引言

在當今大規模制造業中，企業為提高生產效率,保障產品質量，普遍重視生產過程

的自動化程度，工業機器人作為自動化生產線上的重要成員，逐漸被企業所認同并采

用。工業機器人的技術水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業自動化

的水平。目前，工業機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞

動強度極大的工作，一般采取示教再現的工作方式.

“工業機器人”（IndustrialRobot多數是指程序可變（編的獨立的自動抓取、搬運

工件、操作工具的裝置，國內稱作工業機器人或通用機器人。

機器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。簡而言

之,機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作

要求以操縱工件進行加工。機器人具有結構簡單、成本低廉、維修容易的優點，但

功能較少，適應性較差。目前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人.而把

工業機器人稱為通用機器人。

要機器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、

臂、關節等部分組成的抓取和移動機構一執行機構;像肌肉那樣使手臂運動的

驅動——傳動系統;像大腦那樣指揮手動作的控制系統。一般而言,機器人通常就

是由這三部分組成,這些系統的性能就決定了機器人的性能。

1機器人介紹

1.1機器人簡介

機器人（Robot是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮,又可以運

行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是

協助或取代人類的工作，例如生產業、建筑業，或是危險的工作。它是高級整合控制

論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。在工業、醫學、農業、建筑業甚

至軍事等領域中均有重要用途。

現在，國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般來說，人們都可以接受這

種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標

準化組織采納了美國機器人協會給機器人下的定義:“一種可編程和多功能的操作機;

或是為了執行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統。”它能為

人類帶來許多方便之處。

中國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種

機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。

而特種機器人則是除工業機器人之外的,用于非制造業并服務于人類的各種先進機

器人,包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機

器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快,有獨立成體系的趨勢,如服務

機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，

從應用環境出發將機器人也分為兩類:制造環境下的工業機器人和非制造環境下的

服務與仿人型機器人，這和中國的分類是一致的。

1.2機器人的研究歷史及現狀

機器人首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出世界二第

一臺機器人。它的結構特點是機體上安裝一個回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓

放機構，控制系統是示教型的。

日本是工業機器人發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種典

型機器人后，大力開展機器人的研究。

目前,工業機器人主要用于裝卸、搬運、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論是數

量、品種，還是性能方面都還不能完全滿足工業生產發展的需要。使用工業機器人

代替人工操作的,主要是在危險作業、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適

于人工作業的工作

環境。

在國外機械制造業中，工業機器人應用較多，發展較快。目前主要應用于機床、

模鍛壓力機的上下料,以及點焊、噴漆等作業,它可按照事先制訂的作業程序完成

規定的操作，但還不具雀傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發生某些偏離時，就

會導致零部件甚至機器人本身的損壞。

我國雖然開始研制工業機器人的時間僅比日本晚5?6年，但是由于種種原因，工

業機器人技術的發展比較慢”目前我國已開始有計劃地從國外弓I進工業機器人技

術，通過引進、仿制、改造、創新,工業機器人將會獲得快速的發展。

1.3機器人的發展趨勢

隨著現代化生產技術的提高，機器人的設計生產能力進一步得到加強，尤其當機

器人的生產與柔性化制造系統相結合，從而改變目前機械制造的人工操作狀態提高

了生產效率。

就目前來看，現代工業機器人有以下幾個發展趨勢：

1提高運動速度和運動精度,減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標準

化和模塊化,將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結構不同的機器

人。2開發各種新型結構用于不同類型的場合，如開發微動機構用以保證精度;開發

多關節多自由度的手臂和手指;開發各類行走機器人，以適應不同的場合。

3研制各類傳感器及檢測元器件，如,觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器

等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環境信息、位置信息、狀態信息以完成模式

識別、狀態檢測。并采用專家系統進行問題求解、動作規劃，同時，越來越多的系統

采用微機進行控制。

對于現代智能機器人而言，還具有智能系統，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言

識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機器人''眼睛"，使它能識別物體和躲避障礙

物，以及機器人的觸覺裝置。

1.4運輸機器人的應用簡況

在現代工業中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業中,

加工、裝配等生產是不連續的。專用機床是大批量生產自動化的有效辦法，數控機

床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。

但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業，有待于進一步實現

機械

化。據資料介紹,美國生產的全部工業零件中，有75%是小批量生產;金屬加工生

產批量中有四分之三在50件以下,零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時

間的5%。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，運輸機器人就是為實

現這些工序的自動化而產生的。機器人可在空間抓放物體,動作靈活多樣，適用于可

變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。

2運輸機器人機械部分設計

2.1運輸機器人設計概況

本運輸機器人用于生產線各工序之間零件的搬運，所搬運零件為法蘭盤,如圖2-

1所示。當工件的一道工序加工完之后，通過按鈕呼叫運輸機器人，機器人將工件搬

到下一道工序，設計機器人的手臂長度為導軌與加工完的工件放置位置的距離.使手

抓始終在工件的上端，機械手臂只需上下移動而無需伸縮，手抓始終水平放置，使機械

手結構簡單，本機械手需要3個自由度，手臂的上下移動，手抓張合，運輸機器人在導

軌上的移動。

圖2-1法蘭盤

Fig.2-1flangeconstructed

本設計主要有機身、手臂、機械手。手部的一個直線液壓缸通過機械結構實現

手抓的張合，機身一個直線液壓缸實現機身帶動手臂的上下移動，機身通過三相異步

電動機的正反轉實現的運輸機器人在導軌上的移動。

本運輸機器人由機械手和導軌小車組成，機械手采用平動搬運機械手設計，導軌

小車用雙向電動機驅動小車在導軌上移動。本部分設計的主要任務是完成結構方

面的設計。在本章中進行了坐標形式、自由度、驅動機構的確定。

法蘭（Flange又叫法蘭盤或凸緣盤。法蘭是使管子與管子相互連接的零件，連接

于管端。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組

合密封結

構的可拆連接，管道法蘭系指管道裝置中配管用的法蘭，用在設備上系指設備的

進出口法蘭。法蘭上有孔眼，螺栓使兩法蘭緊連。法蘭間用襯墊密封。法蘭分螺紋

連接（絲扣連接法蘭和焊接法蘭和卡夾法蘭。

2.2機械手的設計

2.2.1工業機械手在生產中的應用

機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多

工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。

在現代工業中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業的自動化水

平越來越高，現代化加工車間,常配有機械手，以提高生產效率,完成工人難以完成的

或者危險的工作。可在機械工業中,加工、裝配等生產很大程度上不是連續的。據

資料介紹，美國生產的全部_L業零件中，有75%是小批量生產;金屬加生產批量中

有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。

從這里可以看出,裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工

序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有:注塑工業中從模具

中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產工序;機械手加工行業中用于取料、送

料;澆鑄行業中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現這類工作的搬運機械手為

研究對象。

下面具體說明機械手在工業方面的應用。

1建造旋轉零件（轉軸、盤類、環類自動線

一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。國內這類生產線很多，如沈陽永泵廠

的深井泵軸承體加工自動線（環類，大連電機廠的4號和5號電動機加工自動線（軸

類，上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類等。

加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件,也有采用機械

手的,如上海動力機廠的氣蓋加工自動線轉位機械手。

2在實現單機自動化方面

各類半自動車床,有自動加緊、進刀、切削、退刀和松開的功能,單仍需人工上

下料;裝上機械手,可實現全自動化生產,一人看管多臺機床。目前,機械手在這方

面應用很多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手,大連第二車床

廠的自動循環液壓仿行車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機

床廠的滾銃花鍵機床機械手等v由于這方面的使用已有成功的經臉，國內一些機床

廠已在這類產品出廠是就附上

機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生

產線機械手（生產線中有兩臺多工位機床和天津二注塑機有加料、合模、成型、分

模等自動工作循環,裝上機械手的自動裝卸工件，可實現全自動化生產。目前機械手

在沖床上應用有兩個方面:一是160t以上的沖床用機械手的較多。如沈陽低壓開關

廠2001環類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠400（沖床的下料機械

手等;其一是用于多工位沖床,用作沖壓件工位間步進輕局技術研究所制作的1201

和40t多工位沖床機械手等。

3鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面

模鍛方面，國內大批量生產的31、5t、101模鍛錘，其所配的轉底爐,用兩只機

械手成一定角度布置早爐前，實現進出料自動化。上海柴油機廠、北京內燃機廠、

洛陽拖拉機廠等已有較成熟的經驗。

2.2.2機械手的組成

工業機械手由執行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。

執行機構

1手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構

簡單。手部多為兩指（也有多指;根據需要分為外抓式和內抓式兩種;也可以用負壓

式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的,光滑表面的零件或薄板零件和電磁吸盤。

2腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來調節被抓物體的方位，以擴大機械手的動

作范圍，并使機械手變的更靈巧,適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉運動、

上下擺動、左右擺動。本設計只要求上下移動，要求功能較簡單，一般腕部設有回轉

運動再增加一個上下運動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了

簡化結構,可以不設腕部，而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。

3臂部手臂部件是機械手的重要握持部件3它的作用是支撐腕部和手部（包括

工作或夾具，并帶動他們做空間運動。

臂部運動的目的:把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態

（方位，則用腕部的自由度加以實現。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足

基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉、升降（或俯仰運動。

手臂的各種運動通常用驅動機構（如液壓缸或者氣缸和各種傳動機構來實現，從

臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷.而且自身運

動較為多，受力復雜。因此，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度

直接影響機械手的工作性能。

4行走機構

有的工業機械手帶有行走機構。

驅動機構是工業機械手的重要組成部分。根據動力源的不同，工業機械手的驅

動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅動機械

手，結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。

2.2.3機械手基本形式的選擇

圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設計采用

圓柱坐標。根據設計要求，本機械手有3個自由度:手抓張合、手臂升降、機身在導

軌上移動。本設計由3大部件（手爪、手臂、機身和兩個液壓缸、一個雙向電動機

驅動。手爪張合、手臂上下移動采用直線液壓缸移動，機器人在導軌上移動采用雙

向電動機驅動。

2.2.4手部設計基本要求

1有適當的夾緊力

手部在工作時，應具有適當的夾緊力,以保證夾持穩定可靠，變形小,且不損壞工件

的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調節，對于笨重的

工件應考慮采用自鎖安全裝置。

2有足夠的開閉范圍

夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變

化量稱為開閉范圍。對于回轉型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度

表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關,如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺

寸,一般來說，如工作環境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2-2所示。

3力求結構簡單，重量輕,體積小

手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態多變,其結構，重量和體積直接影響整個

機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時,必須力求結構

簡單,重量輕，體積小。

4手指應有一定的強度和剛度

5其它要求

因此送料，夾緊機械手，根據工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式

用常閉式彈簧夾緊，松開時,用單作用式液壓缸。此種結構較為簡單，制造方便。

Fig.2-1flangeconstructed

2.2.5選擇手爪的類型及夾緊裝置

手抓張合角丫△=（）

60,夾取重量為5Kg。常用的工業機械手手部，按握持工件的原理，分為夾持和

吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體，不適合用于

本方案。本設計機械手采用夾持式手指，夾持式機械手按運動形式可分為回轉型和

平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動，這種手指結構簡單，適于夾持

平板方料，且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置，其理論夾持誤差零。若采

用典型的平移型手指，驅動力需加在手指移動方向上，這樣會使結構變得復雜且體

積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。

通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉型手抓，采用滑槽杠桿這種結構方式。夾緊

裝置選擇常開式夾緊裝置,它在彈簧的作用下機械手手抓閉和,在壓力油作用下,彈

簧被壓縮,從而機械手手指張開。

2.2.6手抓的力學分析

下面對其基本結構進行力學分析［1］：滑槽杠桿圖2-3(a為常見的滑槽杠桿式手

部結

構。

(a(b

圖2-3滑槽杠桿式手部結構、受力分析

1------手指2------銷軸3------杠桿

Fig.2-3chutehandlevertypestructure,stressanalysis

1—fingers2—pinshaft3—lever

在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F,并通過銷軸中心O點,兩手指1的滑

槽對銷軸的反作用力為F1和F2,其力的方向垂直二滑槽的中心線loo和2oo并指

向。點，交1F和2F的延長線于A及B。

由xFg=0得：12FF=

yFZ=o得：

12cosFFa

=?

11FF=-O1M￡(F=0得，

lNFF=h

cosaha

F=22cosNb

Fa

a(2-1

式中a——手指的回轉支點到對稱中心的距離［mm.

a——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點的夾角。

由分析可知，當驅動力F一定時,a角增大，則握力NF也隨之增大，但a角過大

會導

致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好a=030-0

40o

2.2.7夾緊力及驅動力的計算

手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據［2］。必須對大小、方向和作

用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀

態變化的慣性力產生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態。手指對工件的夾累力

可按公式計算：121

NFKKGR

>

(2-2

式中P……機械手橡膠與工件的摩擦系數；1K——安全系數、通常122.0;

2k——工作情況系數，主要考慮慣性力的影響°可近似按下式估21b

Ka

二+其中a,重力方向的最大上升加速度;max

vat=

響

maxv-----運載時工件最大上升速度

t響——系統達到最高速度的時間，一般選取0.030.5sG——被抓取工件所受

重力(No

表2-1液壓缸的工作壓力

Table.2-1hydrauliccylinderpressureofwork

F/N

液壓缸工作壓力/Mpa

F/N液壓缸工作壓刀/Mpa

/J\T50000.8-120CO0-300002.0-4.05000-100001.5-230000-50000

4.0-5.010000-20000

2.5-3

50000以上

5.0-8.0

計算[3]:設a=40mm,b=20mm,010<a<040;機械手達到最高響應時間為0.5s,求

夾緊力NF和驅動力F和驅動液壓缸的尺寸。

1設11.5K=

21b

Ka

=+

==1p=0.8

根據公式，將已知條件帶入：

NF=l/0.8xl.5xlx5x9.8=92N2根據驅動力公式得：

(2

240=

309227620

FCOSNxxx=計算3取0.85q=

276

=3250.85

FFNr|

計算

實際4確定液壓缸的直徑D

(2

24

FDdp7i

-實際(2-3

選取活塞桿直徑d=0.5D,根據表2-1選擇液壓塞壓力油工作壓力

P=0.8-lMPa,

26Dmm二

4G.I4電

^p(l-0.52)^p(|-0.52)

二根據表2-2(JB826-66，選取液壓缸內徑為:D=32mm則活塞桿內徑為：

d=32x0.5=16mm

表2-2液壓缸的內徑系列[4](JB826-66(mmTabic.2-2theinnerdiameterofthe

hydrauliccylinderseries(JB826-66

2025324050556365707580859095100105110

125

130

140

160

180

200

250

2.2.8手抓夾持范圍計算

為了保證手抓張開角為0

60,活塞桿運動長度為12mm。手抓夾持范圍，三指長40mm,當手抓沒有張開

角的時候，如圖2-4所示,根據機構設計，它的最小夾持半徑IR=20,當張開

060時，如圖2-4(b所示,最大夾持半徑2R計算如下[5]:

00240tan3020cos3046mmR=x+4-=

機械手的夾持半徑從20—46mm

(a(b

圖2.4手抓張開示意圖

Fig.2-4handgraspopenschemes

2-3彈簧的設計計算

圓柱形螺旋彈簧受軸向壓縮和軸向拉伸載荷時,彈簧絲的受力情況完全相同，本

設計使用壓縮彈簧，現就壓縮彈簧進行設計計算。選擇彈簧是壓縮條件.選擇圓柱壓

縮彈簧。如圖2?5所示，計算過程如下。

4620

圖2.5圓柱螺旋彈簧的幾何參數

Fig.2-5cylindricalhelicalspringthegeometricparameters

1選擇畦鎰彈簧鋼查取許用切應力口800MPat=2選擇旋繞比，常用初選范圍為

5—8,初選C=6410.615

446

CKCc

+

-(2-4410.615446

CKC--

+

-=4610.615

1.254646x-+=x-3選擇彈簧中徑D=24mm,估算彈簧絲直徑

2446

DdmC=

=4切應力

max

3

8KDFd

T7t==22881.253256==388d3.144KFCmpanxxxxmax[]TT<強度滿足要求5彈

簧絲育徑d的設計計算是為

'd>(2-5

,d

為方便計算和制造取d=4mm

6根據變形情況確定彈簧圈的有效圈數：

根據設計計算液壓缸液壓桿的行程為12mm即X=12m對于壓縮彈簧

Z=

3

8Gd

FCX(2-6G-------彈簧材料的剪切彈性模量,查表得G=80000610xZ--------彈

簧的工作圈數

Z=3

8Gd

FC

1=6380000100.0120.00483256xxxxx=6.8彈簧的工作圈數z應大于2.5圈，否

則應重選彈簧指數C,并計算d和z。為方便制造,當計算出的zS5時，取z為0.5

的倍數;當z>15時，取z為整數。

因此取z=7,彈簧總圈數lz=z+l.5=8.5圈7彈簧剛度

C=38F

Gd

Cz

X==63

800100.004868.5xxxx=27N/mm8彈簧尺寸的確定

彈簧的中經D=24mm,彈簧絲直徑d=4mm,彈簧小徑ld=24-4=20mmDD=-，彈

簧大徑2=24+4=28mmDDd=+

彈簧長度:0H。當lz=z+1.5時0H=pz+d節距p=d+6,一般p=D/2—D/3D=24

P=8—12取p=8mm所以OH=8x8.5+4=72取OH=72mm

7對于壓縮彈簧穩定性的驗算

對于壓縮彈簧如果長度較大時，則受力后容易失去穩定性，這在工作中是不允許

的。為了避免這種現象壓縮彈簧的長細比072b二

324

HD;=,本設計彈簧是2端自由，但中間有活塞桿作為導桿，可作為兩端固定考

慮。

當兩端固定時,5.3b￡當一端固定;一端自由時,3.7bS;當兩端自由轉動時,2.6b

<o

結論本設計彈簧b=305.3,因此彈簧穩定性合適。8疲勞強度和應力強度的驗

算。

對于循環次數多、在變應力下工作的彈簧,還應該進一步對彈簧的疲勞強度和

靜應力

強度進行驗算（如果變載荷的作用次數3

IONJ或者載荷變化幅度不大時,可只進行靜應

力強度驗算。

現在由于設計是在恒定載荷情況下，所以只進行靜應力強度驗算。計算公式：

max

caS

SSSSTT=

N（2-7sS選取1.3-1.7（力學性精確能高

max3

8KDFd

T7t=(2-8max

3

8KDFd

T7r==22881.253256

==388d3.144KFCmpanxxxx66

max800102.063881Oca

sSSTTX===X

結論:經過校核，彈簧適應。

2.4腕部的設計

2.4.1腕部的設計要求

1力求結構緊湊、重量輕

腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部

的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能。因此,在掩部

設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。

2結構考慮，合理布局

腕部承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外,

還應綜合考慮，合理布局,解決好腕部與臂部和手部的連接。

3必須考慮工作條件

對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料,因此不太受環

境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中,所以對機械手的腕部沒有太多不利

因。

2.4.2腕部的結構

根據本設計的方案，機械手無需轉動，因此無需轉動液壓缸,腕部只包含驅動手爪

的直線型液壓缸，因此腕部的結構較簡單。腕部和手爪設計成一個整體.通過螺栓組

與手臂連接。

圖2-6手爪、手腕不意圖

Fig.2-6paws,wristschemes

如圖2-6所示，機械手的腕部主要包含一個直線型液壓缸,當液壓缸沖入壓力油

時,液壓缸右腔壓力上升,彈簧壓縮、液壓桿左移,機械手抓打開夾取物體，當液壓

缸卸載時，

壓力消失，彈簧壓力推動液壓桿右移，此時手爪夾有物體.所以液壓桿不能右移，此

時靠彈簧壓力夾緊工件。腕部右端通過螺栓組與手臂連接。

2.4.3手腕螺栓組的設計及校核

手腕通過螺栓組與手臂連接，因此要進行螺栓組的校核⑹。螺栓組有兩個水平

布置的螺栓組成,采用普通螺栓，通過預緊力產生的摩擦力傳遞載荷。連接螺栓的中

心線之間的距離是30mm，如圖2-7所示。

圖2-7螺栓組受力圖

Fig2-7boltbytryingtogroup運輸機器人的手爪、工件、手腕可以等效為一個

質點，等效質量為10kg，重F=100N,距離螺栓組的中心的距離為80mm。對螺栓組

進行受力分析，機械手手抓、工件、手腕的等效重力可以等效為作用在螺栓組中心

的一個豎直向下的力和一個逆時針方向的等效力矩。如圖4-2所示.

重力作用在每個螺栓上的力的力：

1F=2F=1OO2

二50N翻轉力矩:M=GL(2-9

M=GL=100x0.08M=8NM?

由力矩產生的力：2F二

Mr(2-102F=Mr=80.015m

NM-=533N.,.maxF=1F+2F=50+533=583N

螺栓和鑄鐵之間加油橡膠墊圈以增加摩擦力，取n=07預緊力：

Q=maxF/r|=583N/0.7=833N

螺釘材料選擇Q235,取4.6級,240smpao=取安全系數n=1.5

240[]1601.5

s

mpanoo===緊螺栓連接在裝配時必須將螺母擰緊，所以螺栓螺紋部分不僅受

預緊力PQ所產生的拉

應力的作用，同時還收螺紋副間的摩擦力矩所產生的扭轉應力的作用。

由于螺栓材料是塑性材料，且受拉伸與扭轉復合應力，故可按第四強度理論來確

定螺栓螺紋部分的應力計算，即

y]a+3r.yjcr+3r.

2L3caoo=(2-11本設計螺栓為只受預緊力的緊螺栓連接，這種螺栓連接不受

軸向工作載荷，只受預緊力的作用。預緊力的大小可由下式來確定。螺栓危險刨面

的強度條件為

1.3[]caooo=<

即2

1

1.3[]4PQdo<(2-12

或

ld>

（2-13

J3+3，

J4召（（回

12.93dmm>=取d=5mm為公稱直徑的普通螺栓。

2.5臂部的設計

2.5.1臂部設計的基本要求

1臂部應承載能力大、剛度好、自重輕

根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。提高支撐剛度和合理選擇支撐

點的距離。合理布置作用力的位置和方向。注意簡化結構。提高配合精度。

2臂部運動速度要高，慣性要小

機械手手部的運動速度是機械手的主要參數之一,它反映機械手的生產水平。

對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在10001500

ms,最大回轉角速度設計在0180內，大部分平均移動速度為1000mms，平均回

轉角速度在090。在速度和回轉角速度一定的情況下,減小自身重量是減小慣性的

最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑：

減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。

減少臂部運動件的輪廓尺寸。

減少回轉半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮，盡可能

在較小的前伸位置下進行回轉動作。

驅動系統中設有緩沖裝置。

3手臂動作應該靈活

為減少手臂運動之間的摩擦阻力.盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂

式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對

升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發生機構卡死（自鎖現象。為此，必須計算使

之滿足不自鎖的條件。

2.5.2臂部的設計方案

根據本運輸機器人的設計方案，機械手臂只需要上下移動，并不需要伸縮。運輸

機器人在導軌上移動，導軌和運輸帶末端的距離一定，所以設計好臂長就能保證機械

手對工件的夾取,那么機器人的手臂就只有一個上下移動的自由度，而手臂的升降通

過機身的直線的液壓缸實現。手臂結構如圖2-8所示。

圖2-8手臂不意圖

Figure2-8armschemes

2.5.3機械手臂的螺栓組設計及計算

機械手臂比較簡單,無旋轉液壓缸和直線液壓缸，機械手臂采用鋁合金材質，重量

較輕，手臂截面采用工字型結構如圖2-9所示，結構承載能力高。機械手臂通過螺栓

組與機身連接，手腕通過螺栓組與手臂連接,因此要進行螺栓組的校核。螺栓組有兩

個水平布置的螺栓組成，采用普通螺栓，通過預緊力產生的摩擦力傳遞載荷。連接螺

栓的中心線之間的距離是60mm。

圖2-9手臂截面

Fig.2-9armsection機械手手爪、手腕、手臂可以等效成一個重12kg，距離螺

栓組中心約為400mm的重力，根據理論力學的知識可以將機構的偏重力等效為一

個過螺栓組中心的重力和一個力偶。

重力作用在每個螺栓上的力的力1F=2F=1202

=60N翻轉力矩:M=GL=120x0.4M=48NM?

由力矩產生的力：2F=2ML=4820.03

NM-x=800NMmaxF=1F+2F=60+800=860N

螺栓和鑄鐵之間加油橡膠墊圈以增加摩擦力，取『0.7

預緊力：Q=maxF/)1=860N/0.7=1229N

螺釘材料選擇Q235,取4.6級,240smpao=取安全系數n=1.5

240[]1601.5

s

mpan。（尸==緊螺栓連接在裝配時必須將螺母擰緊,所以螺栓螺紋部分不僅受

預緊力PQ所產生的拉應力的作用，同時還收螺紋副間的摩擦力矩所產生的扭轉應

力的作用。

由于螺栓材料是塑性材料，且受拉伸與扭轉復合應力，故可按第四強度理論來確

定螺栓螺紋部分的應力計算，即

1.3caoo===

:222

^<7+3rr^<r+3rz

遼寧J_程技術大學畢業設計（論文

本設計螺栓為只受預緊力的緊螺栓連接，這種螺栓連接不受軸向工作載荷，只受

預緊力的作用。預緊力的大小可由下式來確定。螺栓危險刨面的強度條件為

1.3[]caaao=<

即

21

1.3[]4

P

Qdo<

或

ld>

4x1.3。〃

加。］

13.5dmm>

4x1.30,

取d=10mm為公稱直徑的普通螺栓。

2.6機身的設計計算

機身是直接支撐和驅動手臂的部件。一般實現手臂的回轉和升降運動,這些運

動的傳動機構都安在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運

動越多，機身的機構和受力情況就越復雜。機身是可以固定的，也可以是行走的.既可

以沿地面或架空軌道運動。

2.6.1機身的整體設計

機身承載著手臂.升降運動,是機械手的重要組成部分。常用的機身結構有以

下幾種：回轉缸置于升降之下的結構。這種結構優點是能承受較大偏重力矩。其缺

點是回轉運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉精度的影響較大。

回轉缸置于升降之上的結構。這種結構采用單缸活塞桿，內部導向，結構緊湊。

但回轉缸與臂部一起升降，運動部件較大。

活塞缸和齒條齒輪機構。手臂的回轉運動是通過齒條齒輪機構來實現:齒條的

往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉，從而使手臂左右擺動。

分析：

根據本設計的要求,本設計只要求機身的升降。本設計機身包括兩個運動,如

圖所示,。活塞桿采用空心,內裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導向。

花鍵軸與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下端蓋與小車的外殼固定。這樣就固定了花

鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結構是導向桿在內部，結構緊湊。具體結

構見圖2-10。

王林:車間運輸機器人系統設計

圖2-10機身的結構

Fig.2-10thestructureofthefuselage

2.6.2手臂偏重力矩的計算

i-------r[irn]

圖6-2手臂各部件中心位置圖Fig.6-2armpartscenterlocations

1零件重量G工件、G爪、G腕、G臂等。

=5kgG工件

現在對機械手手臂散粗略估算:G爪和G腕總共5Kg

二2kgG臂

G=總G工件+G爪+G腕+G臂=12Kg

2計算零件的重心位置，求出重心到回轉軸線的距離Po

p工件=600mm

P手和腕=500inmc臂=200mm

GGGGpppp++=

手腕手腕工件工件臂臂

總

(2-14

GGGGpppp-H-=

手腕手腕工件工件臂臂

總

=492mm

所以，回轉半徑p=492mm3計算偏重力矩

MGp*偏

MGpj軟偏=12kgx0.492mx10=59NM[7]

2.6.3升降不自鎖條件分析計算

手臂在G總的作用下有向下的趨勢，而里柱導套有防止這種趨勢。由力的平衡

條件有：

1RF=2RFlRFh=G總p

即lRF=2RF=Ghp總

所謂的不自鎖條件為：

G總1

12122RFFFFf>+==

即G總2>Gh

P總f

2hfp>

取0.16f二則

0.32hp>

當p=492mm時,0.32p=l57.5mm

因此在設計中必須考慮到立柱導套必須大于157.5mm。

2.6.4手臂做升降運動的液壓缸驅動力的計算

FFFFG=++土慣摩密

式中F摩一摩擦阻力

12FFf=摩取f=0.16

G——零件及工件所受的總重。1F慣的計算

Gv

Fgt

A=

△總慣（2-15設定速度為AV=4min;起動或制動的時間差At=0.02s;G總近似

估算為80Kg;將數據帶入上面公式有：

GvFgt△=

A總慣809.80.0672689.80.02s

Ns

xx==x2F摩的計算

12RFFf

二摩

12809.80.49225070.157RRGKgNKgmFFNhm

pxX==

==總1

2RFFf==g2x25070.16x=802.24N

3液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算0.03FF二密

最后通過以上計算

當液壓缸向上驅動時,F=3575N

當液壓缸向下驅動吐F=3575-(800x2=1975N

2.6.5液壓缸工作壓力和結構的確定

經過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力F=3575N,根據表3.1選擇液壓缸的工

作壓力P=lMPa

1確定液壓缸的結構尺寸

液壓缸內徑的計算.如圖2-11所示。

F

FI

圖2-11雙作用液壓缸示意圖

Figure2-11dualactionhydrauliccylinderschemes

當油進入無桿腔，

2

14

DFFp

兀nn

當油進入有桿腔中：

(

2224

DdFFp

兀甲1

液壓缸的有效面積:

lFSp=

故有

D=

（有桿腔（2-17

因

F=3575N,lp6=110pax,選擇機械效率前.95=將有關數據代入:

===根據表2-2（JB826-66，選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=70mm。2液壓缸

外徑的設計

根據裝配等囚素片慮到液壓缸的臂厚在1。山山,所以該液壓缸的外徑為

90mm。3活塞桿的計算校核

活塞桿的尺寸要滿足活塞(或液壓缸運動的要求和強度要求。對于桿長L天于

直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算:[]24F

doo=<(2-18

設計中活塞桿取材科為碳剛，故口。100120^^2=,活塞直徑d=50mm,現在進行

校核。

6622

35752.8510100100.0544F

Mpado==x<xx結論:活塞桿的強度足夠。

2.6.6電動機的選擇

機身部使用了1個電機，該電動機通過正反轉帶動運輸機器人在導軌上雙向移

動。選擇Y90S-4型電機，屬于籠型異步電動機。采用B級絕緣，外殼防護等級為

IP44,冷卻方式為I(014即全封閉自扇冷去U,額定電后為380V，額定功率為50HZ。

如表2.3Y90S-4電動機技術數據所示：

表2-3Y90S-4電動機技術數據

Table.2-3Y90S-4motortechnologydata

型號/KWAr/min/%

數/A/NM/NM

Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2

2.7機身傳動機構設計

運輸機器人通過三相異步電動機的正反轉帶動機身在導軌上的做雙向移動，為

此需要設計傳動機構。電動機的輸出轉速很高，因此要通過減速來達到需要的轉

速。本設計通過二級齒輪實現電動機的減速[8],如苗2-12所示。

電機轉速n=1400r/min，初選傳動比i=20,選擇齒輪的模數為2,

齒輪1取齒數Zl=20,則d1=mz=2x20=40mm

齒輪2齒數Z2=ilxZ1=4x20=80,d2=mz=2x80=160mm

齒輪3齒數Z3=20,則d3=mz=2x20=40mm

齒輪4齒數Z4=i2xZ3=5x20=100,d4=mz=2xl00=200mm輸出轉速

nl=n/20=1400/20=70i7min=1.17r/S

設計輪子直徑為100mm,速度v=n1x3.14x

XX

齒輪3懿4

XX

100=367mm/s

圖2-12傳動機構

Fig.2-12transmissionmechanism

3運輸機器人的控制系統的設計

3.1可編程控制器的簡介

可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController,PLC[9],它采用一類可編程

的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作

等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過

程。可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業控制的計算機,其硬件結構基本上與

微型計算機相同,基本構成為：

1電源

可編程邏輯控制器的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良

好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源

的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%（+15%范圍內，可以不采取其

它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。

2中央處理單元（CPU

中央處理單元（CPU是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制

器系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據;檢查電源、存

儲器、I/O以及警戒定時器的狀態,并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏

輯控制器投入運行時，苣先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據.并分

別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按

指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有

的用戶程序執行完畢之后.最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據

傳送到相應的輸出裝置,如此循環運行，直到停止運行。

為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性,近年來對大型可編程邏輯控制器

還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU

出現故障，整個系統仍能正常運行。

3存儲器

存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。

存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

4輸入輸出接口電路

現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控

制器與

現場控制的接口界面的輸入通道。現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選

通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現場輸出接口電路向現場

的執行部件輸出相應的控制信號。

5功能模塊

如計數、定位等功能模塊。

6通信模塊

3.2PLC的發展

1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求；

1969年，美國數字設備公司研制出了第一臺可編程邏輯控制器PDP—14,在美

國通用汽車公司的生產線上試用成功，首次采用程序化的手段應用于電氣控制.這是

第一代可編程邏輯控制器，稱Programmable，是世界上公認的第一臺PLC°

1969年，美國研制出世界第一臺PDP-14;

1971年，日本研制出第一臺DCS-8;

1973年，德國研制出第一臺PLC;

1974年，中國研制出第一臺PLCO

20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可

編程邏輯控制器增加了運算、數據傳送及處理等功能,完成了真正具有計算機特征

的工業控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規控制概念相

結合的產物。個人計算機發展起來后,為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可

編程邏輯控制器定名為ProgrammableLogicController(PLCo

20世紀70年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發展階段，計算機技術已

全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、

更可靠的J.業抗干擾設計、模擬量運算、P1D功能及極高的性價比奠定了它在現

代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業國家中已獲得

廣泛應用。世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可

編程控制器已步入成熟階段。20世紀80年代至90年代中期,是可編程邏輯控制器

發展最快的時期,年增長率一直保持為30?40%。在這時期,PLC在處理模擬量能

力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器

逐漸進入過程控制領域衣某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS

系統。

20世紀末期,可編程邏輯控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。這

個時期

發展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機

界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業控制設備的配套更加容易。

在可編程邏輯控制器系統設計時,首先應確定控制方案，下一步工作就是可編程

邏輯控制器工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。

可編程邏輯控制器及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成

一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應是在相關工業領

域有投運業績、成熟可靠的系統，可編程邏輯控制器的系統硬件、軟件配置及功能

應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程

語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特

點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求估算

輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設備特性

等，最后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設計相應的控制系統。

3.3PLC的應用概況

PLC的應用領域非常廣,并在迅速擴大,對于而今的PLC幾乎可以說凡是需要

控制系統存在的地方就需要PLC,尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛

應用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業。

按PLC的控制類型,其應用大致可分為以下幾個方面。

1用于邏輯控制

這是PLC最基本，也是最廣泛的應用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制

器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。

2用于模擬量控制

PLC通過模擬量I/O模塊，可實現模擬量和數字量之間轉換，并對模擬量控制。

3用于機械加工中的數字控制

現代PLC具有很強的數據處理功能，它可以與機械加工中的數字控制（NC及計

算機控制（CNC緊密結合，實現數字控制。

4用于工業機器人控制

5用于多層分布式控制系統

高功能的PLC具有較強的通信聯通能力,可實現PLC與PLC之間、PLC與遠

程I/O之間、PLC與上位機之間的通信。從而形成多層分布式控制系統或工廠自

動化網絡。

3.4PLC的特點

1可靠性高、抗干擾能力強

PLC能在惡劣的環境如電磁干擾、電源電壓波動、機械振動、溫度變化等中

可靠地工作,PLC的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的FI系列PLC平均無故

障時間間隔長達30萬小時，這是一般微機所不能比擬的。

2控制系統構成簡當、通用性強

由于PLC是采用軟件編程來實現控制功能,對同一控制對象，當控制要求改變

需改變控制系統的功能時，不必改變PLC的硬件設備，只需相應改變軟件程序。

3編程簡單、使用、維護方便

4組合方便、功能強、應用范圍廣

PLC既可用于開關量的控制又可用于模擬量的控制;既可用單片機控制,又可用

于組成多級控制系統;既可控制簡單系統,又可控制復雜系統。因此,PLC應用范圍

很廣。5體積小、重量經、功耗低

PLC采用了半導體集成電路，外形尺寸很小,重量輕，同時功耗也很低，空載功耗

約1.2KW。

3.5運輸機器人的設計要求

本課題為車間運輸機器人系統設計，用于車間不同工序之間工件的搬運,本次設

計為三條工序的運輸程序,如圖有三道工序,四個限位開關,其中第二道工序有兩個

限位開關,SQ2用于放置從第一道工序搬運到的工件,SQ3用于第二道工序加工后零

件的放置。運輸機器人通過導軌在各道工序之間運行。在圖中有有六個輸入端，分

別是第一道工序的呼叫按鈕X6,當地一道工序加工完后，操作工人按下呼叫按鈕X6,

信號傳入PLC，運輸機器人將工件搬到下一道工序。第二道工序的呼叫按鈕X7,當

工件完成第二道工序的加工后,操作工人按下呼叫按鈕X7,信號傳入PLC,運輸機器

人將工件運到下一道工序。此外還有限位開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4,分別對應

XI、X2、X3、X0,當運輸機器人處于限位開關位置時，開關量接通并將信號傳入

PLC。在運輸機器人上有兩個行程開關X4,X5。其中X4為上行開關,X5為下行

開關。

m?TO

uu

圖3?1運輸機器人工作示意圖

Figure3-1transportationrobotsworkschemes

運輸機器人的機械手設計成始終處于加工后工件上方的直線空間內，即機器人

位于限位開關M,機械手始終位于工件的正上方，所以機械手只需具有上下移動加

緊、放松的功能即可,因此降低了對機械手功能的要求。機械手的夾緊放松由直線

型液壓缸和機械結構實現，并有雙向電磁閥控制。機械手的上下移動同樣由直線型

液壓缸實現,由雙向電磁閥控制。小車在導軌的移動由雙向電動機實現，由兩個開關

控制正反轉。系統還有YO、Yl、Y2、Y3、Y4五個輸出，其中Y0接通機械手上

行,Y1接通機械手下行,Y2接通時機器人右行,Y3接通時機械手左行,Y4

上及任

OIIQTRfi

工

接通時機械手夾緊。

圖3-2運輸機器人工作示意圖

Figure3-2transportrobotsworkschemes

3.6編程原理分析

1當運輸機器人停在限位開關SQ1時,X6處有呼叫,則將工件搬至SQ2處，并停

在此處。

2當運輸機器人停在限位開關SQ1時,X7處有工件，則運輸機器人先移動到限

位開關SQ3處，然后將工件搬到限位開關SQ4處,并停在此處。

3當運輸機器人停在限位開關SQI時,X6、X7處均有呼叫，則運輸機器人先將

工件搬到SQ2處,然后再移動到SQ3處,將工件搬到限位開關SQ4處，并停在此處

4當運輸機器人停在限位開關SQ2時,X6處有呼叫，則運輸機器人先移動到限

位開關SQ1處，然后將工件搬到限位開關SQ2處,并停在此處。

5當運輸機器人停在限位開關SQ2時,X7處有工件，則運輸機器人先移動到限

位開關SQ3處，然后將工件搬到限位開關SQ4處,并停在此處。

6當運輸機器人停在限位開關SQ2時,X6、X7處均有工件，則運輸機器人先將

X7處工件搬到SQ4處,然后在移動到SQ1處,將工件搬到限位開關SQ2處，并停在此

處.7當運輸機器人停在限位開關SQ4時,X7處有工件,則運輸機器人先移動到限位

開關SQ3處，然后將工件搬到限位開關SQ4處,并停在此處。

8當運輸機器人停在限位開關SQ4時,X6處有工件，則運輸機器人先移動到限

位開關SQ1處，然后將工件搬到限位開關SQ2處，并停在此處

9當運輸機器人停在限位開關SQ4時,XI、X2處均有工件，則運輸機器人先移

動到限位開關SQ1處，將工件搬到SQ2處,然后在移動到SQ3處，將工件搬到限位開

關SQ4處,并停在此處。

3.7PLC程序的編寫

首先進行選型，確定好I/O點數，應該考慮未來擴充和備用的需要，留10%-20%的

輸入/輸出點數作備用。

模擬輸入/輸出接口:它是用來感知傳感器產生的信號的。這些接口測量流量.

溫度和壓力的數量值，并用于控制電壓或電流輸出設備。典型接口量程為-10-

+10v,0—+10v,4—20mA或10—50mA。PLC供電電源一般為AC220V或

DC24V電源。因此運輸機器人的電源選擇為AC22OV電源.DC24V輸入。

綜上所述，由于在PLC行業中中三菱公司的FX系列吸收了整體式和模塊式

PLC的優點，體積小，外部結構美觀以及靈活多變的系統配置，功能強，使用方便，因

此選擇三菱

FX系列PLC作為運輸機器人的自動控制系統［10］。在FX系列PLC中FX2N

的功能最強、速度最高的微型PLC。并且可選用不同的子系列,避免了功能的浪費,

用最少的投資來滿足系統的要求。運輸機器人的DO點數分別為20個和5個，因此

選擇的I/O點數應為25個。輸出形式選擇為繼電器輸出，因此選擇的PLC型號為

FX2N-48MRo

3.7.1PLC的I/O口分配

表口分配

Table3-1theI/Omouthdistribution

限位開關1XI手臂上升Y0

限位開關2X2手臂下降Y1

限位開關3X3運輸機器人右行Y2

限位開關4X0運輸機器人左行Y3

上限位X4手抓夾緊Y4

下