【正文】 一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，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)在人的智能和適應(yīng)性。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工 操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞 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。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。商名為 Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng) )。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在 5 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。據(jù)報(bào)道， 1979 年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50 多個(gè)。 1979 年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺(tái)。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比 1978 年增長(zhǎng) 50%。預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬(wàn)機(jī)器人在工作。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。它與電子計(jì)算機(jī) 和 電視 設(shè)備 保 持聯(lián) 系 。 隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等 等，應(yīng)用非常廣泛。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作 有： 6 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。 7 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手基本形式的選擇 常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4種 : (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手 。 ( 3)球坐標(biāo) (極坐標(biāo) )型機(jī)械手 。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo) 型 。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將 左工位上的工件搬運(yùn)到右工位上去。 本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由 3個(gè)大部件和 3個(gè)液壓缸組成：（ 1）手部，采用一個(gè)直線液壓缸，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張緊。（ 3）機(jī)身，采用一個(gè)直線缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 8 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。它的作用是 支撐 手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。 （ 3）機(jī)身 主要起支撐整個(gè)機(jī)械手的作用，并帶動(dòng)手臂實(shí)現(xiàn)其升降運(yùn)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。 控制系統(tǒng) 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。本文采用可編程控制器控制 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的自動(dòng)和手動(dòng)控制。 100179。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。 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，所以我們必須根據(jù)自己設(shè)計(jì)需要，考慮如何選擇。日本三菱電機(jī)公司研發(fā)的。在 FX 系列 PLC 中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)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。 FX 系列 PLC 在特殊控制方面不但具備模擬量輸入輸出控制，而且具有定位控制幾PID 系統(tǒng)控制。 確定型號(hào) FX1N－ 60MR 綜上，對(duì)于被控對(duì)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(duì)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）。還要考慮大家對(duì)產(chǎn)品的熟悉程度，F(xiàn)X2N PLC 圖 PLC 三菱 FX 系列 圖 PLC 三菱 FX1N 11 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 以及編程指令的易懂性。 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年來(lái)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、 F F2系列 PLC 產(chǎn)品。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)，如圖 所示 FX1N 所具有優(yōu)越性能 ⑴ 基本性能 CPU 處理速度達(dá)到了 。大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量。 ⑵ 集成業(yè)界領(lǐng)先的功能 晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了 3 軸獨(dú)立 最高 100kHz 的定位功能，并且增加了新的定位指令：帶 DOG 搜索的原點(diǎn)回歸（ DSZR），中斷單速定位（ DVIT）和表格設(shè)定定位（ TBL），從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便。 ⑶ 強(qiáng)大的擴(kuò)展性 增強(qiáng)了通信的功能，其內(nèi)置的編程口可以達(dá)到 的高速通信，而且最多可以同時(shí)使用 3 個(gè)通信口（包括編程口在內(nèi)）。硬件構(gòu)成有微處理 器、存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口。 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。 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 下 圖 所示， 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)。 12 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） PLC 的組成框圖 外部開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)以及各種傳感器檢測(cè)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(duì)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(duì)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)。 PLC 內(nèi)部功能 ⑴ 中央處理器 CPU CPU 的主要作用是解釋并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序，通過(guò)運(yùn)行用戶及系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其它功能，控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致工作。 ⑵ 存儲(chǔ)器模塊 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 用于存儲(chǔ) PLC 內(nèi)部的輸入、輸出信息，并存儲(chǔ)內(nèi)部繼電器（軟繼電器）、移位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及累加器等的工作狀態(tài)，還可以存儲(chǔ)用戶正在調(diào)試和修改的程序以及各種暫存的數(shù)據(jù)、中間變量等。可紫外線擦除電編程 的只讀存儲(chǔ) EPROM，它主要用來(lái)存放 PLC 的操作系統(tǒng)和監(jiān)控程序，如果用戶程序已完全調(diào)試好，也可將程序固化在 EPROM 中。 ⑶ 輸入輸出模塊 N 可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，與DCS 相似，它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系也是通過(guò)輸入輸出接口模塊（ I/O）實(shí)現(xiàn)的。 ⑷ 編程器 13 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 編程器是 PLC 必不可少的重要外部設(shè)備。 編程器不僅能對(duì)程序進(jìn)行寫入、讀出、修改，還能對(duì) PLC 的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也是用戶與 PLC 之間進(jìn)行 人機(jī)對(duì)話的界面。 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 機(jī)械手系統(tǒng)的主電路是圍繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路，通過(guò)帶動(dòng)手臂來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)工件的。 伺服電機(jī)是通過(guò)控制脈沖時(shí)間的長(zhǎng)短控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度的。 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合，伺服電機(jī)兩 端接高電平，就開(kāi)始工作。 伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源電壓大小有關(guān)。 其電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由電機(jī)電源方向?qū)崿F(xiàn)，更換電源的正負(fù)級(jí)，就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 電角度的繞組，即勵(lì)磁繞組和控制繞組。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式籠型轉(zhuǎn)子和空心杯型轉(zhuǎn)子兩種。其目的是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)輸入信號(hào)的快速反應(yīng)和克服自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。外定子的結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子相同，鐵心槽內(nèi)放有兩相繞組。杯子底部固定于轉(zhuǎn)軸上，杯臂薄而 輕，厚度一般在 — ，因而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作快且靈敏。 電角度。 ，而兩相繞組的磁動(dòng)勢(shì)幅值又相等，這種狀態(tài)稱為對(duì)稱狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)切割，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果改變加在控制繞組上