biāo)形式，運(yùn)行速度和加速度的情況來考慮。 夾緊機(jī)構(gòu)機(jī)械手手爪是用來抓取工件的部件。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有自由度5個(gè)。根據(jù)資料的介紹，如果采用機(jī)械手，其機(jī)能要接近于人的上肢，則需要具有27個(gè)自由度，而每一個(gè)自由度至少要有一根“人造肌肉”來控制。 本章小結(jié) 本章主要介紹了PLC的種類、特點(diǎn)以及PLC具有的功能優(yōu)點(diǎn)，并且對本設(shè)計(jì)選擇了三菱公司的產(chǎn)品FX系列型號(hào)為FX1N－60MR的PLC，對FX1N－60MR系統(tǒng)的功能及操作進(jìn)行了說明還對其具有的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析。阻容電路中電阻可取51～120Ω，～，電容的額定電壓應(yīng)大于電源的峰值電壓。PLC輸入輸出接口的安全保護(hù)當(dāng)輸出口連接電感類設(shè)備時(shí)，為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高壓對輸入、輸出口造成破壞，應(yīng)在感性元件兩端加保護(hù)元件。圖21 PLC 的組成框圖外部開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)以及各種傳感器檢測信號(hào)作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC的輸入端子進(jìn)入PLC的輸入存儲(chǔ)器，收集和暫存被控對象實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)；經(jīng)PLC內(nèi)部運(yùn)算與處理后，按被控對象實(shí)際動(dòng)作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸出端子作為輸出變量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。FX系列PLC硬件組成與其它類型PLC基本相同，主體由三部分組成，其PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖21系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內(nèi)，也有單獨(dú)作為一個(gè)單元的，編程器一般看作PLC的外設(shè)。PLC是用微處理器實(shí)現(xiàn)繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器以及A/D、D/A模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進(jìn)行它們之間的聯(lián)系。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口。另外，還可以將該顯示模塊安裝在控制柜的面板上?？梢赃x裝高性能的顯示模塊（FX3U7DM）可以顯示用戶自定義的英文、數(shù)字和日文漢字信息，最多能夠顯示：半角16個(gè)字符(全角8個(gè)字符) 4行。新增了高速輸入輸出適配器，模擬量輸入輸出適配器和溫度輸入適配器，這些適配器不占用系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)，使用方便，在FX3U的左側(cè)最多可以連接10臺(tái)特殊適配器其中通過使用高速輸入適配器可以實(shí)現(xiàn)最多8路、最高200kHz的高速計(jì)數(shù)。內(nèi)置6點(diǎn)同時(shí)100kHz的高速計(jì)數(shù)功能，雙相計(jì)數(shù)時(shí)可以進(jìn)行4倍頻計(jì)數(shù)。強(qiáng)化了指令的功能，提供了多達(dá)209條應(yīng)用指令，包括像與三菱變頻器通訊的指令，CRC計(jì)算指令，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)指令等等。內(nèi)置了高達(dá)64K步的大容量RAM存儲(chǔ)器。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、FF2系列PLC產(chǎn)品。還要考慮大家對產(chǎn)品的熟悉程度，以及編程指令的易懂性。2. 確定型號(hào)FX1N－60MR綜上，對于被控對象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價(jià)比，使用和維修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能等必須能滿足被控對象的各種控制要求；選用的PLC主機(jī)及配置必須是功能較強(qiáng)的新一代PLC機(jī)型，一般最好不要選用舊機(jī)型（若采用三菱公司的PLC，則選FX系列，不選F1系列）。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。三菱FX系列可編程控制器是當(dāng)今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對于10點(diǎn)的機(jī)型來說)，從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。西門子S7200系列PLC 突出的特點(diǎn)：可靠性高、操作簡便；豐富的內(nèi)置集成功能；強(qiáng)勁通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊；簡單、易用的Micro/WIN編程軟件。1. 常用PLC介紹PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號(hào)的也很多，各個(gè)廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向也不同，所以本文們必須根據(jù)自己設(shè)計(jì)需要，考慮如何選擇。例如輸入、輸出的最多點(diǎn)數(shù)，掃描速度，內(nèi)存容量，指令條數(shù)，功能模塊等。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制?？傊?，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。編程簡單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。豐富的I/O接口模塊PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等。高可靠性 （1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；（2）各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms；（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 PLC的特點(diǎn)可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。 第2章 PLC的介紹與選擇 對于機(jī)械手的控制系統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等?；緝?nèi)容：1．選擇和確定總體設(shè)計(jì)方案；2．設(shè)計(jì)電氣控制原理框圖；3．進(jìn)行PLC的選型及I/O分配；4．設(shè)計(jì)PLC硬件系統(tǒng)；5．PLC控制程序的編寫及調(diào)試；擬解決的問題：1．首先必須對機(jī)械手進(jìn)行調(diào)查，搞清楚PLC機(jī)械手的工藝過程、工作特點(diǎn)、明確控制要求以及各階段的特點(diǎn)之間的工作原理；2．確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的PLC類型，并分配I/O點(diǎn)；3．機(jī)械手手爪的詳細(xì)設(shè)計(jì)；4．控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。(5)機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(3)手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(1)手臂上下直線運(yùn)動(dòng)。 總體設(shè)計(jì)要求圖11機(jī)械手示意圖手爪張開閉合 手腕旋轉(zhuǎn) 3 、水平移動(dòng) 升降 5 、立柱旋轉(zhuǎn) 手爪 7 、手腕電動(dòng)機(jī) 橫軸 豎軸 豎軸電動(dòng)機(jī) 1橫軸電動(dòng)機(jī) 1底盤 1底盤電動(dòng)機(jī)2. 機(jī)械手工作流程機(jī)械手工作流程是：開始運(yùn)行后，如果機(jī)械手不在初始位置上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)(橫軸向手抓方向移動(dòng)，豎軸向上移動(dòng))。國內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。國外方面：近幾年國外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢。目前，機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，具有編程簡單、修改容易、可靠性高等。控制系統(tǒng)可以根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制，它首先要編制程序加以儲(chǔ)存，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手工作。機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和加減速度等。本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手爪和機(jī)械手的底盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電氣驅(qū)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)可以采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母機(jī)構(gòu)。一般采用4～6個(gè)大氣壓，個(gè)別達(dá)到8～10個(gè)大氣壓。液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過液壓缸、閥、油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)?？傊瑱C(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上?？筛鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂和軀干。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，專用條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。 機(jī)械手應(yīng)用及組成結(jié)構(gòu)目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要[。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號(hào)操作機(jī)械手來進(jìn)行探測月球、火星等。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。同時(shí)，借助組態(tài)軟件的輔助作用，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。借助PLC強(qiáng)大的工業(yè)處理能力，很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡單化，對于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。國家級期刊主管單位是國家部門或直屬部門。但各單位一般根據(jù)期刊的主管單位的級別來對期刊劃為省級期刊和國家級期刊?！　??！　∫话闫胀铮ㄊ〖墶壹墸徍藭r(shí)間為一周，高質(zhì)量的雜志，審核時(shí)間為1420天。一般來說，學(xué)術(shù)論文具有論證色彩，或具有論辯色彩。梅森）因此，沒有創(chuàng)造性，學(xué)術(shù)論文就沒有科學(xué)價(jià)值。學(xué)士學(xué)位論文既如需要圖紙等資料，聯(lián)系1961660126是學(xué)位論文又是畢業(yè)論文　中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)VDC 、CB 771387號(hào)文件給學(xué)術(shù)論文的定義為：　　學(xué)術(shù)論文是某一學(xué)術(shù)課題在實(shí)驗(yàn)性、理論性或觀測性上具有新的科學(xué)研究成果或創(chuàng)新見解的知識(shí)和科現(xiàn)象、制定新理論的一種手段，舊的科學(xué)理論就必然會(huì)不斷地為新理論推翻。如果說學(xué)位申請者的課程考試通過了，但論文在答辯時(shí)被評為不合格，那么就不會(huì)授予他學(xué)位?！　?) 著錄參考文獻(xiàn)有利于節(jié)省論文篇幅?！　?) 著錄參考文獻(xiàn)能方便地把論文作者的成果與前人的成果區(qū)別開來。對已有學(xué)術(shù)成果的介紹、評論、引用和注釋，應(yīng)力求客觀、公允、準(zhǔn)確。所有引用別人的觀點(diǎn)或文字，無論曾否發(fā)表，無論是紙質(zhì)或電子版，都必須注明出處或加以注釋。氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是在控制系統(tǒng)的指令下，能將工件迅速、靈活、準(zhǔn)確、可靠地抓起并運(yùn)送到指定位置，因此本設(shè)計(jì)采用PLC可編程控制器作為工件抓取機(jī)械手的控制系統(tǒng)，首先根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作流程和輸入輸出要求選擇了PLC的型號(hào)，然后根據(jù)機(jī)械手功能和特性對各原件進(jìn)行了選型并對其進(jìn)行了計(jì)算與校和，之后對機(jī)械手手爪進(jìn)行了設(shè)計(jì)并對其進(jìn)行計(jì)算與校和，在此基礎(chǔ)上對電氣回路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后對控制系統(tǒng)硬件及編輯原件進(jìn)行了選擇，同時(shí)確定I/O接口，進(jìn)行程序的編輯與調(diào)試，從而使機(jī)械手完成最后的裝夾任務(wù)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要用于物料的運(yùn)輸。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要