1、_162.3.2 换向阀的选择 _162.4 机械手传动系统设计 _172.5 气动回路图原理图 _17第三章 机械手的 PLC 控制设计 _193.1 可编程序控制器的选择及工作过程 _193.1.1 可编程序控制器的选择 _193.1.2 可编程序控制器的工作过程 _193.2 PLC 的特点 _203.3 PLC 选型 _203.4 PLC 的 I/O 资源配置 _213.4.1 PLC 输入和输出部分 _213.5 PLC 机械手的原理及流程图 _213.6 机械手的接线图 _223.7 机械手可编程序控制器控制方案 _223.9 安装调试方面的问题 _27设计小结 _29致谢 _30
2、湘潭医卫职业技术学院毕业设计说明书第 6 页 共 32 页参考文献 _31前 言机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来安装工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移
3、动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6 个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 23 个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控
4、制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。 湘潭医卫职业技术学院毕业设计说明书第 7 页 共 32 页第 1 章机械手的介绍及应用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，是一种操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机
5、构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机
6、械手”。生产中应用机械手可以提高生产的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、实现安全生产尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常工作，意义更为重大。工业机械手的特点，是可通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上有人和机器各自的优点，有广阔的发展前景。PLC 控制具有系单、可靠，控制灵活等特点。因此，PLC 控制的机械手得到广泛的应用由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 1湘潭医卫职业技术学院毕业设计说明书第 8 页 共 32 页1.2 机械手的组成和分类1.
7、2.1 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图 1-1 所示。图 1-1 机械手组成方框图(一)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。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的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，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的位置，因此适宜夹持直
8、径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的: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成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有滑槽杠杆式、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。执行系统位置检测系统控制系统 驱动系统图 1-1 机械手的组成湘潭医卫职业技术学院毕业设计说明书第 9 页 共 32 页2、手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势）3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作
9、用是带动手指 去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(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，以实现手臂的各种运动。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，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成较远距离的操作，或扩大使用范围时，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，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设
10、机械传动装置。6、机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装 于机座上，故起支撑和连接的作用。(二)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助 装置组成。常用的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的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。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的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有
11、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的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。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的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息湘潭医卫职业技术学院毕业设计说明书第 10 页 共 32 页(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，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的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较
12、，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置1.2.2 机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。(一)按用途分类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的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一结构简单、使用可靠和造价低等特 点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调
13、整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的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:可以是点位的，也可以实现连续轨控制；同时还可分为伺服型和一般型的机械手，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的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的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜
14、在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点大器的作用；或者由于输入电平过高，使放大器的输出信号产生严重过载失真，失去高保真放大的意义。因此，必须设置前置放大器，对输出放大器的各种输入信号进行处理；或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。综上所述，前置放大器的主要功能为：（） 对输入功率放大器的各种音源信号进行加工处理，或放大，或衰减，使其和功率放大器的输入灵敏度相匹配，使功率放大器充分发挥其
15、放大和保真的功能。（） 进行阻抗变换，使各种音源信号的输出阻抗能与功率放大的输入阻抗相匹配，实现信号的高效传输。（）进行频率均衡处理，使音源信号的频率特性恢复成平坦的状态。3.2 前置放大器的技术要求对前置放大器的技术要求，就是必须要和功率放大器的特性相适应，即对功率放大器的技术要求，同样也适应于前置放大器，而且对前置放大器还应略高一些。否则就不能成为一个高保真系统，也就是说，构成高保真系统的每一个单元都必须是一个高保真单元。（1）失真度：包括谐波失真和互调失真，要求分别小于 0.1%和 0.05%。（2）信噪比：应大于 5dB。（3）频率响应：在 20Hz20kHz0.5Db.（4）转换速率
16、：应大于 5V/us 。（5）动态范围：应大于 7580dB。（6）输入/输出信号匹配：前置放大器的输入端分别和节目源设备以及功率放大器相连，要使信号高质量传输，必须满足匹配条件，包括阻抗匹配，电平匹配，传输方式匹配等。（7）均衡网络要符合 RLAA 标准和 NAB 标准。（8）电源：高质量的电源是前置放大器性能好坏的因素之一，应包括低噪音，大容量和低内阻等条件。前置放大器的电源应与功率放大器的电源分开，单独供电。根据以上要求，这里选用 NE5532 这款高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。4 系统调试结果分析对于整个的电路进行了仿真，仿真通过了，电路是正确的。整个电路焊接完成之后，对
17、其进行测试，得到：(1)额定功率为 8.9%，负载阻抗约为所有喇叭共为 15，与预先的设计指标基本相吻合。(2)与预先设想的一样，采用的是分立元件，实现了频响较宽，易于集成化的特点。(3)动态特性较好，具有一定抗干扰的能力，但是对手机等的干扰的抵抗能力不是很好，这是我仍然需要在以后的研究中继续研究的。5 结论 先把元器件摆在 79CM 的洞洞板上，看一下整体的布局，然后决定怎样走锡路才能不跳线并且最省锡。先焊的是功放部分。加热焊件时烙铁接触焊接点，使焊件均匀受热焊锡量要合适，焊件要固定。当焊锡完全湿润焊点后移开烙铁。走锡路时连线上的锡不能太少也不能太多，锡太少不利于电路的导通，锡太多是一种浪费
18、。在焊电源电路时我把电路稍微改了一下，改进后的电路如下图所示：电路改了之后减少了锡丝的用量也减少了电源电路在板子上所占的面积。电路焊好之后就把变压器和喇叭接上准备实验。接通电源输入音频之后发现喇叭不响，于是断开电源检查电路看问题出现在哪里。检查电路发现电路的锡路没有走错，于是用手去摸一下每一个元器件，看元器件的温度是否正常。我发现 7912 那个支路的 1000F 的电容非常烫手，检查之后发现电容的正负极接反了。重新焊好电容之后再次试验发现只有一个喇叭响。断开电源再次检查电路，发现电路没有错误，于是我开始怀疑是不是元器件出问题了。以前用耳机线帮别人调试功放的时候也只有一个喇叭响，于是我猜想是不是音频接口有问题。当我用导线把音频接口 1 和 4 两个引脚连起来时两个喇叭都响了，音质还不错
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