电气工程-plc控制机械手(编辑修改稿)

电气工程-plc控制机械手(编辑修改稿)内容摘要：

大，常在 2070kgf/cm输出力可达 100kgf/cm以上的力和力矩也大，可以得到较大的直线和回转运动抓取重量可达 100800 kgf。 传动性能：液压压缩小，传动平稳，无冲击没，基本无传动带滞后现象，反映较灵活最高速度可达 2m/s。 控制性能：压力，流量均易控制，可无级变速通过调节压力流量，可较方便的控制输出功率，可达较高的精度。 使用维护性能：油液粘度对温度变化敏感，当温度升高时，油粘度显著下降。 油液粘度的变化直接影响系统，工作性能，对密封和配合体制造精度要求较高，漏油会影响正常工作污染环境而且易造成失火。 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 7 图 21 液压原理图 体积重量：输出相同的条件下，体积小重量轻，转动惯量下。 寿命：润滑性能好，寿命长。 成本；液压元件成本较高，油路较复杂，运行成本较高。 应用：适用于抓取较大的机械手和机器人，可实现连续轨迹控制。 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 8 2. 气动驱动系统 图 22 气压原理图 输出力：压缩空气压力低，一般 428kgf/cm抓取重量小于 30kgf。 传动性能：压缩空气粘度小，管路损失小流速大，气动传动可达较高速度，但高速平稳性差冲击严重。 控制性能：低速不宜控 制，因为气压压缩性大，阻尼效果差，难于准确定位。 一般不能作伺服控制。 近年来国外研究出的气压伺服机构可实现任意点定位精度高，速度快。 使用维护性能：能在高温多粉尘等恶劣条件下工做，耐负荷，无发热问题。 没有爆炸着火危险，安全性好，使用维护简单，但排气噪音大要注意空气中去除水分及系统润滑防锈问题。 体积重量：压力小，输出力，体积大。 寿命：空气取之不尽，用过之后排入大气不许回收处理，机构简单。 元件成本低，能量损失大。 应用：适用于抓取重量不大，而节拍快的作业。 多用于点位控制，适于弹性握持和空气吸附。 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 9 3. 电动驱动系统 图 23 电气原理图 驱动系统的选择原则 设计机器人时，选择哪一类驱动系统，要根据机器人的用途作业要求，机器人的性 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 10 能规范，控制功能，维护的复杂程度，运行功耗，性能与价格比以及现有条件等综合因素加以考虑。 在注意各类驱动系统特点的基础上，综合上述各因素，充分论证其合理性，可行性，经济性以及可靠性后进行最终选择。 一般情况下，选择如下： (1) 控制方式 对物料搬运（包括上、下料）、冲压用的有限点位控制的程序控制机器人，低速重负 载时可选用液压驱动系统；中等负载时可选用电动驱动系统；轻负载、高速时可选用气动驱动系统，冲压机器人手爪多选用气动驱动系统。 由于本系统属于轻负载运行，所以采用气动驱动系统。 (2) 作业环境要求 从事喷涂作业的工业机器人，由于工作环境需要防爆，考虑到其防爆性能，多采用电液伺服驱动系统和具有本征防爆的交流电动伺服驱动系统。 水下机器人、核工业专用机器人、空间机器人，以及在腐蚀性、易燃易爆气体、放射性物质环境中工作的移动机器人，一般采用交流伺服驱动。 如要求在洁净环境中使用，则多要求采用直接驱动（ Direct Drive—— DD）电动机驱动系统。 由于此机器人属于实验室用机器人，其作业环境干净、整洁，所以采用电动机直接驱动系统。 (3) 操作运行速度 对于装配机器人，由于要求其有较高的点位重复精度和较高的运行速度，通常在运行速度相对较低（ ≤）的情况下，可采用 AC、 DC或步进电动机伺服驱动系统；在速度、精度要求均很高的条件下，多采用直接驱动（ DD）电动机驱动系统。 机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。 对工业机器人关节驱动的电动机，要 求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。 特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。 这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。 由此可见，本机械加工用工业机器人当然也采用了气动程序控制系统。 综上所述，根据本设计的机器人需要运行的速度、精度很高，并且又属于轻负载，属于实验室用模型，所以机器人的驱动系统采用电机和气动驱动系统的混合控制。 传感器 由于在本 系统中采用的传感器得到信号要使汽缸动作，所以我选择接近传感器，分别为电容式、电感式、光电式和磁电式。 接近开关是一种毋需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 11 加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制指令。 接近开关是种开关型传感器（即无无触点开关），它即有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。 产品有电感式、电容式、霍尔式、交 、直流型。 接近传感器又称无触点接近传感器，是理想的电子开关量传感器。 当金属检测体接近传感器的感应区域，开关就能无接触，无压力无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。 它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。 在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。 接近传感器具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强 等特点。 因此到目前为止，接近传感器的应用范围日益广泛，其自身的发展和创新的速度也是极其迅速。 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容量变化的一种传感器。 电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器。 根据电容传感器的工作原理可以分为变极距、变介质和变面积。 电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅 (测至 的微小振幅 )，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测 量电介质的湿度、密度、厚度等。 在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。 在本系统中电容传感器采用 LR18XCF05SB0电容传感器，接线图和参数如表 24和 图 25所示 ： 表 24 LR18XCF05SB0 式电容传感器的参数表 电源电压 20…250VAC/DC 迟滞范围 1…20% 重复误差 ≤3% 负荷电流 AC≤300mA， DC≤100mA 开关频率 AC： 20 Hz DC： 500Hz 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 12 图 25 LR18XCF05SB0 式电容传感 器的接线图 电容传感器具有以下优点：。 用应变片测量时，一般得到电阻的相对变化量小于 1%，而电容传感器的相对变化量可以达到 100%或更大大些。 电容传感器由于极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，可动部分可以做的小而薄，质量轻，因此固有频率高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特适合与动态测量；可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。 它可用于测量高速变化的参数，如振动等。 3. 分辨率高由于传感器的带电极板间的引力极小，需要输入能量低，所以特别适合于用来解决输入 能量低的问题，如测量极小的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受 m ，甚至更小的位移。 电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又由于本身发热极小，因此影响稳定性也极微小。 、具有平均效应。 如回转轴的振动或偏心、小型滚珠轴承的径向间隙等，采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。 电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量的一种装置。 利 用电感式传感器，能对位移压力振动应变等参数进行测量。 电感式传感器也成为自感式传感器或可变磁阻式传感器。 它有铁心、线圈和衔铁所组成。 线圈是套在铁心上的。 在铁心和衔铁之间有一个空气隙。 传感器的运动部分与衔铁相连，运动部分产生位移变化时，空气隙的厚度产生变化，从而使电感值发生变化。 电感式传感器可以用来测量检测金属物体。 它具有结构简单灵敏度高输出功率大输出阻抗小抗干扰能力强，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。 在本系统中采用 CR18CF05AT0型电感传感器，接线图和参数如 表 26和 图 27所 示： 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 13 表 26 CR18CF05AT0 型电感传感器参数表 图 27 CR18CF05AT0 型电感传感器接线图 电感式传感器的特点是： 、可靠度高、寿命长； ； 高； 、重复性好； （测量范围大时分辨率低）； 位输出电压，引起测量误差； 求较高； 高频动态测量。 电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。 常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。 在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。 物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。 光电开关将输入 电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。 光电开关的分类按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。 电源电压 20…250VAC 重复精度 ≤3% 负荷电流 ≤300mA 消耗电流 ≤3mA 开关频率 15HZ 河南 工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 14。