喜歡這個資料需要的話就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有預(yù)覽可以查看的噢，，下載就有,,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985 可咨詢交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢交流】====================
46
直進回轉(zhuǎn)式機械手設(shè)計
摘 要
隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手在工業(yè)上的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車、電子、機械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的要求。
本直進回轉(zhuǎn)式搬運機械手的機械結(jié)構(gòu)主要包括水平移動、機身回轉(zhuǎn)運動和手臂擺動，末端執(zhí)行器為抓取物料的機械爪，完成三個自由度的動作。由一個電磁閥控制的氣壓缸，來實現(xiàn)機械手的伸縮桿移動及機械抓夾緊工件的動作，三個步進電機帶水平導(dǎo)軌移動、機身旋轉(zhuǎn)和手臂擺，從而實現(xiàn)搬運工作。其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)、接近開關(guān)(SQ1---SQ11)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制步進電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)導(dǎo)軌的水平移動、機身回轉(zhuǎn)和手臂擺動，或電磁閥產(chǎn)生不同的工作位，實現(xiàn)氣缸上下伸出、縮進，可實現(xiàn)機械手的精確定位，來滿足生產(chǎn)中的操作要求。
關(guān)鍵詞：搬運機械手，可編程控制器（PLC），氣壓，步進電機，電磁閥
ABSTRACT
With the popularization and development of industrial automation, the demand for the controller has been increasing year by year, carrying manipulator in industrial application also gradually universal, mainly in cars, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of production line or cargo handling scheduling,we can be more good to save energy and improve transport efficiency equipment or products, to reduce restrictions on the mode of transportation and inadequate to meet requirements of modern economic development.
This straight into rotary carrying manipulator mechanical structure includes the main including horizontal migration, the rotary motion and swinging arm, end actuators for grab materials mechanical claw, completed three degrees of freedom of action. By a solenoid control the pressure in the cylinder, to finished the telescopic rod manipulator mobile and mechanical grip the action of clamping workpiece, three step motor guide moving, the fuselage with level rotation and arm is placed, so as to realize the movement. The conversion by setting its action in various different parts of the trip switch (SQ1---SQ9) generated on-off signal transmission to the PLC controller, through the PLC internal different output signal, which drives the external coil to control the motor' normal-reverse transfer to realize The horizontal movement of the lead rail, the rotary and arms move swinging; solenoid valves have a different action, the robot can achieve precise position; to meet the production requirements of various operations and maintenance .
Key words: carrying manipulator, the programmable controller (PLC), air pressure, step motor, solenoid valves.
目 錄
1 緒論 1
1.1 工業(yè)機械手應(yīng)用簡況及意義 1
1.2 氣動機械手的簡介 1
2 直進回轉(zhuǎn)式機械手的整體設(shè)計 4
2.1 設(shè)計內(nèi)容及要求 4
2.2 機械手的設(shè)計思路及方案 4
2.3 電氣設(shè)計思路及方案 5
3 設(shè)計各機構(gòu)、零件及校核計算 6
3.1氣缸的選型與計算 6
3.2 軸的選擇及校核計算 8
3.3選蝸桿蝸輪減速器 10
3.4步進電機的選取和校核 12
3.5 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 22
3.6 軸承的選擇及校核 25
3.7 齒輪的設(shè)計及校核 27
3.8 螺紋連接件的校核 31
4 機械手控制部分的設(shè)計、選型及程序內(nèi)容 33
4.1 總述 33
4.2 總體方案的設(shè)計 33
4.3機械手控制系統(tǒng)硬件組成 33
4.4 電氣控制系統(tǒng)分析 36
4.5小結(jié) 38
5 結(jié)論 39
參考文獻 40
致 謝 41
附 錄
1 緒論
1.1 工業(yè)機械手應(yīng)用簡況及意義
在工業(yè)上，工業(yè)機器人有著廣泛的應(yīng)用，機械手而是相較新的機械電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代和未來化工業(yè)的面貌。通過自動化的機械手能提高工作效率，加強產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件和勞動強度起著十分重要的作用。大量運用在裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。
在現(xiàn)代生產(chǎn)加工過程中，機械手被廣泛運用于自動生產(chǎn)線中，雖然機械手目前還不如人手那樣靈活，但它具有不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲憊，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到更多部門的重視， 并越來越廣泛地得到了應(yīng)用， 機械手的意義如下：
（1）可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度
應(yīng)用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。
（2）可以改善勞動條件
避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人直接操作是有危險或根本不可能的情況。而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。
（3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)
應(yīng)用機械手代替人手工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。
綜上所述，機械手在工業(yè)上的應(yīng)用是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。
1.2 氣動機械手的簡介
這次課題的機械手選用氣動傳動，這里介紹一下氣動機械手的發(fā)展、現(xiàn)狀和未來。隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展，以及氣動技術(shù)本身的一些優(yōu)點和特點，氣動機械手已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在自動化生產(chǎn)的各個行業(yè)。
1.2.1氣動技術(shù)及氣動機械手的發(fā)展過程
氣動技術(shù)是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一。
大約開始于1776年，Johnwilkimson發(fā)明能產(chǎn)生1個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年，人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置，將它成功地用到火車的制動上。20世紀30年代初，氣動技術(shù)成功地應(yīng)用于自動門的開閉及各種機械的輔助動作上。至50年代初，大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過來，體積很大。60年代，開始構(gòu)成產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)，自成體系，不再與風動技術(shù)相提并論。在70年代，由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，在自動化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。80年代進進氣動集成化、微型化的時代。90年代至今，氣動技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經(jīng)歷著奔騰性的發(fā)展，人們克服了閥的物理尺寸局限，真空技術(shù)日趨完美，高精度模塊化氣動機械手問世，智能氣動這一概念產(chǎn)生，氣動伺服定位技術(shù)負氣缸高速下實現(xiàn)任意點自動定位，智能閥島十分理想地解決了整個自動生產(chǎn)線的分散與集中控制題目[3]。
1.2.2 氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀
由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、輕易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事產(chǎn)業(yè)等。
1.2.3 發(fā)展遠景及方向
（1）重復(fù)高精度
精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指假如動作重復(fù)多次，機械手到達同樣位置的精確程度。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核產(chǎn)業(yè)和軍事產(chǎn)業(yè)等。
（2）模塊化
模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。
（3）無給油化
為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、本錢低、壽命長。
（4）機電氣一體化
由“可編程序控制器-傳感器-氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，負氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進進到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大進步了系統(tǒng)的可靠性。
而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手[4]。
2 直進回轉(zhuǎn)式機械手的整體設(shè)計
2.1 設(shè)計內(nèi)容及要求
本課題內(nèi)容要求是：碼垛距離為5m，物料重量50kg。要求機械手抓住物料提升一定高度后，本機械手設(shè)計的是手臂向上擺動，擺角為45°。手臂旋轉(zhuǎn)要求180°，機械手抓住物料前進5m距離，下降一定距離，本機械手設(shè)計完成向下擺動45°，到達水平位置放開物料。
2.2 機械手的設(shè)計思路及方案
根據(jù)任務(wù)書的要求，該機械手設(shè)計為圓柱坐標機械手。其基本的設(shè)計內(nèi)容：搬運物體→設(shè)計機械手抓→設(shè)計控制機械手抓的氣壓缸→設(shè)計手臂→計算并設(shè)計擺動的電機→設(shè)計水平回轉(zhuǎn)部件和電機選型→設(shè)計導(dǎo)軌、滾珠絲杠選型和導(dǎo)軌→部件的校核→完成。整體設(shè)計思路及傳動方案為：
水平直進部分：水平直進移動部分，水平移動因為承重最重，又要有一定的定位精度，并且要傳動靈活。所以選擇滾珠絲杠螺母副傳動，因為承重較大，所以選擇滑動導(dǎo)軌來承受主要的負重和機身重量，這樣可以減輕滾珠絲杠的受力，降低絲杠的疲勞，有利于提高絲杠的壽命。
豎直旋轉(zhuǎn)部分：豎直旋轉(zhuǎn)部分是整個機械手最重要的部分，它是機械手的主體部分，它的設(shè)計要求可以靈活回轉(zhuǎn)任意角度，是整個機械手的定位精度主要由機身的旋轉(zhuǎn)角度來控制。所以在豎直機身大的設(shè)計上采用步進電機驅(qū)動，其定位精度較高，通過一級圓柱齒輪減速器傳遞動力，帶動豎軸完成整個豎直回轉(zhuǎn)，完成整個機身回轉(zhuǎn)運動。
機械手肩部擺動部分：肩部擺動部分主要完成手臂的擺動，設(shè)計這個自由度的主要考慮是機械手的回轉(zhuǎn)空間不大的情況下，將物料提升一定高度，可以縮小回轉(zhuǎn)半徑，使機械手的搬運能力和運用范圍更加廣泛。肩部驅(qū)動仍舊采用步進電機驅(qū)動，因為步進電機有較好的控制精度。因為手臂擺動角度相對不是很大，故需要傳動比比較大的減速器，又因為肩部設(shè)計尺寸不能太大，所以選擇一級蝸輪蝸桿減速器，因為其能一級減速就能達到很大的傳動比，相對于兩級減速器的尺寸比較小，故采用蝸桿渦輪減速器。渦輪軸與手臂鍵連接帶動手臂旋轉(zhuǎn)。
機械手部分：機械手抓取物料，選擇機械手的形式為夾鉗式，由氣缸驅(qū)動，因為夾鉗式機械手是杠桿原理，伸縮距離比較小，獲得較大的行程，所以氣缸的輸出力比較大，故選擇氣缸的內(nèi)徑較大。手的抓取動作是由氣缸活塞桿帶動水平拉桿，水平拉桿再帶動豎直拉桿，豎直拉桿帶動手指繞銷軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手的張開和閉合。
2.3 電氣設(shè)計思路及方案
電氣部分設(shè)計的總體思路是采用PLC控制整個機械手，采用三菱F2U系列的PLC控制，因為三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出16～25 點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。
特點 ——系統(tǒng)配置即固定又靈活；-編程簡單；備有可自由選擇，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設(shè)備。
其控制設(shè)計內(nèi)容：PLC→驅(qū)動電路→M1、M2、M3和氣缸→傳動部分→末端執(zhí)行器→接近開關(guān)、限位開關(guān)→反饋信號→PLC[5]。設(shè)計思路：PLC發(fā)出指令控制驅(qū)動器，驅(qū)動器控制電機，電機運轉(zhuǎn)經(jīng)傳動裝置帶動執(zhí)行器，當執(zhí)行器到達指定位置時，通過傳感器（限位開關(guān)或接近開關(guān)）檢測，將反饋信號傳遞給PLC,經(jīng)PLC內(nèi)部程序運算，給出下一步指令。
3 設(shè)計各機構(gòu)、零件及校核計算
3.1氣缸的選型與計算
物料為邊長20cm的立方體，重50kg。夾持手指為直角型，手指由1根長22.5cm的直角方形鋼條組成，手指的轉(zhuǎn)軸在距手指末端18cm處，手指立體合攏后如圖：
圖3-1手爪外形圖
當手臂向上擺起時，物料重量完全由手指的夾緊力于物料的摩擦力，取摩擦系數(shù)為，工作壓力為p=0.4MPa則：
計算得N=2000N。
圖3-2手爪受力分析
受力分析并由手指的幾何關(guān)系得
每對手指受力=1680N有氣缸拉桿與手抓的幾何關(guān)系得：
F為氣缸活塞桿輸出力為3000N。
氣缸選型——由機械設(shè)計手冊（第五版）計算公式選型，由雙作用氣缸公式：
（3-1）
故選取雙作用氣缸缸徑為90mm
一般氣缸筒壁厚于內(nèi)徑比
氣缸缸筒承受壓縮空氣的壓力，其壁厚可按薄壁筒計算公式計算
式中 δ——缸筒壁厚，m
——試驗?zāi)蛪毫?，Pa，取
——缸筒材料許用應(yīng)力，Pa，其計算公式為
式中 ——缸筒材料抗拉強度，Pa
n——安全系數(shù)，一般取n=6~8
按公式計算出的壁厚為5.4mm，比較薄，加工比較困難，實際設(shè)計過程中一般都需要按照加工工藝要求，適當增加壁厚，由機械設(shè)計手冊查得實際壁厚可選8mm或更大?；钊麠U直徑選取，由機械設(shè)計手冊查得可初選為30mm。
手爪銷軸的強度校核
手爪的設(shè)計銷軸比較細，承受力很大，需要強度校核。最危險處是手臂擺物料后，重物的重量都靠四只手指上產(chǎn)生的摩擦力，由圖3-2所示，銷軸受力為：
則手爪銷軸共受力為 則每只手指上銷軸受力。有機械設(shè)計軸的剪切校核為：
（3-2）
（3-3）
其中查機械手冊有[11] 。
3.2 軸的選擇及校核計算
3.2.1手臂桿設(shè)計校核
手爪共重5kg，氣缸及安裝法蘭盤共重6.17kg，物料為50kg，總計共重61.2kg。手臂采用1根45鋼棒料構(gòu)成，設(shè)計長度為60cm。計算棒料直徑如下：
由第三強度理論有：
（3-4）
（3-5）
將公式（3-5）帶入公式（3-4）得：
其中彎曲許用應(yīng)力，查機械手冊得
取d=40mm。 則軸重5.92kg。
從新校核該軸 總轉(zhuǎn)矩為
再由第三理論校核
= （3-6）
故選取軸的尺寸滿足工作要求[6]。
3.2.2豎軸、軸Ⅰ的設(shè)計計算
豎軸：豎軸是主要承重的軸，主要承受肩部及手臂餓全部重量，受軸向力比較大，其中豎軸的最大角速度為，所以角加速度，加速時間t=0.5s，所以角加速度為。 根據(jù)理論力學(xué)計算公式：
（3-7）
所以
其中——是折算到豎軸的轉(zhuǎn)動慣量
`
根據(jù)公式
（3-8）
（3-9）
其中：查機械手冊得[11]，把公式（3-9）帶入公式（3-8） 得：
選取豎軸兩級減速傳動，第一級傳動比。
所以軸Ⅰ的受到的扭矩為
根據(jù)公式（3-8）、（3-9）得：
3.3選蝸桿蝸輪減速器
3.3.1蝸輪接觸疲勞強度：
（3-10）
則由公式（3-10）得：
其中
由機械設(shè)計查表得，，所以
由機械設(shè)計查表得：
得
查機械設(shè)計得：取
取
取
蝸桿的導(dǎo)程為:
3.3.2計算蝸輪蝸桿的效率
閉式蝸桿傳動的功率損耗，蝸桿蝸輪傳動的效率一般包括三部分，即嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及浸油中攪油時的濺油損耗[7]。因此總效率為：
式中，、、分別為單獨考慮嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及濺油損耗時的效率。而蝸桿傳動的總效率，主要取決于嚙合摩擦損耗。當蝸桿主動時，則
（3-11）
式中：——普通圓柱蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角；
——當量摩擦角， ，其值可根據(jù)滑動速度由機械設(shè)計表11-18或11-9選取，滑動速度（單位為）為：
== （3-12）
式中：——蝸桿分度圓的圓周速度，0.5m/s；
——蝸桿分度園直徑，mm；
——蝸桿的轉(zhuǎn)速，
經(jīng)計算，， 則
由于軸承摩擦及濺油這兩項功率損耗不大，一般取0.95，則總效率
3.3.3蝸輪軸設(shè)計
由于蝸輪軸主要承受扭轉(zhuǎn)，故安扭轉(zhuǎn)來設(shè)計渦輪軸，蝸輪承受的扭矩為[8]：
由公式（3-8）、（3-9）得：
得 ：
所以選取蝸輪軸直徑為45mm。
由傳動比為1:62，所以蝸桿承受的轉(zhuǎn)矩為
再由公式 （3-8）、（3-9）得：
得
選蝸桿直徑最細處為15mm。
3.4步進電機的選取和校核
3.4.1肩部電機計算
先初選電動機型號反應(yīng)式步進電機130BYG3502 ，最大靜轉(zhuǎn)矩為37，單拍驅(qū)動時步距角為1.2[4]。
（1）計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量
機械手臂的轉(zhuǎn)動慣量為：
其中m=89.16kg l=60cm 得
蝸輪的轉(zhuǎn)動慣量為：
其中m=5.5kg D=19.53cm 得
軸的轉(zhuǎn)動慣量為：
其中m=2.8kg D=4.5cm 得
蝸桿的轉(zhuǎn)動慣量為：
其中m=1.3kg D=1.5cm 得
由此得折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為：
計算得：
1）快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩
由式可知，包括三部分：快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動部件折算時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為手臂擺動沒有移動部件，故摩擦轉(zhuǎn)矩取，又因此傳動沒有滾珠絲杠，故附加摩擦轉(zhuǎn)矩取。則有
根據(jù)式
考慮蝸桿渦輪的總效率η，計算快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：
（3-13）
——————對應(yīng)空載最快移動速度的步進電動機最高轉(zhuǎn)速。
——————步進電動機有靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時間。
（3-14）
其中：W ——————空載最快轉(zhuǎn)動速度，為10.5rad/s；
——————步進電動機步矩角，為1.2；
——————脈沖當量，/脈沖。
將以上各式帶入式
算得。
設(shè)步進電動機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時間=0.5s蝸輪蝸桿效率=0.5；則由式（3-13）
求得，故。
2）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩
由式可知，包括三部分：一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩、一部分是移動部件折算時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為摩擦轉(zhuǎn)矩及附加摩擦轉(zhuǎn)矩都沒有，故只需計算最大工作負載轉(zhuǎn)矩。由此計算： （3-15）
其中：
所以計算得：
故最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩得：
經(jīng)過上述計算，得到加載步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：
（2）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定[10]
考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮到安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：
對于前面預(yù)選的行步進電動機130BYG3502，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩，可見完全滿足式的要求。
（3）步進電動機的性能校核
1）最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核
豎直向最快工進速度，脈沖當量脈沖，由式 （3-16）
求出電動機對應(yīng)的運行頻率。從130BYG3502的運行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。
2）最快空載移動時電動機運行頻率校核
最快空載移動速度，對應(yīng)的電動機運行頻率。查表的130BYG3502的極限運行頻率為15000Hz，可見沒有超出范圍。
3）啟動頻率的計算
已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總慣量，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表4-3可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率。則由式
（3-17）
可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為：得1000Hz。
上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于1000Hz。實際上，在采用軟件擺動時，啟動頻率選得很低，通常只有500Hz（即500脈沖/s）。
綜上所述，這里縱向進給系統(tǒng)選用130BYG3502步進電動機，可以滿足設(shè)計要求。
3.4.2機身旋轉(zhuǎn)步進電機的選擇及校核計算[4]
先初選電動機型號反應(yīng)式步進電機110BYG2502 ，最大靜轉(zhuǎn)矩為20，單拍驅(qū)動時步距角為1.2，轉(zhuǎn)動慣量為15。
（1）計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量
豎軸的轉(zhuǎn)動慣量折算為
其中m=327kg D=20cm
軸Ⅰ的轉(zhuǎn)動慣量折算
其中
軸Ⅱ的轉(zhuǎn)動慣量折算
其中
由此得折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為：
計算得：
1）快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩
由式可知，包括三部分：快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動部件折算時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為手臂擺動沒有移動部件，故摩擦轉(zhuǎn)矩取=0，又因此傳動沒有滾珠絲杠，故附加摩擦轉(zhuǎn)矩取=0。則有
根據(jù)式
考慮蝸桿渦輪的總效率η，計算快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：
（3-13）
——————對應(yīng)空載最快移動速度的步進電動機最高轉(zhuǎn)速。
——————步進電動機有靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時間。
（3-14）
其中：W ——————空載最快旋轉(zhuǎn)速度，為1.57rad/s；
——————步進電動機步矩角，為1.5；
——————脈沖當量，=0.25mm/脈沖。
將以上各式帶入式 ，算得。
設(shè)步進電動機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時間=0.5s，齒輪減速器效率=0.96；
求得
故
2）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩
由式可知，包括三部分：一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩Tt、一部分是移動部件折算時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為摩擦轉(zhuǎn)矩及附加摩擦轉(zhuǎn)矩都沒有，故只需計算最大工作負載轉(zhuǎn)矩。最大工作負載轉(zhuǎn)矩即為豎軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)= 其中m為豎軸及所承受的重量m=257kg，為角加速度，
轉(zhuǎn)矩為
經(jīng)過上述計算，得到加載步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：
（2）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定
考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮到安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=3，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：
（3）步進電機的校核
1）最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核
向最快工進速度，脈沖當量=0.25mm/脈沖，由式求出電動機對應(yīng)的運行頻率。從110BYG2502的運行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，遠遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。
2）最快空載移動時電動機運行頻率校核
最快空載移動速度，對應(yīng)的電動機運行頻率。查表的110BYG2502的極限運行頻率為20000Hz，可見沒有超出范圍。
3）啟動頻率的計算
已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總慣量，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表4-3可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率則由式可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為：得632Hz。
上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于632Hz。實際上，在采用軟件擺動時，啟動頻率選得很低，通常只有500Hz（即500脈沖/s）。
綜上所述，這里縱向進給系統(tǒng)選用110BYG2502步進電動機，可以滿足設(shè)計要求。
3.4.3水平電機的計算與選型
先初選電動機型號反應(yīng)式步進電機130BYG2502 ，最大靜轉(zhuǎn)矩為40，單拍驅(qū)動時步距角為1.8，轉(zhuǎn)動慣量為48。
(1)計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量
滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量
已知機身前進的脈沖當量δ=0.25mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程=5mm，出選擇步進電機的步距角α=1.2°，根據(jù)公式計算得：
由公式
=
1）快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩
由式可知，包括三部分：快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動部件折算時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)式
考慮蝸桿渦輪的總效率η，計算快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：
（3-13）
——————對應(yīng)空載最快移動速度的步進電動機最高轉(zhuǎn)速。
——————步進電動機有靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時間。
其中：V ——————空載最快移動速度，為5cm/s；
——————步進電動機步矩角，為1.8°；
——————脈沖當量，=0.25mm/脈沖。
將以上各式帶入式 ，算得。
設(shè)步進電動機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時間=0.5s，圓柱齒輪減速器效率=0.96；則由式（3-13） 得：
求得=0.053
部件移動時折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：
===8.06 （3-18）
μ——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動導(dǎo)軌取0.16；
——垂直方向的力，空載時取0；
η——總的傳動效率。
由于附加摩擦轉(zhuǎn)矩，因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式
（3-19）
可知，相對于和很小，可以忽略不計。
2）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩
由式可知，包括三部分：一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩、一部分是移動部件折算時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。由于附加摩擦轉(zhuǎn)矩，因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式
（3-19）
可知，相對于和很小，可以忽略不計。
此時最大轉(zhuǎn)矩主要取決摩擦轉(zhuǎn)矩,部件移動時折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：
μ——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動導(dǎo)軌取0.16；
——垂直方向的力，空載時取0；
η——總的傳動效率。
經(jīng)過上述計算，得到加載步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：
（2）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定[12]
考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮到安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：
對于前面預(yù)選的行步進電動機130BYG2502，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩，可見完全滿足式的要求。
（3）步進電動機的性能校核
1）最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核
前進方向最快工進速度，脈沖當量，由式 （3-16）
求出電動機對應(yīng)的運行頻率。從130BYG2502的運行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。
2）最快空載移動時電動機運行頻率校核
最快空載移動速度，對應(yīng)的電動機運行頻率。查表的130BYG2502的極限運行頻率為15000Hz，可見沒有超出范圍。
3）啟動頻率的計算
已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總慣量，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表4-3可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率。則由式
（3-17）
可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為：得750Hz。
上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于750Hz。實際上，在采用軟件擺動時，啟動頻率選得很低，通常只有500Hz（即500脈沖/s）。
綜上所述，這里縱向進給系統(tǒng)選用130BYG2502步進電動機，可以滿足設(shè)計要求。
3.5 滾珠絲杠螺母副的計算和選型
根據(jù)設(shè)計的分析和計算要求，水平方向（左右）的脈沖當量為=0.25mm/脈沖[13]。
（1） 工作載荷的計算
為工作最大載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力。它包括滾珠絲杠副的進給力，移動部件的重力，以及作用在導(dǎo)軌上的切削分力所產(chǎn)生的摩擦分力。根據(jù)最大軸向力公式:
（3-20）
因為滾珠絲杠副的進給力較小，忽略不計。
所以工作最大載荷 u =0.16;G為移動部件總重，移動部件質(zhì)量G約為3970N。
所以
（2）最大動載荷的計算
設(shè)水平方向下最快的進給速度，初選絲杠基本導(dǎo)程 ,則此時絲杠轉(zhuǎn)速。
取滾珠絲杠的使用壽命T=8000h(一般機電設(shè)備取T=10000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速)，代入，得絲杠壽命系數(shù)（單位為r）。
查表3-30，取載荷系數(shù)，再取硬度系數(shù)，
代入公式：
（3-21）
得最大動載荷
初選型號 根據(jù)計算出的最大動載荷，選用CM、CDM系列滾珠絲杠，其代號為：2005-2.5，其公稱直徑為,20mm，基本導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈X1列，精度等級取5級，額定動載荷為7988N，大于，滿足要求。
（3）傳動效率的計算
將公稱直徑，基本導(dǎo)程，代入
（3-22）
得絲杠螺旋升角。將摩擦角，代入，得傳動效率。（一般在0.8~0.9之間，摩擦角一般取10′）
（4）剛度的驗算[14]
1）滾珠絲杠副的支撐采用“單推-單推”的方式，絲杠的兩端各采用一對推力角接觸球軸承，左、右支承中心距離約a為5000mm；鋼的彈性模量=；查表滾珠絲杠數(shù)據(jù)，得滾珠直徑，算得絲杠底徑=公稱直徑-滾珠直徑=16.825mm，則絲杠截面積
得，所以算的絲杠在工作載荷作用下拉\壓變形量如下：
絲杠的拉伸或壓縮變形量
（3-23）
----為絲杠底徑確定的截面慣性矩
----絲杠的最大工作載荷，單位N；
a----絲杠兩端支撐間的距離，單位為mm；
----絲杠的彈性模量，鋼的=;
-----絲杠按底徑確定的截面積，單位為；
-----轉(zhuǎn)矩，單位。
（其中“+”號用于拉伸，“-”用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第二項在計算是可酌情忽略）。所以，
（3-24）
綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 。
2）根據(jù)公式
無預(yù)緊時
（3-25）
為有預(yù)緊時
（3-26）
——滾珠直徑，單位為mm;
——單圈滾珠數(shù)，（外圈環(huán)），-3（內(nèi)圈環(huán)）；
——滾珠總數(shù)量， ；
——預(yù)緊力，單位為N.
（當滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達到軸向工作載荷的1/3時，值減小一半左右。）單圈滾珠數(shù)目Z=17；總滾珠總數(shù)量。滾珠絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力。則。
因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負載的三分之一，所以實際變形量可減小一半，取。
3）將以上算出的、代入
得變形總量。
由表3-27形成偏差和變動量知，5級精度滾珠絲杠任意5000mm~6300mm軸向行程內(nèi)行程的變動量允許100，而對于此滾珠絲杠，總的變形量只有3.46 ，可見絲杠剛度足夠。
（5）壓桿穩(wěn)定性校核
滾珠絲杠屬于細長桿，如果軸向負載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷應(yīng)滿足：
（3-27）
——臨界載荷，單位為N
——絲杠支承系數(shù)
——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.5~4，垂直安裝時取小值
——滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm 。
查表3-34由于課題要求為單推—單推則絲杠支承系數(shù)=1有絲杠底徑，求得界面慣性矩；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3；滾動螺母至軸向固定處的距離5000mm取最大值 。代入上式，得臨界載荷≈528N，遠小于工作載荷Fm=800N，故絲杠會失穩(wěn)。所以另選擇CM、CDM系列滾珠絲杠，其代號為4005-2.5，=36.825mm，，所以計算得：，遠大于工作載荷，故絲杠會不失穩(wěn)。
綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。
3.6 軸承的選擇及校核
3.6.1肩部蝸輪軸軸承選擇及校核[15]
該軸承為深溝球軸承，型號為6209，基本額定動載荷=3.5kN,基本額定動載荷，徑向力,軸向力，載荷系數(shù)。
圖3-3 渦輪軸受力圖
（1）、軸承的徑向力
解得
取
（3-28）
（3-29）
軸承1受載荷大，故按計算。
徑向當量動載荷 大于兩軸承的徑向當量靜載荷
（3-30）
算得工作時間遠大于機器額定壽命，故軸承滿足要求。
3.6.2豎軸軸承校核
該軸承為圓錐滾子球軸承，型號為30206，e=0.38，Y=1.6，基本額定動載荷,載荷系數(shù)。,, 。
（1）、軸承的徑向力
（3-31）
解得
（2）、計算派生軸向力
（3-32）
軸承1被壓緊，軸承2被放松。
（3-33）
（3-34）
軸承1受載荷大，故按計算。
算得工作時間大于機器額定壽命，故軸承滿足要求。
3.7 齒輪的設(shè)計及校核
已知小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩=21971.2，小齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)，齒數(shù)比，由電機驅(qū)動，工作壽命10年（每天工作10小時，設(shè)每年工作300天）[20]。
1、 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1） 選直齒圓柱齒輪傳動。
2） 搬運機械手為一般工作機器，速度不高，故選擇7級精度。
3） 材料選擇。由機械設(shè)計表10-1選擇小齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，大齒輪的材料為45鋼，硬度為200HBS，二者材料硬度差為40HBS。
4） 選小齒輪齒數(shù)為=20，大齒輪齒數(shù)。
2、 按齒面接觸強度設(shè)計[15]
由計算公式進行計算
（3-35）
（1）、計算公式內(nèi)各計算數(shù)值
1） 、由機械設(shè)計表10-7選取齒寬系數(shù)。
2） 、由機械設(shè)計表10-6查得材料彈性影響系數(shù)。
3） 、由機械設(shè)計表10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限；
4） 、試選載荷系數(shù)。
5） 、由式 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（3-36）
6） 、由機械設(shè)計表10-19取疲勞壽命系數(shù) 。
7） 、計算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由公式 （3-37）
=1600MPa=600MPa
=1.12550MPa=616MPa
（2）計算
1） 、試計算小齒輪分度園直徑，代入中較小的值。
（3-38）
2) 、計算圓周速度v。
（3-39）
3) 、計算齒寬
（3-40）
4） 、計算齒寬于齒高比。
（3-41）
5） 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)速度V=0.143m/s，7級精度，由機械設(shè)計查表10-8得動載系數(shù)；
直齒輪，；
由機械設(shè)計查表10-2查得使用系數(shù)；
由機械設(shè)計查表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐裝置非對稱布置時，。
由，查圖表10-13得：故載荷系數(shù)
（3-42）
6） 、按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由公式
（3-43）
7） 計算模數(shù)m。
（3-44）
3、 按齒根彎曲強度設(shè)計
（1）由彎曲強度的設(shè)計公式為
（3-45）
1）、由機械設(shè)計查圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限；大齒輪的彎曲疲勞極限；
2）、由機械設(shè)計查圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) ；
3）、計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由公式 得
（3-46）
4） 計算載荷系數(shù)K。
5） 、查取齒形系數(shù)
由機械設(shè)計查圖10-5
6） 、查取應(yīng)力校核系數(shù)。
由機械設(shè)計查圖10-5
7） 計算大小齒輪的并加以比較
（3-47）
大輪的數(shù)值大，所以代入大齒輪數(shù)值計算。
（2）、設(shè)計計算
（3-48）
對于此計算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m小于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載力，僅于齒輪直徑有關(guān)，而滿足齒面接觸疲勞強度時已經(jīng)滿足齒面彎曲強度，故取模數(shù)為4，按接觸疲勞強度算得分度園直徑為36.6mm,算出小齒輪齒數(shù)：
取
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊。
4、 幾何尺寸計算
（1）、計算分度圓直徑
（2）、計算中心距
（3-49）
（3）、計算齒輪齒寬
取,。
3.8 螺紋連接件的校核
3.8.1豎軸連接螺釘校核
此螺紋連接為
豎直旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩為
則由機械設(shè)計公式
（3-50）
可求得受力最大的螺栓的工作剪力為：
（3-51）
求得 其中
螺栓的剪切強度條件為
（3-52）
故強度滿足要求[16]。
3.8.2水平導(dǎo)軌出的螺紋連接
此處螺紋連接為鉸制孔連接，主要受傾覆力矩。外加傾覆力矩為：
，由公式：
（3-53）
因 （3-54）
則 （3-55）
于是螺栓所受的最大工作載荷為：
（3-56）
其中：。
螺栓危險截面的拉伸強度條件根據(jù)
（3-57）
故強度滿足要求。
4 機械手控制部分的設(shè)計、選型及程序內(nèi)容
4.1 總述
由于搬運機械手要求運轉(zhuǎn)靈活，需要控制的輸入量比較多，并且有手動和自動兩個部分，在工廠工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境惡劣、干擾源眾多，如大功率用電設(shè)備的起動或停止引起的電網(wǎng)電壓的波動形成低頻干擾電焊機、電火花加工機床的電刷等通過電磁耦合產(chǎn)生的工頻干擾等，所以選擇PLC控制。選擇PLC控制可靠性高，抗干擾能力強，控制程序可變，具有很好的柔性，編程簡單使用方便。搬運機械手可以根據(jù)不同的工作環(huán)境，來編寫不同的程序，來達到靈活控制的要求，操作人員可以通過閱讀PLC的用戶手冊和短期培訓(xùn)，很快就能學(xué)會用梯形圖編程控制程序[17]。
4.2 總體方案的設(shè)計
搬運機械手是順序控制，即控制機械手按一定順序動作，需要控制的器件多，而且要達到靈活控制，反映速度快。所以選擇PLC控制，其反應(yīng)速度快，控制準確。PLC發(fā)出指令控制驅(qū)動器，驅(qū)動器控制水平電機，電機運轉(zhuǎn)經(jīng)傳動裝置帶機身水平移動，到達指定位置通過傳感器（限位開關(guān)或接近開關(guān)）檢測，將反饋信號傳遞給PLC,經(jīng)PLC內(nèi)部程序運算，給出下一步指令，水平移動停止，進行手臂下降。手臂下降抓取物料，當手爪達到預(yù)定位置時，通過傳感器檢測，手臂停止運動，進行抓取動作。手開始抓取物料，當手夾緊后，手停止合攏，進行手臂向上擺動。手臂擺動到預(yù)定位置，手臂停止擺動，進行機身回轉(zhuǎn)運動。機身回轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，機身停止轉(zhuǎn)動。水平電機驅(qū)動，機身水平移動，到達預(yù)設(shè)位置，