基于plc机械手控制系统设计样本.doc

吉林电子信息职业技术学院
电气工程系毕业论文

基于PLC气动机械手设计

毕 业 生 姓 名：
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专 业 名 称：

摘 要
随着着机电一体化在各个领域应用，机械设备自动控制成分显得越来越重要，由于工作需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素危害，增长了工人劳动强度，甚至于危机生命。因而机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中老式任务执行机构，是机器人核心部件之一。其中工业机械手是近代自动控制领域中浮现一项新技术，它发展是由于其积极作用正日益为人们所结识：它能某些地代替人工操作；能按照生产工艺规定，遵循一定程序、时间和位置来完毕工件传送和装卸；能制作必要机具进行焊接和装配从而大大改进工人劳动条件，明显地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化步伐。本设计采用三菱Q系列PLC作为控制机对工业机械手进行控制及监控。
核心词：可编程控制器PLC， 机械手，气动

Abstract

Follows the integration of machinery in each domain application，the mechanical device automatic control ingredient is appearing more and more importantly，industry manipulator is a new technology which in the modern automatic control domain appears，its development is because its positive role was knowing day by day for the people：It can the partial zones for the manual control；Can defer to the production craft the request，follows the certain procedure，the time and the position completes the work piece the transmission and loading and unloading；Can manufacture the essential machines and tools to carry on the welding and the assembly thus greatly improves worker's work condition，remarkably enhances the labor productivity，speeds up realizes the industrial production mechanization and the auto mated step. This design uses grinds the overseas Chinese laborer industry control computer to take on the position machine，Q PLC carries on the monitoring and the performance data as the lower position machine to freedom industries manipulator files away.

目 录
第一章 绪论 1
1.1 气动机械手概述 1
1.2 机械手构成和分类 1
1.2.1机械手构成 1
1.2.2机械手分类 3
1.3 国内外发展状况 5
1.4课题提出及重要任务 6
1.4.1课题提出 6
1.4.2课题重要任务 8
第二章 机械手设计方案 8
2.1机械手坐标型式与自由度 8
2.2 机械手手部构造方案设计 9
2.3 机械手手腕构造方案设计 10
2.4 机械手手臂构造方案设计 10
2.5 机械手驱动方案设计 10
2.6 机械手控制方案设计 10
2.7 机械手重要参数 10
2.8 机械手技术参数列表 11
2.9 前法兰式气缸简介 12
第三章 手臂伸缩、回转气缸尺寸设计与校核 12
3.1手臂伸缩气缸尺寸设计与校核 12
3.1.2 平衡装置 14
3.2手腕回转气缸尺寸设计与校核 14
3.2.1 尺寸设计 14
3.2.2 尺寸校核 15
第四章 气动系统设计 16
4．1 气压传动系统工作原理图 16
第五章 机械手PLC控制设计 17
5.1可编程序控器简介 17
5.2 PLC构造，种类和分类 18
5.3 FX2n系列三菱PLC特点 20
5.4 接近开关传感器 21
5.5 I/O接口简介 21
5.6 行程开关简介 22
5.6.1 行程开关概念 22
5.6.2 行程开关作用及原理 22
5.7电路总体设计 23
5.7.1 回路设计 23
5.7.2 系统输入/输出分布表 24
5.7．3机械手程序设计 25
5.7.4 步进电机运营控制 25
5.7.5 各模块程序设计 26
第六章 结 论 35
结束语 36
参照文献 37

第一章 绪论
1.1 气动机械手概述
气动机械手由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完毕各种作业机电一体化自动化设备。特别适合于多品种、变批量柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改进劳动条件和产品迅速更新换代起着十分重要作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛领域。机器人应用状况，是一种国家工业自动化水平重要标志。机器人并不是在简朴意义上代替人工劳动，而是综合了人特长和机器特长一种拟人电子机械装置，既有人对环境状态迅速反映和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精准度高、抗恶劣环境能力，从某种意义上说它也是机器进化过程产物，它是工业以及非产业界重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少自动化设备.机械手是模仿着人手某些动作，按给定程序、轨迹和规定实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。在工业生产中应用机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;特别在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中，它代替人进行正常工作，意义更为重大。因而，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热解决、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运送业等方面得到越来越广泛引用.机械手构造形式开始比较简朴，专用性较强，仅为某台机床上下料装置，是附属于该机床专用机械手。随着工业技术发展，制成了可以独立按程序控制实现重复操作，合用范畴比较广“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能不久变化工作程序，适应性较强，因此它在不断变换生产品种中小批量生产中获得广泛引用。
1.2 机械手构成和分类
1.2.1机械手构成
机械手重要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所构成。各系统互相之间关系如方框图1-1所示。

图1-1机械手构成方框图:
Pane chart of composition of manipulator
(一)执行机构
涉及手部、手腕、手臂和立柱等部件，有还增设行走机构。
1、手部
即与物件接触部件。由于与物件接触形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中咱们采用夹持式手部构造。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触构件，惯用手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指构造简朴，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其因素是构造比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心位置，因而适当夹持直径变化范畴大工件。手指构造取决于被抓取物件表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件重量及尺寸。惯用指形有平面、V形面和曲面:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完毕夹放物件任务。传力机构型式较多时惯用有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
2、手腕
是连接手部和手臂部件，并可用来调节被抓取物件方位(即姿势)
3、手臂
手臂是支承被抓物件、手部、手腕重要部件。手臂作用是带动手指去抓取物件，并按预定规定将其搬运到指定位置.工业机械手手臂普通由驱动手臂运动部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂各种运动。
4、立柱
立柱是支承手臂部件，立柱也可以是手臂一某些，手臂回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切联系。机械手立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
5、行走机构
当工业机械手需要完毕较远距离操作，或扩大使用范畴时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手整机运动。滚轮式布为有轨和无轨两种。驱动滚轮运动则应此外增设机械传动装置。
6、机座
机座是机械手基本某些，机械手执行机构各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接作用。
(二)驱动系统
驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动动力装置调节装置和辅助装置构成。惯用驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定规定运动系统。当前工业机械手控制系统普通由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统构成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定程序运动，
并记忆人们予以机械手指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同步按其控制系统信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
(三)控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定规定运动系统。当前工业机械手控制系统普通由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统构成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定程序运动，并记忆人们予以机械手指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同步按其控制系统信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
(四)位置检测装置
控制机械手执行机构运动位置，并随时将执行机构实际位置反馈给控制系统，并与设定位置进行比较，然后通过控制系统进行调节，从而使执行机构以一定精度达到设定位置.
1.2.2机械手分类
工业机械手种类诸多，关于分类问题，当前在国内尚无统一分类原则，在此暂按使用范畴、驱动方式和控制系统等进行分类。
(一)按用途分
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:
1、专用机械手它是附属于主机、具备固定程序而无独立控制系统机械装置。专用机械手具备动作少、工作对象单一、构造简朴、使用可靠和造价低等特点，合用于大批量自动化生产自动换刀机械手，如自动机床、自动线上、下料机械手。
2、通用机械手它是一种具备独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。格性能范畴内，其动作程序是可变，通过调节可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立。通用机械手工作范畴大、定位精度高、通用性强，合用于不断变换生产品种中小批量自动化生产。通用机械手按其控制定位方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:可以是点位，也可以实现持续轨控制；同步还可分为伺服型和普通型机械手，伺服型具备伺服系统定位控制系统，普通伺服型通用机械手属于数控类型。
(二)按驱动方式分
1、液压传动机械手是以液压压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、构造紧凑、动作敏捷。但对密封装置规定严格，否则油泄漏对机械手工作性能有很大影响，且不适当在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现持续轨迹控制，使机械手通用性扩大，但是电液伺服阀制造精度高，油液过滤规定严格，成本高。
2、气压传动机械手是以压缩空气压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是:介质李源极为以便，输出力小，气动动作迅速，构造简朴，成本低。但是，由于空气具备可压缩特性，工作速度稳定性较差，冲击大，并且气源压力较低，抓重普通在30公斤如下，在同样抓重条件下它比液压机械手构造大，因此合用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进行工作。
3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动机械手。它是一种附属于工作主机专用机械手，其动力是由工作机械传递。它重要特点是运动精确可靠，用于工作主机上、下料。动作频率大，但构造较大，动作程序不可变。
4、电力传动机械手即有特殊构造感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动械手，由于不需要中间转换机构，故机械构造简朴。其中直线电机机械手运动速度快和行程长，维护和使用以便。此类机械手当前还不多，但有发展前程。
(三)按控制方式分
1、点位控制它运动为空间点到点之间移动，只能控制运动过程中几种点位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制点数多，则必然增长电气控制系统复杂性。当前使用专用和通用工业机械手均属于此类。
2、持续轨迹控制它运动轨迹为空间任意持续曲线，其特点是设定点为无限，整个移动过程处在控制之下，可以实现平稳和精确运动，并且使用范畴广，但电气控制系统复杂。此类工业机械手普通采用小型计算机进行控制。
1.3 国内外发展状况
国外机器人领域发展近几年有如下几种趋势:
(1) 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年10.3万美元降至97年65万美元。
(2) 机械构造向模块化、可重构化发展。例如关节模块中伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3) 工业机器人控制系统向基于PC机开放型控制器方向发展，便于原则化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化构造:大大提高了系统可靠性、易操作性和可维修性。
(4) 机器人中传感器作用日益重要，除采用老式位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合 配备技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5) 虚拟现实技术在机器人中作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中感觉来操纵机器人。
(6) 当代遥控机器人系统发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用最知名实例。
(7) 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究热点之一，纷纷摸索开拓其实际应用领域。国内工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，当前己基本掌握了机器人操作机设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了某些机器人核心元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家公司近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂焊装线上。但总来看，国内工业机器人技术及其工程应用水平和国外比尚有一定距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，国内己安装国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数万分之四。以上因素重要是没有形成机器人产业，当前国内机器人生产都是应顾客规定，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化限度低、供货周期长、成本也不低，并且质量、可靠性不稳定。因而迫切需要解决产业化前期核心技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推动产业化进程.国内智能机器人和特种机器人在“863”筹划支持下，也获得了不少成果。其中最为突出是水下机器人，6000m水下无缆机器人成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基本技术开发应用上开展了不少工作，有了一定发展基本。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩基本上，有重点地系统攻关，才干形成系统配套可供实用技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
1.4课题提出及重要任务
1.4.1课题提出
进入21世纪，随着国内人口老龄化提前到来，近来在东南沿海还出当前大量缺工现象，迫切规定咱们提高劳动生产率，减少工人劳动强度，提高国内工业自动化水平势在必行，将机械手，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到此外一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量重复性劳动，同步又可以提高劳动生产率。。
当前机械手大多采用液压传动，液压传动存在如下几种缺陷:
(1)液压传动在工作过程中常有较多能量损失(摩擦损失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不但污染工作场地，限制其应用范畴，也许引起失火事故，并且影响执行某些运动平稳性及对的性。
(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。
(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。
(4)为了减少泄漏，液压元件制造工艺水平规定较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。
鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，
气动技术有如下长处:
(1)介质提取和解决以便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，解决以便，普通不需设立回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充问题.
（2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气输送过程中，阻力损失较小(普通不卜浇塞仅为油路千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，导致压力明显减少和严重污染。
(3)动作迅速，反映敏捷。气动系统普通只需要0.02s-0.3s即可建立起所需压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。
(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因而，发生突然断电等状况时，机器及其工艺流程不致突然中断。
(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，并且不会因温度变化影响传动及控制性能。
(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因而减少了气动元、辅件材质和加工精度规定，制造容易，成本较低。老式观点以为:由于气体具备可压缩性，因而，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(特别在高速状况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中驱动功能已有某些被工业界所接受，并且对于不太复杂机械手，用气动元件构成控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经获得一系列重要进展过去简介得不够，因而在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人实用性和前景存在不少疑虑。
1.4.2课题重要任务
本课题将要完毕重要任务如下:
(1) 进行气动机械手总体研究，并进行整体运动方式设计；
(2) 设计气动机械手气路设计，进行核心部件设计计算；
(3) 用PLC对机械手控制总体设计；
第二章 机械手设计方案
对气动机械手基本规定是能迅速、精确地拾-放和搬运物件，这就规定它们具备高精度、迅速反映、一定承载能力、足够工作空间和灵活自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手原则是:充分分析作业对象(工件)作业技术规定，拟定最合理作业工序和工艺，并满足系统功能规定和环境条件;明确工件构造形状和材料特性，定位精度规定，抓取、搬运时受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步拟定对机械手构造及运营控制规定;尽量选用定型原则组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.
2.1机械手坐标型式与自由度
按机械手手臂不同运动形式及其组合状况，其坐标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具备升降、收缩及回转运动，因而，采用圆柱坐标型式。相应机械手具备四个自由度，为了弥补升降运动行程较小缺陷，增长手臂摆动机构，从而增长一种手臂上下摆动自由度

图2-1 机械手运动示意图
2.2 机械手手部构造方案设计
为了使机械手通用性更强，把机械手手部构造设计成可更换构造，当工件是棒料时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。
2.3 机械手手腕构造方案设计
考虑到机械手通用性，同步由于被抓取工件是水平放置，因而手腕必要设有回转运动才可满足工作规定。因而，手腕设计成回转构造，实现手腕回转运动机构为回转气缸。
2.4 机械手手臂构造方案设计
按照抓取工件规定，本机械手手臂有四个自由度，即手臂伸缩、左右回转和升降运动。手臂回转和升降运动是通过立柱来实现，立柱横向移动即为手臂横移。手臂各种运动由气缸来实现。
2.5 机械手驱动方案设计
由于气压传动系统动作迅速，反映敏捷，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因而本机械手采用气压传动方式。

2.6 机械手控制方案设计
考虑到机械手通用性，同步使用点位控制，因而咱们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。当机械手动作流程变化时，只需变化PLC程序即可实现，非常以便快捷。
2.7 机械手重要参数
1.机械手最大抓重是其规格主参数，由于是采用气动方式驱动，因而考虑抓取物体不应当太重，查阅有关机械手设计参数，结合工业生产实际状况，本设计设计抓取工件质量为1公斤。
2.基本参数运动速度是机械手重要基本参数。操作节拍对机械手速度提出了规定，设计速度过低限制了它使用范畴。而影响机械手动作快慢重要因素是手臂伸缩及回转速度。该机械手最大移动速度设计为0.1m/s。最大回转速度设计为。平均移动速度为0.08m/s。平均回转速度为。
2.8 机械手技术参数列表
一、用途:
用于自动输送线上下料。
二、设计技术参数:
1、抓重
1公斤
2、自由度数
4个自由度
3、坐标型式
圆柱坐标
4、手臂运动参数
伸缩行程100mm
伸缩速度40mm/s
升降行程150mm
升降速度100mm/s
回转范畴
回转速度
5、手腕运动参数
回转范畴
回转速度
6、手指夹持范畴
棒料：ø10-ø40
9、定位方式
行程开关
10、定位精度

11、驱动方式
气压传动
12、控制方式
点位程序控制(采用PLC)
2.9 前法兰式气缸简介

气缸是使机械装置进行直线往复运动气动执行元件。气缸类型有诸各种，依照使用需要进行选取。前法兰式气缸特点：它是用螺钉紧固，易于安装，它缺陷是螺钉所承受轴向力较大！

第三章 手臂伸缩、回转气缸尺寸设计与校核
3.1手臂伸缩气缸尺寸设计与校核
依照实验设计规定，手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产原则气缸，参看此公司生产各种型号构造特点，尺寸参数，结合本设计实际规定，气缸用CTA型气缸，尺寸系列初选内径为63/63.
(1).在校核尺寸时，只需校核气缸内径=63mm,半径R=31.5mm气缸尺寸满足使用规定即可,设计使用压强,
则驱动力：

（2）. 测定手腕质量和重物质量之和为7kg,设计加速度，则惯性力

=10×7=70
（3）.考虑活塞等摩擦力，设定摩擦系数,

=70×0.2
=14
总受力
=70+14=84

因此原则CTA气缸尺寸符合实际使用驱动力规定
（2）活塞杆计算
1）按强度条件计算 当活塞杆长度L较小时（L≤10d），可以只按强度条件计算活塞杆直径d

式中 气缸推力（N）；
活塞杆材料许用应力(Pa),
材料抗拉强度（Pa）；
安全系数，S≥1.4。
按纵向弯曲极限力计算 气缸承受轴向压力后来，会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力后来，活塞杆会产生永久性弯曲变形，浮现不稳定现象。该极限力与缸安装方式、活塞杆直径及行程关于。
当长细比 时

当长细比 时

式中 活塞杆计算长度（m）
活塞杆横截面回转半径，
实心杆
空心杆
活塞杆横截面惯性矩，
实心杆
空心杆
空心活塞杆内径直径（m）；
活塞杆截面积
实心杆
空心杆
系数，
材料弹性模量，对钢取
材料强度实验值，对钢取
系数，对钢取a=1/5000

3.1.2 平衡装置
在本设计中，为了使手臂两端可以尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块质量依照抓取物体重量和气缸运营参数视详细状况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。
3.2手腕回转气缸尺寸设计与校核
3.2.1 尺寸设计
此某些选用单片叶片式摆动气马达需设计其叶片内直径与叶片轴直径计算公式如下：
T=（R²-r²）bpn/8
叶片宽度设计为b=9mm,气缸内径为D1=53mm，轴径D2=13mm，,叶片数n=1,,
则理论驱动力矩 ：T=（D1²-D2²）bpn/8
=12.276N.M
3.2.2 尺寸校核
1．测定参加手臂转动部件质量m1=2kg,分析部件质量分布状况，
质量密度等效分布在一种半径r=53mm圆盘上，那么转动惯量：

=2×0.053×0.053/2
=0.03（）

=0.03×(180/1)=5.4 N.M

考虑轴承，油封之间摩擦力，设定摩擦系数,

=0.2×5.4=1.08 N.M

总驱动力矩

=5.4+1.08=6.48 N.M
T>M
设计尺寸满足使用规定。

第四章 气动系统设计
4．1 气压传动系统工作原理图
图4-1为该机械手气压传动系统工作原理图。它气源是由空气压缩机（排气压力不不大于0.4-0.6MPa）通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上电磁阀，以控制气缸和手部动作。

图4-1 机械手气压传动原理图

各执行机构调速。凡是能采用排气口节流方式，都在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种办法特点是构造简朴，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个迅速排气阀，可以加快启动速度，也可调节全程上速度。升降气缸采用进气节流单向节流阀以调节手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完毕。气液传送器气缸侧排气节流，可用来调节回转液压缓冲器背压大小。
为简化气路，减少电磁阀数量，各工作气缸缓冲均采用液压缓冲器。这样可以省去电磁阀和切换调节阀或行程节流阀气路阻尼元件。
电磁阀通径，是依照各工作气缸尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下公称使用流量相适应来拟定。

第五章 机械手PLC控制设计
考虑到机械手通用性，同步使用点位控制，因而咱们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.当机械手动作流程变化时，只需变化PLC程序即可实现，非常以便快捷。
5.1可编程序控器简介
在60年代，汽车生产流水线自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成。当时汽车每一次改型都直接导致继电器控制装置重新设计和安装。随着生产发展，汽车型号更新周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期缩短。为了变化这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，规定用新控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即
1. 编程以便，现场可修改程序；2. 维修以便，采用模块化构造；
3. 可靠性高于继电器控制装置；4. 体积不大于继电器控制装置；
5. 数据可直接送入管理计算机；6. 成本可与继电器控制装置竞争；
7. 输入可以是交流115V；
8. 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；
9. 在扩展时，原系统只要很小变更；
10. 顾客程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年，美国数字设备公司(DEC) 研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型工业控制装置以其简朴易懂，操作以便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列长处，不久地在美国其她工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置浮现，也受到了世界其她国家高度注重。1971年，日本从美国引进了这项新技术，不久研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们第一台PLC。国内从1974年开始研制,于1977年开始工业应用。
5.2 PLC构造，种类和分类
PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件构造基本上与微型计算机相似，如图所示：

图5-1
（一）中央解决单元(CPU)
中央解决单元(CPU)是PLC控制中枢。它按照PLC系统程序赋予功能接受并存储从编程器键入顾客程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定期器状态，并能诊断顾客程序中语法错误。
（二） 存储器
存储系统软件存储器称为系统程序存储器。
存储应用软件存储器称为顾客程序存储器。
PLC惯用存储器类型：
(1) RAM (Random Assess Memory)
这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。
(2) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
这是一种可擦除只读存储器。在断电状况下，存储器内所有内容保持不变。(在紫外线持续照射下可擦除存储器内容)。
(3) EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)
这是一种电可擦除只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储内容进行修改。
（三） 电源
PLC电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一种良好、可靠得电源系统是无法正常工作，因而PLC制造商对电源设计和制造也十分注重。
普通交流电压波动在+10%(+15%)范畴内，可以不采用其他办法而将PLC直接连接到交流电网上去。
常用PLC类型挺多，有三菱FX系列、西门子S7系列、台湾丰炜等等。
plc分类有：
(一) 小型PLC
小型PLCI/O点数普通在128点如下，其特点是体积小、构造紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模仿量I/O以及其她各种特殊功能模块。它能执行涉及逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据解决和传送、通讯联网以及各种应用指令。
(二) 中型PLC
中型PLC采用模块化构造，其I/O点数普通在256~1024点之间。I/O解决方式除了采用普通PLC通用扫描解决方式外，还能采用直接解决方式，即在扫描顾客程序过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，
通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。
(三) 大型PLC
普通I/O点数在1024点以上称为大型PLC。大型PLC软、硬件功能极强。具备极强自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器可靠性更高。
5.3 FX2n系列三菱PLC特点：
1、集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。
对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。
2、高速运算
基本指令：0.08μs/指令
应用指令:1.52～数100μs/指令
3、安心、宽裕存储器规格
内置8000步RAM存贮器
安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。
4、丰富软元件范畴
辅助继电器：3072点，定期器：256点，计数：235点
数据寄存器；8000点
5、除了具备输入输出16～256点普通速途，尚有模仿量控制、定位控制等特殊控制。
6、面向海外产品适合各种安全规格
为大量实际应用而开发特殊功能：
开发了各个范畴特殊功能模块以满足不同需要----模仿I/O，高速计数器。
定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。
对每一种FX2n主单元可配备总计达8个特殊功能模块。

5.4 接近开关传感器
1 接近开关传感器概念 在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力元件——位移传感器。运用位移传感器对接近物体敏感特性达到控制开关通或断目，这就是接近开关。
当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。普通把这个距离叫“检出距离”。不同接近开关检出距离也不同。
2 接近传感器选型和检测对于不同材质检测体和不同检测距离，应选用不同类型接近传感器，以使其在系统中具备高性能价格比，为此在选型中应遵循如下原则：
（1）当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近传感器，该类型接近传感器对铁镍、A3钢类检测体检测最敏捷。对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测敏捷度就低。
（2）当检测体为非金属材料时，如；木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近传感器。
（3）金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近传感器或超声波型接近传感器。
（4）对于检测体为金属时，若检测敏捷度规定不高时，可选用价格低廉磁性接近式传感器或霍尔式接近传感器。
3 接近开关传感器原理图:

5.5 I/O接口简介
（1）I/O接口概念 CPU与外部设备、存储器连接和