气动技术的综合应用实验--气动机械手总体结构设计和气动元件选择应用

气动技术的综合应用实验--气动机械手总体结构设计和气动元件选择应用内容摘要：

”键进入模式选择界面，按“←”进入自动演示界面，进入自动演示界面后按“ ENT”键演示机械手的设定动作，按“ ESC”键即可退回模式选择界面，按 “ ENT”键进入等待操作命令状态，按 “→”键进入手动演示界面，按相应的功能键即可完成各气缸的相应动作，“ CLR”键为步进电机转到停止按钮，参数设定界面显示当前状态下的脉冲数和周期，还可设定脉冲和周期。 图 19 模拟 触摸屏界面设计软件 30 图 20 PLC通过可编程文本器控制机械手 （ 4） PLC 机型选择基本原则 在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便及性能价格比最优的机型。 通常是：在工艺过程比较固定，环境比较适合的场合，建议选用整体式 PLC；其他情况则选用模块式 PLC；对于开关量控制及开关量控制为主、 带少量模拟量控制工程项目中，一般不考虑其控制速度；而在控制比较复杂，控制要求较高的项目中，可是控制规模来选中档或高档机，主要用于大规模控制。 步进电机 驱动器 （ 1） 驱动器 产品特点 平均电流控制，两相正弦电流驱动输出供电电压可达 75VDC， 输出电流峰值可达 (均值 )， 静止时电流自动减半 ， 可驱动 4,6,8 线两相、四相步进电机 ， 高速光耦隔离信号输入，脉冲响应频率最高可达 300ＫＨＺ ， 抗高频干扰能力强 ， 输出电流 ~ ， 输出电流设定方便 ， 细分精度２ ,４ ,８ ,16, 32, 64, 128, 256, 5, 10, 25, 50, 100, 125, 250 细分； 有 过压、欠压、过流、相间短路保护功能。 31 图 21 步进电机驱动器控制线路连接图 （ 2） 弱电接线信号接口描述 名称 功能 PUL+(+5V) 脉冲信号：脉冲控制信号，此时脉冲下降沿有效； PUL高电平时 45V，低电平 ,为了可靠响应，脉冲宽度大于。 如采用 +12V或 +24V时需串电阻限流 PUL DIR+(+5V) 方向信号：对应电机正反向，为保证电机可靠响应。 方向信号应先于脉冲信号 至少 5uS建立，电机的初始化运行方向与电机的接线有关，互换任一相绕组（如 A+、 A交换）可以改变电机初始运行的方向， DIR高电平时 45Ｖ，低电平时。 DIR ENA+(+5V) 使能信号：此输入信号用于使能 /禁止，高电平使能，低电平时驱动器不能工作。 一般情况下可以不接，使之悬空而自动使能 ENA 32 （ 3）强电接口描述 名称 功能 +V 直流电源正极， +18V +75V 间任何值均可，但推荐值 +36V +50VDC左右 GND 直流电源地 A 电机 A相。 A+、 A互调，可更换一次电机运转方向 B 电机 B相。 B+、 B互调，可更换一次电机运转方向 （ 4）控制信号时序图 为了避免一些误动作和偏差， PUL、 DIR 和 ENA 应满足一定要求，如下图所示 ： 注释： （ 1） t1： ENA（使能信号）应提前 DIR 至少 5uS，确定为高。 一般情况下建议 ENA+和 ENA悬空 （ 2） t2： DIR 至少提前 PUL 下降沿 5uS 确定其状态高或低 （ 3） t3: 脉冲宽度至少不小于 （ 4） t4：低电平宽度不小于 （ 5） 电流、细分拨码开关设定 33 1）电流设定 SW1SW3三位拨码开关用于设定电机运转时电流（动态电流），而 SW4拨码开关用于设定静止时电流（静态电流）。 工作 (动态 )电流设定 用三位拨码开关一共可设定 8个电流级别，参见下表。 停止（静态）电流设定 静态电流可用第 4 位开关设定， OFF 表示静态电流设为动态电流的一半左右（ 60%）， ON表示静态电流与动态电流相同。 一般用途中应将 SW4 设成 OFF，使得马达和驱动器的发热减少，可靠性提高。 脉冲串停止后续 秒左右电流自动减至设定值的 60%，发热量理论上减至 36%（发热与电流平方成正比）。 2） 细分设定 细分精度有 SW5SW8 四位拨码开关设定。 步数 /圈（ 176。 /整步） SW5 SW6 SW7 SW8 峰值 平均值 SW1 SW2 SW3 ON ON ON OFF ON ON 峰值 平均值 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON ON ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 34 步数 /圈（ 176。 /整步） SW5 SW6 SW7 SW8 400 OFF ON ON ON 800 ON OFF ON ON 1600 OFF OFF ON ON 3200 ON ON OFF ON 6400 OFF ON OFF ON 12800 ON OFF OFF ON 25600 OFF OFF OFF ON 1000 ON ON ON OFF 2020 OFF ON ON OFF 4000 ON OFF ON OFF 5000 OFF OFF ON OFF 8000 ON ON OFF OFF 10000 OFF ON OFF OFF 20200 ON OFF OFF OFF 25000 OFF OFF OFF OFF 电磁阀使用简介 三个 二位五通 电磁阀由一个汇流板连在一起，由三个三极管控制其打开的方向，进而控制通气方向。 二位五通 电磁阀 是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。 电磁阀用于控制 液体 流动方向，工厂的机械装置一般都由液压缸控制 ，所以就会用到电磁阀 ，这里所用电磁阀用来控制气体流动。 电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置运动。 这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。 35 两位五通电磁阀具有 1 个进气孔 (接进气气源 )、 1个正动作出气孔和 1 个反动作出气孔 (分别提供给目标设备的一正一反动作的气源 )、 1 个正动作排气孔和1 个反动作排气孔 (安装消声器 )。 对于小型自动控制设备，气管一般选用8~12mm 的工业胶气管。 电磁阀一般选用日本 SMC(高档一点，不过是小日本的产品 )、台湾亚德客 (实惠，质量也不错 )或其它国产品牌等等。 在电气上来说，两位三通电磁阀一般为单电控 (即单线圈 )，两位五通电磁阀一般为双电控 (即双线圈 )。 线圈电压等级一般采用 DC24V、 AC220V 等。 两位三通电磁阀分为常闭型和常开型两种，常闭型指线圈没通电时气路是断的，常开型指线圈没通电时气路是通的。 常闭型两位三通电磁阀动作原理：给线圈通电，气路接通，线圈一旦断电，气路就会断开，这相当于“点动”。 常开型两位三通单电控电磁阀动作原理：给线圈通电，气路断开，线圈一旦断电，气路就会接通，这也是“点动”。 两位五通双电控电磁阀动作原理：给正动作线圈通电，则正动作气路接通 (正动作出气孔有气 )，即使给正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给反动作线圈通电为止。 给反动作线圈通电，则反动作气路接通(反动作出气孔有气 )，即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给正动作线圈通电为止。 这相当于“自锁”。 基于两位五通双电控电磁阀的这种特性，在设计机电控制回路或编制 PLC 程序的时候，可以让电磁阀线圈动作 1~2 秒就可以了，这样可以保护电磁阀线圈不容易损坏。 36 5 总结 此次我们做的 综合实验周 是 气动技术的综合应用实验 ，通过 半个月 努力， 应用实验 顺利完成。 这次 课程设计 给了我们一个很好的机会，使我们了解了设计工作的基本流程和设计的方法以及理念。 在此次 的综合应用试验 中，我们遇到了许多以前从未遇到过的问题，但过通过指导教师的指导和 翻阅课本 ，这些 问题都得到了很好的解决。 虽然我们设计的只是个简单 三自由度 机械手 的运作机制 ，但需要完成 转动 ，抓取， 伸缩 等功能，对应分别要有 驱动机构，抓取机构，升降机构等来实现。 通过 对 这些机构的 研究 ， 特别是对驱动机械手的气动缸，我们做了详细的了解和学习，对每种型号的原理和参数都做了学习和认真计算， 使理论知识与实际相结合，巩固和深化了所学过的专业理论知识。 由于此次 实验周是设计应用 ，为了 机械手具有合理的结构和更高的性能，我们不断学习和修改。 自学了许多相关学科的内容，求教了多位老师，上网或查阅大量相关资料。 设计过程中， 我们在独立完成的同时也进一步加强了团队协作精神，并取得了一定的成绩。 通过这次设计，我相信在以后的学习和生活中，一定可以好好的发现问题解决问题，提高自己的能力，以积极热情的态度面对学习和生活。 37 6 参考文献 [1]张福学编著 .机器人技术及其应用 .北京：电子工业出版社， 2020 [2]何发昌著，邵远编著 .多功能机器人的原理及应用 .北京：高等教育出版社，1996 [3]张利平著 . 液压气动技术速查手册 . 北京：化学工业出版社， [4]李宝仁著 . 气动技术 — 低成本综合自动化 . 北京：机械工业出版社， [5]宋学义著 . 袖珍液压气动手册 . 北京：机械工业出版社， [6]陈奎生著 . 液压与气压传动 . 武汉：武汉理工大学出版社， [7]SMC（中国）有限公司 . 现代实用气动技术 . 北京：机械工业出版社， [8]徐文灿著 . 气动元件及系统设计 . 北京：机械工业出版社， 1995 [9]曾孔庚 .工业机器人技术发展趋势 . 机器人技术与应用论坛 [10]寿庆丰 .一种多指多关节机器手爪 . 机械设计 1999 年第 3 期，第 3 卷 [11]高微 ,杨中平 ,赵荣飞等 .机械手臂结构优化设计 . 机械设计与制造 第 1 期 [12]孙兵 ,赵斌 ,施永辉 .物料搬运机械手的研制 . 中国期刊全文数据库 [13]马光 ,申桂英 .工业机器人的现状及发展趋势 . 中国期刊全文数据库 2020 年 38 第 3 期 [14]李如松 .工业机器人的应用现状与展望 . 中国期刊全文数据库 1994 年第 4期 [15]李明 .单臂回转式机械手设计 .制造技术与机床 2020 年第 7期 [16]李杜莉，武洪恩，刘志海 .搬运机械手的运动学分析 . 煤矿机械 2020 年 2月第 2 期 [17]成大先主编 .机械设计手 册（第三版） .北京：化学工业出版社， 1994 1 原文已完。 下文为附加文档，如不需要，下载后可以编辑删除，谢谢。 施工组织设计 本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。 编制时，我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺，特制定本施工组织设计。 一、 工程概况： 西夏建材城生活区 2 30住宅楼位于银川市新市区 ，橡胶厂对面。 本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发，银川市规划建筑设计院设计。 本工程耐火等级二级，屋面防水等级三级，地震防烈度为 8度， 设计使用年限 50 年。 本工程建筑面积 :27楼。 30楼 m2。 室内地坪177。 以绝对标高 m 为准，总长 27楼 ； 30楼 m。 总宽 27楼 ； 30楼 m。 设计室外地坪至檐口高度 00m，呈长方形布置，东西向，三个单元。 本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。 外墙水泥砂浆抹面，外刷浅灰色墙漆。 内墙面除卫生间 200 300 瓷砖，高到顶外，其余均水泥砂桨罩面，刮二遍腻子；楼梯间内墙采用 50 2 厚胶粉聚苯颗粒保温。 地面 除卫生间 200 200 防滑地砖，楼梯间 50 厚细石砼 1： 1 水泥砂浆压光外，其余均采用 50 厚豆石砼毛地面。 楼梯间单元门采用楼宇对讲门，卧室门、卫生间门采用木门，进户门采用保温防盗门。 本工程窗均采用塑钢单框双玻窗，开启窗均加纱扇。 本工程设计为节能型住宅，外墙均贴保温板。 本工程设计为砖混结构，共六层。 基础采用 C30 钢筋砼条形基础，上砌 MU30 毛石基础，砂浆采用 M10 水泥砂浆。 一、二、三、四层墙体采用 M10 混合砂浆砌筑 MU15 多孔砖；五层以上采用 混合砂浆砌筑 MU15 多孔砖。 本工程结构中使用主要材料：钢材： I 级钢， II 级钢；砼：基础垫层 C10，基础底板、地圈梁、基础构造柱均采用 C30，其余均 C20。 本工程设计给水管采用 PP。