基于步進(jìn)電機(jī)的三自由度機(jī)械手設(shè)計【直角坐標(biāo)機(jī)器人型-單片機(jī)】【6張CAD圖紙+PDF圖】

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機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械手和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計是非常有意義的。 本課題主要應(yīng)用于生產(chǎn)加工車間，與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。通過對機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化方向）專業(yè)大學(xué)本科的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、特殊要求的數(shù)控機(jī)床送料機(jī)械手設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化方向）專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。 2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下： （1） 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。 （2） 工業(yè)機(jī)器人控制體系向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （3） 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、聲覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 （4） 關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)。 （5） 焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。 總的來說，大體是兩個方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對具體任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。 3 研究內(nèi)容 3.1 機(jī)械部分 本設(shè)計機(jī)械手的形式為圓柱坐標(biāo)形式，具有3個自由度，兩個升降，兩個平移自由度，由手部、手臂、機(jī)身等主要部件組成。 手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工作要求而設(shè)計的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。由于本次設(shè)計的是流水線間工件自動搬運(yùn)工業(yè)機(jī)械手，因此使用夾持式手部，采用手部加緊缸。 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運(yùn)動。因此，機(jī)械手的水平手臂和垂直手臂都采用滾珠絲杠副，來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動。因此，手抓伸縮采用伸縮缸，手臂的升降與平移采用滾珠絲杠 機(jī)身是直接支承和驅(qū)動手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況愈復(fù)雜。由于本次設(shè)計的流水線間工件搬運(yùn)工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行的是自動定點(diǎn)搬運(yùn)工件。所以機(jī)械手設(shè)計成固定的。 3.2 驅(qū)動系統(tǒng) 機(jī)械手電機(jī)驅(qū)動的優(yōu)勢是在于節(jié)能，因?yàn)闅鈩雍鸵簤候?qū)動的能量是二次轉(zhuǎn)化，能量消耗大約在35%左右。所以節(jié)能是今后機(jī)械手，機(jī)械自動化發(fā)展的一項(xiàng)重要的技術(shù)內(nèi)容。因此本課題選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 3.3 控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，它指揮機(jī)械手的動作，并協(xié)調(diào)機(jī)械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。機(jī)械手的工作順序、應(yīng)達(dá)到的位置，如手臂上下移動、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動、手指的開閉動作，以及各個動作的時間、速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運(yùn)動部件沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動按照預(yù)先整定好的程序來實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”。因此本課題選用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的控制 4 研究方案 4.1總體方案 本機(jī)械手為專用機(jī)械手，因此相對于通用機(jī)械手來說，它動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點(diǎn)。 （1） 選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度。 （2） 設(shè)計出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括手部、手臂等部件的設(shè)計。為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用夾持式手指來抓取棒料工件。 （3） 滾珠絲杠的傳動系統(tǒng)的設(shè)計。本課題將設(shè)計出機(jī)械手的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，包括器件的選取，受力的校核等。 （4） 機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計。本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器單片機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取相應(yīng)的單片機(jī)型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程繪制單片機(jī)控制原理圖，編制出單片機(jī)程序，并畫出接線圖。 4.2預(yù)期能達(dá)到的目標(biāo) 通過本次課題的畢業(yè)設(shè)計將自己四年中所學(xué)到機(jī)械設(shè)計、絲杠傳動、單片機(jī)控制技術(shù)等等知識聯(lián)系起來，通過自己的努力，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計實(shí)際工業(yè)項(xiàng)目的目的。 4.4可能遇到的困難以及應(yīng)對措施 機(jī)械手設(shè)計尺寸不合理，傳動計算不準(zhǔn)確，單片機(jī)不能完全實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的控制等等。應(yīng)對方法是參考大量書籍，查閱文獻(xiàn)，網(wǎng)上收集資料，及時與同學(xué)，老師溝通以尋求幫助。 5 進(jìn)度計劃 2011.11.01-2011.12.01：收集資料，研讀資料 2011.12.01-2012.01.15：擬訂總體設(shè)計方案 2012.01.15-2012.03.05：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪制總裝圖 2012.03.05-2012.03.10：主要零部件設(shè)計計算，繪制零件工作圖 2012.03.10-2012.03.15：繪制接線原理圖 2012.03.15-2012.03.20：控制系統(tǒng)設(shè)計 2012.03.20-2012.03.25：撰寫設(shè)計計算說明書 2012.03.25-2012.06.06：修改及答辯 參考文獻(xiàn) [1] 宋娟.上下料機(jī)械手PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù),2008,(8). 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The Integration of an Electro-hydraulic Manipulator Arm into a Self-Contained Mobile Delivery System[J]. International Topical Meeting on Robotics and Remote Systems,1999. [13] 付永領(lǐng),王巖,裴忠才.基于CAN總線液壓噴漆機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn).機(jī)床與液壓. 2003,(6):90-92. [14] 丁又青,朱新才.一種新型型鋼翻面機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計.機(jī)床與液壓.2003,(5): 128-129. [15] 劉劍雄,韓建華.物流自動化搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)研究.機(jī)床與液壓.2003,(1): 126-128. [16] 徐軼,楊征瑞,朱敏華,溫齊全.PLC在電液比例與伺服控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.機(jī)床與液壓.2003,(5):143-144. [17] 胡學(xué)林.可編程控制器(基礎(chǔ)篇).北京:電子工業(yè)出版社,2003. 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 開題答辯小組意見 1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實(shí)用價值；□意義不大。 2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。 3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。 4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。 5、學(xué)生對文獻(xiàn)資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達(dá)能力： □好；□較好；□一般；□較差。 7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好；□一般；□較差。 8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差 （在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”） 建議結(jié)論 評議小組組長簽名： 評議小組組員簽名： 年 月 日 上海電機(jī)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 課 題 基于步進(jìn)電機(jī)的三自由度直角坐標(biāo)型機(jī)械手設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 年 級 2008級 姓 名 丁偉 學(xué) 號101102070701 學(xué) 院 院 長（簽字） 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 吳婷 2011年 月 日 課題 來 源 企業(yè)課題 課 題 的 目 的 、 意 義 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。課題的目的是構(gòu)思、設(shè)計一種結(jié)構(gòu)相對簡單，功能完備，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和性能/價格比的機(jī)械手。機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，以該課題為機(jī)械電子工程畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計課題在教學(xué)上也是很有意義的。 要 求 課題的主要技術(shù)要求： 3個移動自由度組合而成，即機(jī)器人手臂的運(yùn)動是沿著直角坐標(biāo)的X、Y、Z 3個軸方向的直線運(yùn)動組成。機(jī)械手作伸縮、平移和升降運(yùn)動，在空間的運(yùn)動范圍一般是一個長方體。Y軸上下自由度的工作范圍是10cm，前后自由度的工作范圍是25cm，左右自由度的工作范圍是20cm，手爪開合是60度。 機(jī)械手驅(qū)動方式：本課題四個自由度通過步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)，由單片機(jī)進(jìn)行控制。 機(jī)械手（重復(fù)）定位精度：±0.5mm 機(jī)械手最大抓重：1kg 工件尺寸：直徑約2～3cm，圓柱形，材料是鐵質(zhì)。 物料盤（采用步進(jìn)電機(jī)控制）每工步旋轉(zhuǎn)角度：30度（最大轉(zhuǎn)度：30度每秒） Y軸大臂上下移動距離為：20cm（最大速度10cm/s） Y軸小臂上下移動距離為：10cm（最大速度10cm/s） X軸小臂伸縮距離：10cm （最大速度10cm/s） Z軸平移距離：10cm（最大速度10cm/s） 手指開合角度為：60度（最大速度60度每秒） 料槽小臂（推動工件的推桿）伸縮距離為：15cm（最大速度10cm/s） 課題工作量要求： 完成包括總裝配圖、部件圖、主要零件圖在內(nèi)的圖紙不少于2張A0,主要零件圖總圖幅不少于一張A1，單片機(jī)控制電路原理圖1張A1； 設(shè)計計算說明書不少于1.5萬字； 外文技術(shù)資料翻譯不少于2萬印刷符號。 課 題 主 要 內(nèi) 容 及 進(jìn) 度 收集、研讀工業(yè)機(jī)械手的國內(nèi)外技術(shù)資料，特別是結(jié)構(gòu)和控制資料，熟悉其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； 根據(jù)技術(shù)要求擬定設(shè)計方案，包括整體結(jié)構(gòu)方案和控制方案； 設(shè)計三自由度機(jī)械手的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，畫出總裝配圖并完成相應(yīng)的設(shè)計計算； 挑選部分典型零件設(shè)計零件工作圖； 利用單片機(jī)控制完成機(jī)械手的電路原理圖； 撰寫設(shè)計計算說明書。 工作進(jìn)度： 2011.11 收集、研究資料 2012.12 開題，擬訂總體設(shè)計方案 2012.1-2 修改、完善開題報告；完成文獻(xiàn)翻譯 2012.2.13-2012.3.31 系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計計算，繪制總裝配圖 2012.4.1-2012.4.15 繪制主要零件的零件施工圖 2012.4.16-2012.4.30 控制系統(tǒng)設(shè)計，繪制接線原理圖 2012.5.1-2012.5.5 控制系統(tǒng)部分程序編寫 2012.5.6-2012.5.20 撰寫設(shè)計計算說明書 2012.5.21-2012.5.25 修改及準(zhǔn)備答辯 - 4 - 基于步進(jìn)電機(jī)的三自由度機(jī)械手設(shè)計 44 摘 要 在工業(yè)上，自動控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動化機(jī)床控制、計算機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人等。其中工業(yè)機(jī)器人是相對較新的機(jī)械電子設(shè)備，它在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中正扮演著越來越重要的角色。 全自動化工業(yè)機(jī)械手有能模仿人手和手臂的某些動作功能，用固定程序搬運(yùn)，抓取物體或操作工具的自動操作裝置，機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。按照搬運(yùn)或者抓去的物件形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)環(huán)境等的要求的不同，手部有幾種結(jié)構(gòu)形式，吸附型，托持型和夾持型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的功能是使手部完成各種動作：移動、轉(zhuǎn)動等運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作。機(jī)構(gòu)的伸縮、升降和旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。本設(shè)計選用三自由度直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，其工作方向?yàn)樗膫€直線方向，是通過滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)小臂與大臂的伸縮，升降。而這些動作都是通過在步進(jìn)電機(jī)的帶動下進(jìn)行。在控制器的作用下，它將執(zhí)行將工件從一條流水線抓取并運(yùn)送到另一條流水線這一簡單的動作。 本篇論文主要對機(jī)械手的傳動部分滾珠絲杠與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了計算，計算內(nèi)容主要包括工業(yè)機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，以及其機(jī)械傳動裝置的選擇。另外對控制部分的描述主要有單片機(jī)的控制方案，接線原理圖以及程序流程圖等。 關(guān)鍵詞：三自由度，直角坐標(biāo)，工業(yè)機(jī)器人 ABSTRACT Industrially, automatic control systems have a wide range of applications, such as automation machine tool control, computer systems, robotics. The industrial robot is a relatively new machinery and electronic equipment in the modern industry, it is playing a more and moreimportant role. Fully automated industrial machinery hand can imitate hand and arm some action function, with fixed procedures handling, grasping an object or operation tool for automatic operation device, the manipulator is mainly composed of a hand and the movement mechanism. According to the transporting or catch to object shape, size, weight, materials and working environment of the different requirements, hand there are several structure forms, adsorption, supporting and clamping type. Motion mechanism is the function of the hand to complete a variety of actions: moving, rotating movement to achieve the required action. Body stretching, lifting and rotating movement, known as the degrees of freedom manipulator. The design of three degree of freedom industrial robot in Cartesian coordinate type, which is composed of four linear direction, through ball screw to realize small arm and the arm stretching, lifting. These movements are all based on the stepper motor driven by. Under the action of the controller, it will perform a workpiece from one production line to crawl and transported to another line of this simple action. This paper focuses on the manipulator drive portion of the ball screw and the stepping motor were calculated, calculate the content mainly includes industrial robot design of the transmission mechanism, and the mechanical transmission device selection. In addition to the control part of the description there are single-chip microcomputer control scheme, the wiring diagram and the program flow diagram. Key words ：three degrees of freedom, Cartesian coordinates , industrial robot 目 錄 1 緒論 1 1.1 裝配機(jī)械手的概述 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1 2 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計 2 2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 2 2.2 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計分析 3 2.2.1設(shè)計要求 3 2.2.2總體方案擬定 3 2.2.3工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 4 2.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析 5 3 工業(yè)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 6 3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動系統(tǒng)分析 6 3.2 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 6 3.2.1末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 6 3.2.2氣缸的確定 9 3.2.3手臂機(jī)構(gòu)的計算設(shè)計 13 3.2.4 基座的計算設(shè)計 20 3.3 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動裝置的選擇 26 3.3.1聯(lián)軸器的選擇 26 3.3.2滾珠絲杠的選擇 27 4 機(jī)械手的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 28 4.1 機(jī)械手單片機(jī)控制方案 28 4.1.1控制系統(tǒng)的控制原理及控制要求 28 4.1.2機(jī)械手的工作流程 29 4.1.3驅(qū)動器的選擇 32 4.2 機(jī)械手單片機(jī)接線原理圖的設(shè)計 32 4.2.1電源電路 32 4.2.2 時鐘電路 33 4.2.3 復(fù)位電路 33 4.2.4 接線原理圖 34 4.3 機(jī)械手單片機(jī)程序流程圖的設(shè)計 34 4.4 匯編語言的設(shè)計 39 5 結(jié)論 42 1 緒論 1.1 裝配機(jī)械手的概述 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重 要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。 機(jī)械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械手和自動化的有機(jī)結(jié)合。在機(jī)械行業(yè)中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，裝配機(jī)械手以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動速度，可 以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進(jìn)行 各種操作。它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計是非常有意義的。 本課題主要應(yīng)用于生產(chǎn)加工生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。通過對機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化方向）專業(yè)大學(xué)本科的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、特殊要求的數(shù)控機(jī)床送料機(jī)械手設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化方向）專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。 1.2 設(shè)計背景與應(yīng)用意義 機(jī)械手工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、 電子工程、計算機(jī)工程、自動控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果， 是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。裝配機(jī)械手是 一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作， 主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。并且由于裝配所具有的重要意義,裝配領(lǐng)域?qū)⑹俏磥頇C(jī)器人技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)之一。其重要性在機(jī)器人應(yīng)用中將躍居第一位。 因此，各大型工廠都需要裝配機(jī)器人來提高其工作效率，需要設(shè)計建議。 2 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計 2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 圖2-1 工業(yè)機(jī)器人的組成圖 它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。 （1）手部：又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。 （2）腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。 （3）臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負(fù)荷，并把它傳遞到預(yù)定的位置。 （4）機(jī)身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動。 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警。 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動情況，根據(jù)需要給控制系統(tǒng)以反饋，與規(guī)定要求進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動符合要求。 由圖2-2表示機(jī)械手控制各部分關(guān)系。 圖2-2 各部分關(guān)系圖 2.2 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計分析 2.2.1 設(shè)計要求 綜合運(yùn)用所學(xué)知識,搜集有關(guān)資料獨(dú)立完成三自由度直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)和驅(qū)動單元的設(shè)計工作。 （1）機(jī)械手最大抓重: 1kg （2）工件尺寸： 直徑約2～3cm （3）自由度數(shù): 3個自由度 （4）坐標(biāo)型式: 直角坐標(biāo) （5）手指開合角度： 60°（最大速度: 60度每秒） （6）Y軸大臂上下移動距離為： 20cm（最大速度10cm/s） （7）Y軸小臂上下移動距離為： 10cm（最大速度10cm/s） （8）X軸小臂伸縮距離為： 10cm （最大速度10cm/s） （9）Z軸平移距離為： 10cm （最大速度10cm/s） （10）機(jī)械手（重復(fù)）定位精度： ±0.5mm 2.2.2 總體方案擬定 在裝配機(jī)械手的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是完善的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和精確的控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定裝配機(jī)械手，利用步進(jìn)電機(jī)控制平移運(yùn)動；利用四臺步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實(shí)現(xiàn)上下及其前后運(yùn)動；末端夾持器則采用連桿式夾持器，用小型氣壓缸驅(qū)動夾緊。 由圖2-3顯示機(jī)械手外形輪廓。 圖2-3 機(jī)械手外形圖 2.2.3 工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)性能參數(shù) 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。主要技術(shù)參數(shù)有如下： （1）抓取重量： 抓取重量是用來表明機(jī)器人所能承受負(fù)載能力的參數(shù)，這是一項(xiàng)主要參數(shù)。這項(xiàng)參數(shù)一般是指在正常速度下所抓取的物體的重量。 （2）工件的極限尺寸： 抓取工件的極限尺寸是用來表明機(jī)器人抓取功能的重要參數(shù)，它表示手部所能抓取的最大的工件尺寸，是設(shè)計手部的基礎(chǔ)。 （3）坐標(biāo)形式和自由度： 說明機(jī)器人機(jī)身、手部、基座等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系特征。 （4）運(yùn)動行程范圍： 指執(zhí)行機(jī)構(gòu)直線移動距離的范圍，即各運(yùn)動自由度的運(yùn)動范圍。根據(jù)行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。 （5）運(yùn)動速度： 是反映機(jī)器人性能的重要參數(shù)。通常所指的運(yùn)動速度是機(jī)器人的最大運(yùn)動速度。它與定位精度，抓取的工件重量等參數(shù)有關(guān)，相互影響。當(dāng)今社會國內(nèi)外機(jī)器人的最大直線移動速度為1000mm/s左右，回轉(zhuǎn)速度的最大值為180o/s。 （6）定位精度和重復(fù)定位精度： 定位精度和重復(fù)定位精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。編程方式和存儲容量。 本課題設(shè)計中我采用的是三自由度直角坐標(biāo)型機(jī)械手，其中機(jī)械手的小臂、大臂、基座與末端執(zhí)行器分別通過步進(jìn)電機(jī)、氣壓缸與單片機(jī)控制。機(jī)械手的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見下表2-1。 表2-1 三自由度直角坐標(biāo)機(jī)器人 機(jī)械手類型 三自由度直角坐標(biāo)型 抓取重量 1Kg 自由度 3個（3個方向的移動） 機(jī)座 伸縮運(yùn)動，前后移動范圍100mm， 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 單片機(jī)控制 大臂機(jī)構(gòu) 伸縮運(yùn)動，升降范圍200mm， 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 單片機(jī)控制 小臂機(jī)構(gòu) 伸縮運(yùn)動，伸縮范圍100mm， 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 單片機(jī)控制 末端執(zhí)行器 氣壓缸驅(qū)動 單片機(jī)控制 2.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析 本課題采用單片機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行控制，初定8051系列，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出單片機(jī)程序（可能在實(shí)際設(shè)計過程中會有改動）。機(jī)械手的工作流程圖如圖2-4所示。 圖2-4 機(jī)械手工作流程圖 3 工業(yè)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動系統(tǒng)分析 機(jī)械手的運(yùn)動，可從該機(jī)械手的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類型等三方面來討論。 （1）機(jī)械手的運(yùn)動自由度 所謂機(jī)械手的運(yùn)動自由度是指確定一個機(jī)械手操作位置時所需要的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)械手動作靈活程度的參數(shù)。 本設(shè)計的機(jī)械手具有移動副一種運(yùn)動副，具有手臂伸降，平移，前后往復(fù)三自由度,如圖3-1所示。 圖3-1機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖 （2）機(jī)械手的工作空間 工作空間是指機(jī)械手正常運(yùn)行時，手部參考點(diǎn)能在空間活動的最大范圍，是機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)。 （3）機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)類型 直角坐標(biāo)型為本設(shè)計所采用方案，這種運(yùn)動形式是通過伸縮、平移和升降，共三個自由度組成的運(yùn)動系統(tǒng)。 3.2裝配機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 3.2.1 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 裝配機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計是用來抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的準(zhǔn)確、迅速和穩(wěn)定程度都將直接影響到工業(yè)裝配機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)裝配機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。 1.設(shè)計時要注意的問題： 1) 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指穩(wěn)定的夾緊工件，除考慮工件在傳送過程中的動載荷外，還應(yīng)考慮工件夾持工件的重力。 2) 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有一定的開閉范圍。應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動路線及其方位的影響，以及工件尺寸的大小 。 3) 應(yīng)能保證末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)的工件能被準(zhǔn)確定位。 4) 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于接下來的手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 5) 根據(jù)使用條件考慮其通用性。 2.總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 采用連桿杠桿式夾持器，用小型壓缸驅(qū)動夾緊，它的結(jié)構(gòu)形式如圖3-2所示。連桿杠桿式夾持器采用四連桿機(jī)構(gòu)傳遞撐緊力，即當(dāng)氣壓缸工作時，推動推桿向上運(yùn)動，使兩鉗爪向內(nèi)收攏，從而帶動彈性爪夾緊工件。與本設(shè)計的零件要求相符，且這種夾持器多用于實(shí)心圓柱零件的夾持。 圖3-2末端執(zhí)行器 其工件重量G=1公斤，V形手指的角度2? =120o，b=30mm R=12.5mm，摩擦系 數(shù)為f=0.25。 圖3-3手爪受力分析圖 （1）根據(jù)手爪類別,計算夾緊力。 采用摩擦鎖緊方式，故受力分析得： （3-1） 式中， m -工件質(zhì)量； g -重力加速度； a -動態(tài)運(yùn)動時產(chǎn)生的加速度； S -安全系數(shù)； α -V型手爪張開的角度； μ -氣爪夾頭與工件的摩擦因素；由于手抓與工件材料都采用45鋼，查表得 μ =0.25 (3-2) 其驅(qū)動力為: (3-3) 所以 實(shí)際驅(qū)動力： （3-4） 取傳動效率0.94，并取。。若被抓取工件的為勻速取a = 0時，則： 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為345N 。 3.2.2氣缸的確定 1.氣缸工作壓力的確定 由《液壓傳動與氣壓傳動》取氣缸工作壓力 2.氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 的確定 本課題設(shè)計的氣缸屬于雙向作用氣缸。 單活塞桿雙作用氣缸是使用最為廣泛的一種普通氣缸。因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等?；钊笮袝r活塞桿產(chǎn)生推力，活塞右行時活塞桿產(chǎn)生拉力。 （3-5） （3-6） 式中， - 活塞桿上的推力，N -活塞桿的拉力，N - 氣缸工作時的總阻力，N p - 氣缸工作壓力，Pa D-活塞直徑，m d -活塞桿直徑，m 氣缸工作時的總阻力與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動部件慣性力、密封處摩擦力、背壓阻力等。以上因素可以載荷率η 的形式計入公式，如要求氣缸的靜推力和靜拉力，則在計入載荷率后： （3-7） （3-8） 計入載荷率就能保證氣缸工作時的特性。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取η = 0.3 ~ 0.5，速度高時取小值，速度低時取大值。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動，其載荷率可取η = 0.7 ~ 0.85。 由以上分析得雙向作用氣缸的直徑: （3-9） 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 查機(jī)械設(shè)計手冊圓整，得D=40mm 由d / D = 0.2 ? 0.3 ,可得活塞桿直徑: d = (0.2 ~ 0.3)D = 8 ~ 12mm圓整后，取活塞桿直徑d=12mm 3.缸筒壁厚和外徑的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算: （3-10） 式中， δ - 缸筒壁厚，mm D- 氣缸內(nèi)徑，mm - 氣缸試驗(yàn)壓力，一般取 = 1.5p（Pa） p -氣缸工作壓力 （Pa） [σ ] -缸筒材料許用應(yīng)力（Pa） 本課題手爪夾緊氣缸缸筒材料采用為:鋁合金ZL106,[σ ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為： 手部活塞桿行程長L計算 活塞桿的位移量 氣缸（活塞）行程與其使用場合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)。為保證夾緊效果，必須按計算行程多加10 ~ 20mm的行程余量。 L = 6.5 + 20 = 26.5mm 故查有關(guān)手冊圓整為l = 27mm校核： （1）活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算： 當(dāng)活塞桿的長度L較小時（L ≤ 10d），可以只按強(qiáng)度條件校核計算活塞桿直徑d 有： （3-11） 其中, 則： 所以設(shè)計滿足要求 （2）氣缸推力驗(yàn)算： （3-12） 由以上計算可知?dú)飧卓赡墚a(chǎn)生的推力大于夾緊工件所需的推力所以該氣缸滿足要求。 4.消耗氣量的計算 氣缸的耗氣量與缸徑、行程、工作頻率和從換向閥到氣缸的連接管路容積（死容積）有關(guān)，氣缸每分鐘消耗的壓縮空氣流量Q為： （3-13） 式中， D-氣缸缸徑，m d -活塞桿直徑，m s -活塞行程，m n -氣缸活塞每分鐘往復(fù)次數(shù) 此公式未考慮氣缸內(nèi)的死容積，因此計算值比實(shí)際值偏小，設(shè)計時要根據(jù)具體情況加以修正。 5.氣缸進(jìn)排口的計算 氣缸的進(jìn)排氣口當(dāng)量直徑的大小與氣缸的耗氣量有關(guān)，除特殊情況外，一般氣缸的進(jìn)氣口、排氣口尺寸相同。氣缸進(jìn)排氣口當(dāng)量直徑用下式計算 （3-14） 式中 Q-工作壓力下氣缸的耗氣量，m3 / s V-空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，一般取V = 10 ~ 15m/ s 把計算出來的氣缸進(jìn)排氣口當(dāng)量直徑進(jìn)行圓整后，按照GB/T14038—93《氣缸氣口螺紋》選擇合適的氣口螺紋。故， 6.手抓部分總質(zhì)量估算 （3-15） 其中：手爪部分和活塞桿材料采用45鋼，缸筒和端蓋連接材料采用鋁合金ZL106查相關(guān)手冊， 45號鋼密度為7.85×kg/ ZL106的密度為 2.73× kg / 手抓部分總質(zhì)量約為 m = 0.2491+1.1191+1 = 2.3682kg 3.2.3 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計 Y軸小臂手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1. 初選電機(jī)為90BYG250C 2.滾珠絲杠的選擇 根據(jù)電機(jī)以及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) 擬使用條件 負(fù)載重量 W=5KG 最大行程 Smax=100mm 快速進(jìn)給速度 Vmax=100mm/s 加減速時間常數(shù) t=0.15s 預(yù)期壽命 Lh=30000h 直線運(yùn)動導(dǎo)程摩擦系數(shù) =0.02 μ 電機(jī)轉(zhuǎn)速 Nmax=600r/min （1）設(shè)定螺距 根據(jù)電機(jī)最大的轉(zhuǎn)速與快速進(jìn)給速度 （3-16） （2）計算基本動態(tài)額定負(fù)載 各動作模式下的軸向負(fù)載的計算 1）加速時 加速度 （3-17） 軸向負(fù)載 （3-18） 2）勻速時 軸向負(fù)載 （3-19） 3）減速時 軸向負(fù)載 （3-20） 各動作模式1次循環(huán)所需的時間（s） 螺距為10的負(fù)載條件 根據(jù)上述兩表所示條件計算軸向均負(fù)載與平均轉(zhuǎn)速 （3-21） （3-22） 計算所需基本動態(tài)額定負(fù)載C 根據(jù)預(yù)期壽命，扣除停止時間后的凈運(yùn)行使用壽命 （預(yù)計夾緊1s上下運(yùn)動5s） 將運(yùn)行系數(shù)帶入公式中 （3-23） 因此選擇BSBR2510絲杠 （3） 容許屈曲載荷危險速度計算 研討絲杠軸全場L 與危險速度Nc 屈曲載荷Pk L=最大行程+螺母長度+余量+末端尺寸 =100+80+20+115=315mm 下面就屈曲載荷進(jìn)行討論，設(shè)負(fù)載作用點(diǎn)間距 （3-24） 式中： ：開始引起壓曲的負(fù)載 ：負(fù)載作用點(diǎn)距離 E：楊氏模量 I：絲杠軸最小慣性矩 （3-25） n：由絲杠的支撐方式?jīng)Q定系數(shù) 鉸支—鉸支n=1 固定—鉸支n=2(選用) 固定—鉸支n=4 固定—自由n=0.25 （3-26） 式中 :屈曲載荷 ：安全系數(shù)（0.5） 說明容許軸向負(fù)載充分滿足使用條件 由于電機(jī)速度比較慢 肯定安全 無需校核危險速度 （4） 最終選型結(jié)果 適合的滾珠絲杠的形式為 BSBR2510-315 支座型號為BRW10 3 校核驅(qū)動電機(jī) （1）傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算 1）電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 （3-27） 2）滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量的折算 (3-28) 3）手臂上下移動慣量的折算 工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上下移動的慣量可按下式進(jìn)行計算： (3-29) 式中，L是絲桿導(dǎo)程（cm）；M為工作臺質(zhì)量（kg）。 所以 4）聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量 (3-31) 5)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量 (3-32) (2)驗(yàn)算矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，從附件中查得 步進(jìn)電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為查的。所以 (3-33) 步進(jìn)電機(jī)空載啟動是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩可按下式計算： (3-34) 式中：為空載啟動力矩 為空載啟動時運(yùn)動部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（N.m） 為空載時折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N.m） 有關(guān)的各項(xiàng)力矩值計算如下： 1）加速力矩 (3-35) （3-36） 式中：為傳動系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量； 為電機(jī)的最大角加速度； 為與運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度對應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速； t為運(yùn)動部件從靜止啟動加速到最大快進(jìn)速度所需的時間； 為運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度； 為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角； 為脈沖當(dāng)量； （3-37） （3-38） 2)空載摩擦力矩 （3-39） 式中:M為運(yùn)動部件的總重量； 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； 為傳動系統(tǒng)總效率；（） L為滾珠絲杠的最大行程； （3-40） 3）附加摩擦力矩 （3-41） 式中；為滾珠絲杠預(yù)緊力；（為最大軸向負(fù)載的） 為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，現(xiàn)取 （3-42） 所以，步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩： （3-43） 初選電機(jī)型號應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩，即 從上式可知電機(jī)初步滿足要求。 （3）啟動矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)啟動有升速啟動和突跳啟動。升速啟動是步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始逐漸升速，在零時刻，啟動頻率為零。突跳啟動很少使用。在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動結(jié)束時，步進(jìn)電機(jī)達(dá)到了最高運(yùn)行速度。 從下圖中，可查得 圖3-4 90BYG250C 矩頻特性圖 縱向：空載啟動力矩。對應(yīng)的允許啟動頻率。步進(jìn)電機(jī)90BYG250C啟動頻率，所以步進(jìn)電機(jī)不會丟步。 （4）運(yùn)行矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)的最高快進(jìn)運(yùn)行頻率可按下式計算； （3-44） 式中：為部件最大快進(jìn)速度； 為脈沖當(dāng)量； 所以， 快進(jìn)力矩的計算公式： 式中：為快進(jìn)時，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩，為附加摩擦力矩。 算得： 從90BYG250C運(yùn)行矩頻特性圖中，可知對應(yīng)的允許快進(jìn)頻率；所以所用的電機(jī)都滿足快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性要求。 綜上所述，所選用的步進(jìn)電機(jī)90BYG250C符合要求，可以使用。 3.2.4基座的計算設(shè)計 1. 初選電機(jī)為90BYG250C 2.滾珠絲杠的選擇 根據(jù)電機(jī)以及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) 擬使用條件 負(fù)載重量 W=50KG 最大行程 Smax=100mm 快速進(jìn)給速度 Vmax=100mm/s 加減速時間常數(shù) t=0.15s 預(yù)期壽命 Lh=30000h 直線運(yùn)動導(dǎo)程摩擦系數(shù) =0.02μ 電機(jī)轉(zhuǎn)速 Nmax=600r/min （1）設(shè)定螺距 根據(jù)電機(jī)最大的轉(zhuǎn)速與快速進(jìn)給速度 （2）計算基本動態(tài)額定負(fù)載 各動作模式下的軸向負(fù)載的計算 1）加速時 加速度 軸向負(fù)載 2）勻速時 軸向負(fù)載 3）減速時 軸向負(fù)載 各動作模式1次循環(huán)所需的時間（s） 螺距為10的負(fù)載條件 根據(jù)上述兩表所示條件計算軸向均負(fù)載與平均轉(zhuǎn)速 計算所需基本動態(tài)額定負(fù)載C 根據(jù)預(yù)期壽命，扣除停止時間后的凈運(yùn)行使用壽命 （預(yù)計夾緊1s前后運(yùn)動5s） 將運(yùn)行系數(shù)帶入公式中 （3-45） 因此選擇BSBR2510絲杠 （3） 容許屈曲載荷危險速度計算 研討絲杠軸全場L 與危險速度Nc 屈曲載荷Pk L=最大行程+螺母長度+余量+末端尺寸 =100+80+20+115=315mm 下面就屈曲載荷進(jìn)行討論，設(shè)負(fù)載作用點(diǎn)間距 （3-46） 式中： ：開始引起壓曲的負(fù)載 ：負(fù)載作用點(diǎn)距離 E：楊氏模量 I：絲杠軸最小慣性矩 （3-47） n：由絲杠的支撐方式?jīng)Q定系數(shù) 鉸支—鉸支n=1 固定—鉸支n=2(選用) 固定—鉸支n=4 固定—自由n=0.25 式中 :屈曲載荷 ：安全系數(shù)（0.5） 說明容許軸向負(fù)載充分滿足使用條件 由于電機(jī)速度比較慢 肯定安全 無需校核危險速度 （4） 最終選型結(jié)果 適合的滾珠絲杠的形式為 BSBR2510-315 支座型號為BRW10 3 校核驅(qū)動電機(jī) （1）傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算 1）電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 2）滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量的折算 （3-48） 3）手臂上下移動慣量的折算 工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上下移動的慣量可按下式進(jìn)行計算： 式中，L是絲桿導(dǎo)程（cm）；M為工作臺質(zhì)量（kg）。 所以 4）聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量 5)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量 (2)驗(yàn)算矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，從附件中查得 步進(jìn)電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為查的。所以 步進(jìn)電機(jī)空載啟動是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩可按下式計算： 式中：為空載啟動力矩 為空載啟動時運(yùn)動部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（N.m） 為空載時折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N.m） 有關(guān)的各項(xiàng)力矩值計算如下： 1）加速力矩 （3-49） （3-50） 式中：為傳動系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量； 為電機(jī)的最大角加速度； 為與運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度對應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速； t為運(yùn)動部件從靜止啟動加速到最大快進(jìn)速度所需的時間； 為運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度； 為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角； 為脈沖當(dāng)量； 2)空載摩擦力矩 (3-51) 式中:M為運(yùn)動部件的總重量； 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； 為傳動系統(tǒng)總效率；（） L為滾珠絲杠的最大行程； 3）附加摩擦力矩 (3-52) 式中；為滾珠絲杠預(yù)緊力；（為最大軸向負(fù)載的） 為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，現(xiàn)取 所以，步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩： 初選電機(jī)型號應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩，即 從上式可知電機(jī)初步滿足要求。 （3）啟動矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)啟動有升速啟動和突跳啟動。升速啟動是步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始逐漸升速，在零時刻，啟動頻率為零。突跳啟動很少使用。在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動結(jié)束時，步進(jìn)電機(jī)達(dá)到了最高運(yùn)行速度。 從下圖中，可查得 圖3-5 90BYG250C 矩頻特性圖 縱向：空載啟動力矩。對應(yīng)的允許啟動頻率。步進(jìn)電機(jī)90BYG250C啟動頻率，所以步進(jìn)電機(jī)不會丟步。 （4）運(yùn)行矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)的最高快進(jìn)運(yùn)行頻率可按下式計算； 式中：為部件最大快進(jìn)速度； 為脈沖當(dāng)量； (3-53) 所以， 快進(jìn)力矩的計算公式： 式中：為快進(jìn)時，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩，為附加摩擦力矩。 算得： 從90BYG250C運(yùn)行矩頻特性圖中，可知對應(yīng)的允許快進(jìn)頻率；所以所用的電機(jī)都滿足快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性要求。 綜上所述，所選用的步進(jìn)電機(jī)90BYG250C符合要求，可以使用。 3.2.5 軸承的選取 （1）本設(shè)計中，我的機(jī)械手手臂部分的絲杠是由BSBR2510型號組成。其中絲杠的支撐方式是由固定-簡支形式（適用于中等轉(zhuǎn)速，高精度的絲杠）。因此絲杠上的軸承是一端安裝雙向推力軸承與深溝球軸承的組合，另一端安裝深溝球軸承。 （2）本設(shè)計中，機(jī)械手基座的絲杠也是由BSSR2510型號組成。其中絲杠的支撐方式是由固定-簡支形式（適用于中等轉(zhuǎn)速，高精度的絲杠）。因此絲杠上的軸承一端安裝雙向推力軸承與深溝球軸承的組合，另一端安裝深溝球軸承。 3.3 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械傳動裝置的選擇 3.3.1聯(lián)軸器的選擇 本設(shè)計中，該機(jī)構(gòu)利用錐環(huán)對之間的磨擦實(shí)現(xiàn)與轂之間的無間隙連接傳遞轉(zhuǎn)矩，且可任意調(diào)節(jié)兩面聯(lián)接件之間的角度位置。通過選擇所用錐環(huán)的對數(shù)，可傳遞不同大小的轉(zhuǎn)矩。圖3-6所示為采用錐環(huán)（錐環(huán)夾緊環(huán)）無鍵消隙聯(lián)軸器，可使動力傳遞沒有反向間隙。螺釘5通過壓圈3施加軸向力時，由于錐環(huán)之間的楔緊作用，內(nèi)外環(huán)2分別產(chǎn)生徑向彈性變形，消除軸4與套筒1之間的配合間隙，并產(chǎn)生接觸壓力，通過磨擦傳遞轉(zhuǎn)矩，而且套筒1與軸4之間的角度位置可以任意調(diào)節(jié)。 這種聯(lián)軸器承載能力高，定心性好，轉(zhuǎn)速高、傳遞功率大、具有過載保護(hù)能力，使用壽命長，能在受沖擊載荷和振動等惡劣環(huán)境下連續(xù)工作，使用、安裝、和維護(hù)方便，作用于系統(tǒng)中的噪聲低、載荷小。 圖3-6消隙聯(lián)軸器 3.3.2 滾珠絲杠的選擇 根據(jù)上述3.2計算的出最終選擇的滾珠絲杠為： （1）控制機(jī)械手小臂的左右（前后）運(yùn)動的為 BSBR 2510型號的絲杠。 （2）控制機(jī)械手大臂的上下運(yùn)動的為 BSST 2510型號的絲杠 （3）控制機(jī)械手基座前后運(yùn)動的為BSST 2510型號的絲杠。 （4）控制機(jī)械手小臂的上下運(yùn)動的為BSST 2510型號的絲杠。 4 機(jī)械手的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性，同時使用點(diǎn)位控制，因此我們采用單片機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行控制.當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 4.1 機(jī)械手單片機(jī)控制方案 4.1.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 （1） 控制對象為直角坐標(biāo)機(jī)械手。它具有三個自由度，即X軸方向的伸縮; Y軸方向的上、下升降;Z軸方向的前后平移。另外，其末端執(zhí)行裝置還可完成抓、放（開合）功能。以上各動作除了手抓開合采用氣動方式驅(qū)動，其余都采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。氣動方式用二位三通電磁閥(帶有兩個線圈，對應(yīng)兩個相反動作)來控制控制氣缸，電機(jī)驅(qū)動運(yùn)用接觸器控制，使機(jī)械手完成伸縮、上下動作。這樣，可用單片機(jī)的P0、P2輸出端分別與6N137和TLP620連接構(gòu)成系統(tǒng)總線再與個伺服電機(jī)驅(qū)動器DB810A相應(yīng)輸入口連接來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。兩者之間采用光電耦合器連接,是為了分開通電，減少干擾[14], [15]。其原理圖如圖4-1所示： 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動器 光電耦 單片機(jī) 光電耦 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動器 驅(qū)動器 光電耦 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動器 光電耦 步進(jìn)電機(jī) 氣壓缸 電磁閥 繼電器 圖4-1 工作原理 （2）控制要求 為了滿足生產(chǎn)需要，機(jī)械手應(yīng)設(shè)置手動工作方式、單動工作方式和自動工作方式。 A．手動工作方式 便于對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修，設(shè)置手動工作方式。用按鈕對機(jī)械手每一動作單獨(dú)進(jìn)行控制。 B．自動工作方式 按下起動按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按工序自動反復(fù)連續(xù)工作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手在完成最后一個周期的動作后，返回原點(diǎn)自動停機(jī)。 4.1.2 機(jī)械手的工作流程 機(jī)械手的工作流程本人初步選定三個方案 （1）第一方案工作流程圖如圖4-2所示。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動按鈕之后，首先單片機(jī)P0口輸出脈沖使底座步進(jìn)電機(jī)得到控制信號前移，基座前移，至前限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使X軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂開始伸出，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸小臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。繼電器導(dǎo)通吸合，手爪電磁閥通電，氣壓缸進(jìn)氣，手爪抓緊，至限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸小臂步進(jìn)電機(jī)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使X軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂收縮，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出脈沖使底座步進(jìn)電機(jī)得到控制信號旋轉(zhuǎn)，基座后移，至后限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。繼電器斷開，手爪電磁閥不通電，氣壓缸出氣。手爪放松，至限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。最后機(jī)械手停止，完成一個流程。 圖4-2 工作流程 （2）第二方案工作流程圖如圖4-3所示。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動按鈕之后，首先單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出脈沖使底座步進(jìn)電機(jī)得到控制信號前移，基座前移，至前限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使X軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂開始伸出，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸小臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。繼電器導(dǎo)通吸合，手爪電磁閥通電，氣壓缸進(jìn)氣，手爪抓緊，至限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸小臂步進(jìn)電機(jī)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使X軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂收縮，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出脈沖使底座步進(jìn)電機(jī)得到控制信號旋轉(zhuǎn)，基座后移，至后限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。繼電器斷開，手爪電磁閥不通電，氣壓缸出氣。手爪放松，至限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。最后機(jī)械手停止，完成一個流程。 圖4-3 工作流程 （3）第二方案工作流程圖如圖4-4所示。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動按鈕之后，首先單片機(jī)P0口輸出脈沖使底座步進(jìn)電機(jī)得到控制信號前移，基座前移，至前限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使X軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂開始伸出，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸小臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。繼電器導(dǎo)通吸合，手爪電磁閥通電，氣壓缸進(jìn)氣，手爪抓緊，至限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸小臂步進(jìn)電機(jī)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使X軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，小臂收縮，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī)P0口輸出脈沖使底座步進(jìn)電機(jī)得到控制信號旋轉(zhuǎn)，基座后移，至后限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂下降，到達(dá)預(yù)定位置。繼電器斷開，手爪電磁閥不通電，氣壓缸出氣。手爪放松，至限位開關(guān)動作。單片機(jī)P0口輸出控制信號，使Y軸大臂步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大臂上升，到達(dá)預(yù)定位置。最后機(jī)械手停止，完成一個流程。 圖4-4 工作流程 在這三個方案中，我選擇第一種方案，以相對后面兩種方案第一種方案動作順序比較安全。 4.1.3 驅(qū)動器的選擇 驅(qū)動器根據(jù)電機(jī)型號選：90BYG系列三項(xiàng)混合式步進(jìn)電機(jī)，則根據(jù)步進(jìn)電機(jī)我選擇伺服驅(qū)動器型號均為HB306S。如圖HB306S驅(qū)動器的簡單結(jié)構(gòu)。 圖4-5 HB306S驅(qū)動器 特點(diǎn) 2 AC24～50V或DC36～70V電源供電 2 最大6A相電流輸出 2 采用交流伺服電機(jī)的電流控制方式，精確正弦電流輸出，使步進(jìn)電 機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行性能指標(biāo)接近交流伺服電機(jī) 2 驅(qū)動器性能對電機(jī)的依賴性極小，不同參數(shù)電機(jī)均可獲得優(yōu)異性能 2 具備多種細(xì)分模式，特殊細(xì)分要求可定制 2 具備脫機(jī)（FREE）控制信號 2 電機(jī)位置停電記憶 2 靜止時自動半電流鎖定 2 輸入輸出信號光電隔離 4.2 機(jī)械手單片機(jī)接線原理圖的設(shè)計 在機(jī)械手單片機(jī)接線原理圖設(shè)計中，我選用的是單片機(jī)8751單片機(jī)控制，驅(qū)動器為HB306S，電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。 機(jī)械手控制裝置主要有單片機(jī)，電源電路，復(fù)位電路和時鐘電路組成。 4.2.1 電源電路 單片機(jī)的電源電路設(shè)計如圖4-6所示。 圖4-6 電源電路 其中F1為保險絲，C4,C5,C6,C7為電容，作用為整流。 4.2.2 時鐘電路 單片機(jī)的時鐘電路設(shè)計如圖4-7所示。 圖4-7 時鐘電路 其中電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30PF左右。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHZ--12MHZ之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。XTAL1為接外部晶體的1個引腳。該引腳內(nèi)部是1個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。XTAL2為接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。 4.2.3 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計如圖4-8所示。 圖4-8 復(fù)位電路 我所采用的復(fù)位電路為按鍵電平復(fù)位電路。因?yàn)闀r鐘頻率選用6MHZ時，C3取22，,。電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源接通而來實(shí)現(xiàn)的。 4.2.4 接線原理電路 機(jī)械手接線原理圖設(shè)計中光耦在機(jī)械手接線圖中起到了分開供電減少干擾的作用。高低速光耦如圖4-9所示。 圖4-9光耦 其中脈沖需要高速光耦來分開供電減少干擾，因?yàn)槊}沖需要不斷輸出，輸出頻率大，因此要求安裝高速光耦。 4.3 機(jī)械手單片機(jī)程序流程圖的設(shè)計 （1）機(jī)械手小臂伸縮子程序流程如圖4-10所示。機(jī)械手控制中P1.2為機(jī)械手小臂收縮輸入端，P1.3為機(jī)械手小臂伸出輸入端，P0.3，P0.4，P0.5分別為機(jī)械手小臂伸縮輸出端。 小臂伸出（X軸正轉(zhuǎn)）子程序 小臂收縮（X軸反轉(zhuǎn)）子程序 圖4-10 小臂伸縮子程序 （2）機(jī)械手大臂上下子程序流程如圖4-11所示。P1.4為機(jī)械手大臂下降輸入端，P1.5為機(jī)械手大臂上升輸入端，P0.6，P0.7，P2.7分別為機(jī)械手大臂上下輸出端。 大臂上升（Y軸大臂正轉(zhuǎn)）子程序 大臂下降（Y軸大臂反轉(zhuǎn)）子程序 圖4-11 大臂上下子程序 （3）控制機(jī)械手機(jī)體前后移動中，P1.0為機(jī)械手基座后移輸入端，P1.1為機(jī)械手基座前移輸入端，P0.0，P0.1，P0.2分別為機(jī)械手基座左右旋輸出端，機(jī)械手基座左右旋子程序流程如圖4-12所示。 基座前移（Z軸正轉(zhuǎn)）子程序 基座后移（Z軸反轉(zhuǎn)）子程序 圖4-12 基座前后平移子程序 （4）控制機(jī)械手手爪的夾緊與放松中，P3.0為機(jī)械手手爪夾緊輸入端，P3.1為機(jī)械手手爪放松輸入端，P2.3為機(jī)械手手