【正文】 3 接近開關(guān)傳感器的原理圖 : I/O 接口 簡(jiǎn)介 （ 1） I/O接口的概念 CPU與外部設(shè)備、存儲(chǔ)器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，前者被稱為 I/O接口，而后者則被稱為存儲(chǔ)器接口。 （ 3）金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測(cè)體，其 檢測(cè)靈敏度就低。不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。 當(dāng)有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時(shí)，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會(huì)動(dòng)作。 21 接近開關(guān)傳感器 1 接近開關(guān)傳感器的概念 在各類開關(guān)中，有一種對(duì)接近它物件有“感知”能力的元件 —— 位移傳感器。 定位控制達(dá)到 16軸，脈沖串輸出或?yàn)?J和 K型熱電偶或 Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。 豐富的軟元件范圍 輔助繼電器： 3072點(diǎn)，定時(shí)器： 256點(diǎn)，計(jì)數(shù)： 235點(diǎn) 數(shù)據(jù)寄存器； 8000點(diǎn) 除了具有輸入輸出 16～ 256點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。 對(duì) 6種基本單元，可以以最小 8點(diǎn)為單元連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出 256點(diǎn)。 FX2n系列三菱 PLC特點(diǎn) ： 集成型高性能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型 PLC 的軟、硬件功能極強(qiáng)。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊， 通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 (二 ) 中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256~1024 點(diǎn)之間。 plc 的分類有： (一 ) 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為 20 一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。 一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 （三） 電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。 (3) EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) 這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。 PLC常用的存儲(chǔ)器類型： (1) RAM (Random Assess Memory) 這是一種讀 /寫存儲(chǔ)器 (隨機(jī)存儲(chǔ)器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。 （二） 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 PLC 的結(jié)構(gòu)， 種類 和 分類 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示： 19 圖 51 （一）中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中 樞。 1973 年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車公司在 1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即 1. 編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序； 2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； 3. 可靠性高于繼電器控制裝置； 4. 體積小于繼電器控制裝置； 5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6. 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)； 7. 輸入可以是交流 115V； 8. 輸出為交流 115V， 2A 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器 等； 9. 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； 10. 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4K。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。 18 第五章 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，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制 .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。這樣可以省去電磁閥和切換調(diào)節(jié)閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂上升速度。凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都 在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果尚好。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)（排氣壓力大于 ）通過快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器 ，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作。） bpn/8 = 尺寸校核 1．測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 m1=2kg,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 r=53mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 221rmJ? =2 =（ ） tJM ?? ?.慣 = (180/1)= 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , 慣摩 MkM .? = = 總驅(qū)動(dòng)力矩 摩慣驅(qū) MMM ?? =+= 15 TM ? 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。） bpn/8 葉片寬度設(shè)計(jì)為 b=9mm,氣缸內(nèi)徑為 D1=53mm, 軸徑 D2=13mm, ,葉片 數(shù) n=1, MPaP ? , 則理論驅(qū)動(dòng)力矩 ： T=（ D1178。 手腕 回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 此部分選用單片葉片式擺動(dòng)氣馬達(dá)需設(shè)計(jì)其葉片內(nèi)直徑與葉片軸直徑計(jì)算公式如下： T=（ R178。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。前法蘭式氣缸的特點(diǎn)：它是用螺釘緊固，易于安裝，它的缺點(diǎn)是螺釘所承受的軸向力較大！ 12 第三 章 手臂 伸 縮、 回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸 設(shè)計(jì) 與校核 手 臂 伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求， 手臂伸縮氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用 CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為 ? 63/63. (1).在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=要求即可 ,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng) MPaP ? , 則驅(qū)動(dòng)力： 2RPF ??? )(1246 26N? ???? （ 2） . 測(cè)定手腕質(zhì)量 和重物的質(zhì)量之和 為 7kg,設(shè)計(jì)加速度 )/(10 sma? ，則慣性力 maF?1 =10 7=70 （ 3） .考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , ? =70 =14 ? 總受力 mFFF ?? 10 =70+14=84 FF?0 所以標(biāo)準(zhǔn) CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求 （ 2）活塞桿的計(jì)算 1）按強(qiáng)度條件計(jì)算 當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度 L較小時(shí)（ L≤ 10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑 d 式中 氣缸的推力（ N）； 13 活塞桿材料的許用應(yīng)力 (Pa), 材料的抗拉強(qiáng)度（ Pa）； 安全系數(shù)， S≥ 。40 定位方式 行程開關(guān) 定位精度 mm1? 1 驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng) 1控制方式 點(diǎn)位程序控制 (采用 PLC) 前法蘭式氣缸的簡(jiǎn)介 氣缸是使機(jī)械裝置進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 抓重 1千克 自由度數(shù) 4個(gè)自由度 坐標(biāo) 型式 圓柱 坐標(biāo) 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程 100mm 伸縮速度 40mm/s 升降行程 150mm 升降速度 100mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 ?? 1800 ? 11 回轉(zhuǎn)速度 s/90? 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 ?? 1800 ? 回轉(zhuǎn)速度 s/90? 手指夾持范圍 棒料 : 248。平均回轉(zhuǎn)速度為 s/60? 。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為 s/90? 。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。 數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。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。 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè) 計(jì) 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱 坐標(biāo) 型式。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求 。 課題的主要任務(wù) 本課題將要完成的主要任務(wù)如下 : (1) 進(jìn)行 氣動(dòng)機(jī)械手的總體研究，并進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)； (2) 設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手氣路設(shè)計(jì)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算； (3) 用 PLC對(duì)機(jī) 械手控制的 總體 設(shè)計(jì) ； 8 第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。氣 動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 (3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器 :介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題 . （ 2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小 (一般不卜澆塞僅為油路的千分之一 )，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。 (3)因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。 (2)工作時(shí)受溫度變化影響較大。 課題的提出及主要任務(wù) 課題的提出 進(jìn)入 21世紀(jì)，隨著我國(guó)人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平勢(shì)在必行