三自由度機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文

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1、 三自由度機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了機(jī)械手的概念，機(jī)械手的組成和分類，國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展前景。 本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及理論確定了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程，坐標(biāo)型式和自由度數(shù)，并列出了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。 設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案、控制方案，在進(jìn)行控制方案的選取時(shí)進(jìn)行了不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，最后確定了具體的控制方案。在進(jìn)行機(jī)械手控制器件的選取時(shí)，對(duì)控制器件選擇進(jìn)行了詳細(xì)的分析，如對(duì)步進(jìn)電機(jī)參數(shù)的具體選取。最后介紹了利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，同時(shí)敘述了可編程序控制器選取原則及工作過(guò)程，并繪制出了可編程序控制器外部接線圖。在用可編程序

2、控制器控制時(shí)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，并繪制了自動(dòng)工作方式的順序功能圖。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手的概念，機(jī)械手控制器件，可編程序控制器（PLC） ThREE DEGREES OF FREEDOM MANIPULATOR DESIGN ABSTRACT 目 錄 中文摘要................................................1 英文摘要................................................2 一、引言 1.1簡(jiǎn)要介紹機(jī)械手的概念.....

3、......................4 1.2機(jī)械手的組成和分類.............................5 1.2.1機(jī)械手的組成...............................5 1.2.2機(jī)械手的分類...............................5 1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.................................6 二、三軸自由度機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程....................7 2.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)................

4、....................7 2.2機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程.............................. 8 2.3機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì).......................... 9 2.4機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì).......................... 9 2.5機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度...................... 10 2.6機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表.......................... 11 三、控制器件選型...........................

5、............ 11 3.1步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器選擇............................ 11 3.2直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器選擇........................ 12 3.3旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇.............................. 14 四、機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)...............................15 5.1可編程序控制器的選擇.......................... 15 5.2可編程序控制器的工作過(guò)程...................... 16 總結(jié)

6、.................................................. 19 致謝.................................................. 20 參考文獻(xiàn)...............................................20 附錄..................................................21 一、 引言 隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和

7、現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展，其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來(lái)源簡(jiǎn)便以及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn)，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動(dòng)機(jī)械手有氣控機(jī)械手、XY軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷、便利。 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。機(jī)械手能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具。機(jī)械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動(dòng)，從而減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)

8、效率。 1.1機(jī)械手概述 機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及氣動(dòng)技術(shù)自身的一些優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。 機(jī)械手實(shí)例 1.2機(jī)械手的組成和分類 1.2.1機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)

9、構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 1.2.2機(jī)械手的分類 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手一般分為三類：第一類是不

10、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。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國(guó)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)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國(guó)外，目前主要是搞第一

11、類通用機(jī)械手，國(guó)外稱為機(jī)器人 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsat

12、ran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(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)。 聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。前蘇聯(lián)自六十

13、年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國(guó)產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 一般概況國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手絕大部分為專用機(jī)械手,附屬于某一設(shè)備,其工作程序是固定的。通用機(jī)械手也有發(fā)展,目前應(yīng)用的都是開關(guān)式點(diǎn)

14、位控制型,伺服型已試制出數(shù)臺(tái)在調(diào)試中,連續(xù)軌跡控制型還沒(méi)有。 控制方式—有觸點(diǎn)固定程序控制占絕大多數(shù),專用機(jī)械手多采用這種控制 二、三軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程 2.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖1所示，有氣控機(jī)械手(1)、XY軸絲杠組(2)、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)(3)、旋轉(zhuǎn)基座(4)等組成。 其運(yùn)動(dòng)控制方式為：三自由度機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型。圖1為機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖，(1)氣控機(jī)械手(有光電傳感器確定起始0點(diǎn))；(2) 機(jī)械手手臂的左右運(yùn)動(dòng)（左右方向）由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件完成，上下運(yùn)動(dòng)(垂直方向)由升降步進(jìn)電機(jī)控制；(3) 逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可由回旋360的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)能帶動(dòng)機(jī)械手及

15、絲杠組自由旋轉(zhuǎn)(其電氣拖動(dòng)部分由直流電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、接近開關(guān)等組成)；(4)旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上3部分；(5) 機(jī)械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，氣控機(jī)械手的張合由氣壓控制壓驅(qū)動(dòng)，并由電磁閥控制(充氣時(shí)機(jī)械手抓緊，放氣時(shí)機(jī)械手松開)。 機(jī)械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動(dòng)作將工件從A處搬運(yùn)到B處。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6為水平和垂直方向上的限位開關(guān)，SQ3，SQ4為原點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置的光接近開關(guān)。如圖2.1所示。 2.2機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程 其工作過(guò)程為：當(dāng)貨物到達(dá)時(shí)，機(jī)械手系統(tǒng)開始動(dòng)作步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱軸上升，另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫軸開始向前走；轉(zhuǎn)盤直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到貨物接收處；步進(jìn)

16、電機(jī)再次驅(qū)動(dòng)縱軸下降，到達(dá)指定位置后氣 閥放氣，機(jī)械手松開貨物；系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動(dòng)作。 圖2.1 2.3機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。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。本文設(shè)計(jì)的三自由度機(jī)械手屬于混合式機(jī)械手，它綜合了電動(dòng)式和氣動(dòng)式機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)，既節(jié)省了行程開關(guān)和PLC的I／O端口，又達(dá)到了簡(jiǎn)便操作和精確定位的目的。 2.4機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 目前，對(duì)機(jī)械手的控制

17、可采用以下幾種方式[1]： 1）用繼電器控制，這種控制系統(tǒng)故障率高、控制方式不靈活且功率消耗大，已逐漸被人們所淘汰； 2）用微機(jī)控制，雖然它在智能控制方面有較強(qiáng)大的功能，但它的抗干擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)，廣泛應(yīng)用也不太容易； 3）ＰＬＣ控制，此控制系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、使用維修方便、抗干擾性強(qiáng)、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)等優(yōu)越性，已經(jīng)成為在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。 三自由度機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。自動(dòng)方式又分為自動(dòng)回原點(diǎn)、單步、單周期、連續(xù)四種工作方式。 2.5機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),

18、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;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手; ( 3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手; (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)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。下圖是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶A上的物品搬運(yùn)到傳送帶B。 在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有3個(gè)自由度既：手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降3個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械手工作示意圖 2.6機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途：搬運(yùn):用于車間搬運(yùn) 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): 1、抓重:60Kg

19、(夾持式手部) 2、自由度數(shù):3個(gè)自由度 3、座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo) 4、最大工作半徑:1600mm 5、手臂最大中心高:1248mm 6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程：1200mm 伸縮速度：83mm/s 升降行程：300mm 升降速度：67mm/s 回轉(zhuǎn)范圍: 0~360 三、控制器件選型 3.1步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的選擇 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)執(zhí)行元件。在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)目。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無(wú)累計(jì)誤差的特點(diǎn)，使其在速度、定位等控制領(lǐng)域應(yīng)用得非

20、常廣泛。 機(jī)械手縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為0.9/1.8，電流1.5A。M1是橫軸電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮；M2是縱軸電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是SH-20403型，該驅(qū)動(dòng)器采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅(qū)動(dòng)，最大3A的8種輸出電流可選，最大64細(xì)分的7種細(xì)分模式可選，輸入信號(hào)光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機(jī)保持功能，半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計(jì)，保證了驅(qū)動(dòng)器可適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自情況在10～40V

21、DC之間選擇。一般來(lái)說(shuō)較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩，但卻會(huì)加大驅(qū)動(dòng)器的損耗和溫升。本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為3A/相(峰值)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)8種輸出電流，從0.9A到3A以配合不同的電機(jī)使用。本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分7種運(yùn)行模式，利用驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。 步進(jìn)電機(jī) 3.2 直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的選擇 定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)

22、換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 由直流電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)工作原理示意圖可以看到，直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。 直流無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 按類型主要分為直流有刷電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)。 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁

23、通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 1． 他勵(lì)直流電機(jī) 2． 并勵(lì)直流電機(jī) 3． 復(fù)勵(lì)直流電機(jī) 4． 串勵(lì)直流電機(jī) 可回旋360串勵(lì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)有直流無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)，系統(tǒng)選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無(wú)刷直流電機(jī)，其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的BL-0408驅(qū)動(dòng)器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉(zhuǎn)向控制、過(guò)流、過(guò)壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù)，且有故障報(bào)警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動(dòng)快速停機(jī)等特點(diǎn)。 3.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速

24、的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有）和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過(guò)這兩組脈沖不僅可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。 編碼器如以信號(hào)原理來(lái)分可分為增量脈沖編碼器(SPC)和絕對(duì)脈沖編碼器（AP）。兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測(cè)元件。 按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是

25、“１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。在可回旋360的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)上，可安裝OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉(zhuǎn)編碼器。 歐姆龍omron增量型旋轉(zhuǎn)式編碼器 三、機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì) 5.1可編程序控制器的選擇 隨著PLC在工業(yè)控制中的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類越來(lái)越多，其結(jié)構(gòu)型號(hào)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC，對(duì)于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有著重要作用。 PLC機(jī)型選擇

26、的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是，在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好的場(chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC；對(duì)于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶 A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求；而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來(lái)選用中檔或高檔機(jī)（其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等）

27、。 應(yīng)該注意的是，同一企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理；同時(shí)，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計(jì)算機(jī)后即可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)DCS系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。 　　主控制系統(tǒng)可選用三菱FX2N系列晶體管輸出型PLC，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用SH-20403型模塊。機(jī)械手的外部接線圖如圖2所示。 5.1可編程序控制器的工作過(guò)程 　　機(jī)械手在最上面、最右邊，底盤轉(zhuǎn)至光接近開關(guān)

28、X3處且夾緊裝置松開時(shí)稱系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。X10為手動(dòng)控制按鈕，按下該按鈕后，可以進(jìn)行按鍵開關(guān)X20～X27對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作。X11～X15分別為自動(dòng)方式中的回原點(diǎn)、單步、單周期和連續(xù)工作方式按鈕，按下其中的某一個(gè)按鈕，再按起動(dòng)按鈕X0，該工作方式的動(dòng)作就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行。步進(jìn)電機(jī)只有在有脈沖信號(hào)(Y0)和方向信號(hào)(Y2或Y3)輸入時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，Y6，Y7選擇將脈沖信號(hào)Y0送至哪個(gè)步進(jìn)電機(jī)。Y5控制送氣電磁閥，實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的夾緊與松開。Y10，Y11控制底盤直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 　　在選擇單步、單周期和連續(xù)工作方式前，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點(diǎn)工作方式，該工作方式依次執(zhí)行以下操作：向上運(yùn)動(dòng)至上限位x1→向右運(yùn)動(dòng)至右限位X2→順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至光接近開關(guān)X3→夾緊裝置松開。 機(jī)械手自動(dòng)工作方式的順序功能圖如圖3所示。機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)速度由輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率控制，機(jī)械手下降及左行的距離由脈沖數(shù)控制，脈沖頻率和脈沖數(shù)可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況在程序中設(shè)定，具有可重復(fù)操作性。 本系統(tǒng)采用的是PLC梯形圖順序編程的方法。其中以PLSY脈沖輸出指令輸出 17