机械手控制系统设计.docx

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1、河南城建学院本科毕业设计（论文） 附录摘要当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力，他们需要进一步降低成本、缩短产品生产周期，并能够迅速完成产品的更新换代。而采用最新的自动化技术正是解决这一系列问题的有效手段。随着机器人技术的不断发展，机器人在工业生产上的应用越来越广泛。运用工业机器人提高自动化程度、降低生产成本是十分必要和有效的。正是在这种背景下，该课题试图研发的就是运用机器人技术的分支-工业机械手解决生产过程中的自动搬运物件问题。该文通过对生产基本概况的分析，明

2、确了机械手的功能需求和动作流程，提出了机械手的整体设计方案。采用CAD软件完成机械手部分零部件的设计，通过查找了大量资料，了解并完成了步进电机和其驱动器的选型。通过对本机械手控制流程的分析，确定本机械手采用以PLC为核心的控制系统。再对机械手功能的分析，设计出控制部分梯形图以及控制程序，并完成PLC的I/O点分配和硬件接线图。关键词：机械手，可编程控制器，步进电机，气动装置 AbstractTodays rapid development of automation technology is now in a rapid change of the times. From the semic

3、onductor and consumer electronics products, to the automotive and aerospace manufacturing and light industry and logistics industry, and so on a wide range of industrial sectors are facing increasingly intense global competitive pressures, they need to further reduce costs and shorten the production

4、 cycle, and To the speedy completion of the upgrading of products. The application of the latest automation technology is the solution to this series of effective measures. With the continuous development of robot technology, industrial robot production in the application of more and more extensive.

5、 Use of industrial robots increased degree of automation, reduce production costs it is extremely necessary and effective. It is against this background, the subject is trying to develop the use of robot technology branch - industrial machinery hand in the production process to resolve the problem o

6、f automatically moving object. Based on the production of basic profiles of analysis, clearly the function of the mechanical hand and demand action process, a mechanical hand to the overall design of the programme. CAD software used to complete manipulator some parts of the design, through to find a

7、 great deal of information, understanding and completed the stepper motor and its drive of the selection. Through this mechanical hand control of the process of determining the mechanical hand to adopt PLC as the core of the control system. The re-analysis manipulator function, to control the design

8、 of the ladder and control procedures, and completed the PLC I / O hardware, distribution and access.Keywords：manipulator，PLC，stepper motor，pneumatic device目录摘要IAbstractII1 绪论11.1工业机械手的概况11.1.1工业机械手的组成11.1.2机械手的分类31.1.3工业机械手的应用状况41.2设计任务52 机械手总体设计62.1系统控制器的选择62.2机械手的功能分析与动作流程73 系统硬件设计103.1机械手控制系统设计硬

9、件选型103.2机械手控制系统硬件的连接194 系统软件设计204.1机械手控制系统状态流程图204.2机械手控制系统程序的编写254.3机械手控制系统仿真29总结34参考文献35致谢36附录37附录A 机械手控制系统梯形图37附录B 机械手控制系统硬件连接图48491 绪论1.1工业机械手的概况机器人学是一门综合性的新兴学科，它设计机械工程学、电气工程学、微电子工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能学等多门尖端学科。工业机械手是机器人学的一个分支，它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展，工业机械手已成为柔性制造系统、自动化工厂、计算机集

10、成制造系统的自动化工具。广泛采用工业机械手，不仅可以提高产品的质量和数量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，促进我国制造业的崛起，有着十分重要的意义。所谓工业机械手就是一种能按给定的程序或要求自动完成物件（如材料、工件、零件或工具等）传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。由于机械手科学的发展十分迅速，世界上对机械手还没有一个明晰，统一的定义。国际标准化组织（ISO）对机械手做了如下定义：机械手是一种可以反复编程和多功能的用来搬运材料、零件、工具的操作机或是为

11、了执行不同任务而具有可改变和可编程的动作的专门系统（A reprogrammable and multifunctional manipulator, devised for the transports of masteries ,parts, tools or specialized Systems ,with varied and programmed movements ,with the aim of carrying out varied tasks）。随着我国工业机械手技术的不断发展，很多专家也建议建立自己的机械手定义，我国国家标准GB/T12643-90也将工业机械手定义为“一

12、种能自动定位控制，可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。它能搬运材料、零件或操持工具，用于完成各种任务作业”。1.1.1工业机械手的组成一个完整的工业机械手通常由执行机构、驱动传动装置、控制系统和智能系四部分组成(如图1.1所示)：图 1.1工业机械手的组成执行机构(也称操作机)是机械手赖以完成任务的实体，通常由杆件组成。驱动传动装置包括驱动器和传动机构两个部分，他们通常与执行机构连成一体，驱动机构通常有电机(直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机)、液动或气动装置；传动机构常用的有滚珠丝杠、谐波减速器、链、带以及各种齿轮轮系。控制系统一般由计算机和伺服控制器组成，前者发出指令协调各关节驱动

13、器之间的运动，同时要完成编程和其他环境状况(传感器信息)、工艺要求、外部相关设备(电焊机、喷枪)之间的信息传递和协调工作，后者控制各个关节驱动器，使各杆件按照一定的速度、加速度和位置要求进行运动。智能系统是目前机械手系统中一个不够完善但发展很快的子系统，它分为两个部分:感知系统和分析决策智能系统，前者主要是靠硬件(各类传感器)实现，后者主要靠软件(如专家系统)实现。1.1.2机械手的分类机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为：1.按机械手的使用范围分类：(1)专用机械手：一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。它从属于某种机器或生产线用以自动传送物件或操作某一

14、工具，例如“毛坯上下料机械手”、“曲拐自动车床机械手”、“油泵凸轮轴自动线机械手”等等。这种机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。(2)通用机械手（也称工业机器人）：指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工具的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型。这种机械手由于手指可更换(或可调节)，程序可变，故适用于中、小批生产。但因其运动较多，结构较复杂，技术条件要求较高，故制造成本一般也较高

15、。2.按机械手臂部的运动坐标型式分类：(1)直角坐标式机械手臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动，亦即臂部可以前后伸缩(定为沿X方向的移动)、左右移动(定为沿Y方向的移动)和上下升降(定为沿Z方向的移动)；(2)圆柱坐标式机械手手臂可以沿直角坐标轴的X和Z方向移动，又可绕Z轴转动(定为绕Z轴转动)，亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动；(3)球坐标式机械手臂部可以沿直角坐标轴X方向移动，还可以绕Y轴和Z轴转动，亦即手臂可以前后伸缩(沿X方向移动)、上下摆动(定为绕Y轴摆动)和左右转动(仍定为绕Z轴转动)；(4)多关节式机械手这种机械手的臂部可分为小臂和大臂。其小臂和大臂的连接(肘部)

16、以及大臂和机体的连接(肩部)均为关节(铰链)式连接，亦即小臂对大臂可绕肘部上下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以左右转动。3.按机械手的驱动方式分类：(1)液压驱动机械手，即以压力油进行驱动；(2)气压驱动机械手，即以压缩空气进行驱动；(3)电力驱动机械手，即直接用电动机进行驱动；(4)机械驱动机械手，即是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传给机械手的一种驱动方式。4.按机械手的臂力大小分类：(1)微型机械手，其臂力小于 1 kg；(2)小型机械手，其臂力为 110 kg；(3)中型机械手，其臂力为 1030 kg；(4)大型机械手，其臂力大于30 kg。1.1.3工业机械手的应

17、用状况工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。机械手目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械的应用领域日益扩大。我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全

18、国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划(1986- 1990)开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入的大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氢弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所(SIA)和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DCPWM等等。我国的工业机械手(或第一代机械手)发展

19、主要是逐步扩大其应用范围:在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于更换工件，扩大了应用范围。1.2设计任务1.系统类型的确定本系统机械手属于简易型通用直角坐标式微型机械手，即指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工具的机械装置。其臂部可以前后伸缩、左右移动和上下升降。驱动方式为气压驱动和电力驱动两种方式相结合，且臂力

20、小于1kg。2.控制器的选择（见第二章第一节）。3.机械手控制系统硬件的选型，主要是对机械手各种主要部件的选型。4.机械手控制系统软件部分的设计和仿真。2 机械手总体设计2.1系统控制器的选择工业机器人的运动控制器是控制技术与运动系统相结合的产物。在现代电子技术的支持下，它通常以微处理器为核心，综合编程软件、运动轨迹控制、控制算法分析、各运动部件的实时驱动等功能，达到总体运动控制效果。在运动过程中，运动控制器还需要对具体的运动速度、加速度、位置误差等进行实时监控，并对相关情况做出及时反应。目前先进的运动控制器主要是以微机(PC)为基础的数字化控制系统、以高速的数字信号处理器(DSP)为核心的全

21、数字化控制系统和以PLC为核心的全数字化控制系统。(1)基于PC技术的运动控制器计算机技术的发展在工业控制领域也同样导致技术面貌的迅速改变。工业控制机，特别是采用PC技术的工业PC的涌现，大大推动和促进了开放式运动控制的发展。基于工业PC的运动控制器可以利用PC强大的软件环境和技术支持，摆脱专用封闭式控制系统的束缚和不便。从软件上看，其主要作用是利用其高效运算功能、管理与监控能力以及丰富的软件资源，实现更高的控制算法、轨迹插补算法和补偿算法，从而丰富运动控制软件，并大大提高伺服扫描速度，提高系统的分辨率，以实现最小的移动单位和最大的进给速度，便于用微小程序段以高速度、高精度实现轨迹形状复杂的曲

22、线或曲面。(2)基于DSP运动控制器-20世纪90年代以来，数字信号处理（简称DSP)在运动控制器中得到越来越广泛的应用，这主要是因为它的高速运算使得很多复杂的控制算法和功能得以实现，而且集成度高，它利用控制器本身独特的硬件结构可以实现快速的硬件位置捕捉功能。DSP系统具有接口方便、稳定性好、精度高、可重复性好、集成方便等优点，目前市场上已出现了多种DSP型的高级运动器，这些芯片能同时控制多轴，有的己包含了运动轨迹插补运算及包含有前馈补偿功能的算法，这为多轴伺服电机的控制带来了极大的方便。但由于DSP技术更新的速度快、数学知识要求多，开发和调试工具还不完善，轨迹控制，多轴联动参数匹配等需通过编

23、制程序来实现，掌握对机械手的控制比较困难。(3)基于PLC的运动控制PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。随着PLC的发展，出现了更多的功能强大的指令，这些指令本身在单操作的意义上提供了更强的计算能力，特别是运动控制指令和在网络通讯方面功能更加强大，命令支持各种运动功能，实现多轴协调控制、高度的集成操作及位置环和速度环的闭环控制，能够满足高性能工业机器人位置和运动精度要求。虽然采用基于PC的运动控制器和基于DSP运动控制器也能够实现机械手的运动控制，但是采用PLC的控制接线简单，只需通过运动控制指令便可实现对机械手的运动控制，由PLC构成机械手控制器，

24、硬件配置的工作量较小，无需作复杂的电路板，只需在端子之间接线。因此本设计选用PLC为机械手运动控制器。2.2机械手的功能分析与动作流程1.机械手的功能分析机械手是机器人的一个分支，在现在化生产中，机械手广泛应用于各种生产流程中作为代替人类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。本设计机械手的功能要是用来完成在生产过程中的工件的转移，它具有手动/自动两种工作模式，还具有在断电情况下回到初始位置的功能，在改变其底座使其具有移动功能时，还可以用来搬运物体。2.机械手的动作流程分析本设计机械手有三种运行状态：自动运

25、行、手动运行和回原位处理。在自动运行状态时，机械手按照既定的程序依次完成下降、抓取工件、抓取工件后上升、上升到位后右转。右转到位后下降、下降，下降到位后放松工件，放松工件后再次上升、上升到位后左转回到初始位置等待下一个工作周期的到来以及完成传送带A和B的处理。在手动运行时，按动相应的开关完成规定的动作。回原位处理主要是用于当需要系统手动运行或自动运行时系统不在原点状态，如果在启动系统时系统不在原点，则须先按下回原点开关使系统回到原点状态。机械手在自动运行的状态下，在初始位置，由Q0.0输出控制的传送带A开始转动，传送带A上的检测元件光电开关对传送带上的共工件进行检测，当有工件时，Q0.0输出为

26、0，传送带A停止转动，同时控制机械手下降的输出Q0.3置位，触发机械手臂下降，直到下限位行程开关SQ1被触发，Q0.3复位，下降动作停止，同时Q0.4置位，定时器C0计时2秒钟，C0计时时间到机械手上升控制输出Q0.2置位，机械手上升，工件被移走，传送带A恢复转动直到下一个工件的到来，机械手上升直到上限位行程开关SQ0被触发，Q0.2复位，机械手停止上升，同时系统控制步进电机，使机械手进行右转，直到触发右限位行程开关SQ3，使右转停止，同时再次使下降控制输出Q0.3置位，执行机械手下降动作，当下限位行程开关SQ1被触发时，下降到位，Q0.3复位，下降停止，复位Q0.4，定时计数器C1计时2秒，

27、机械手将工件放于传送带B上，定时器C1计时时间到，机械手上升控制输出Q0.2置位，机械手上升，机械手上升直到上限位行程开关SQ0被触发，Q0.2复位，机械手停止上升，同时系统控制步进电机，使机械手进行左转，直到触发右限位行程开关SQ3，使左转停止，机械手回到初始位置，完成一个工作周期。机械手停止工作直到下一个工件到来信号的触发才会进入下一个动作周期。其工作过程图如下图2.1所示： 图2.1 机械手工作流程图系统还设置了停止和急停的系统停止方式，当按下停止按钮时，系统不会马上停止，只有在机械手回到初始位置时停止按钮的命令才有效，这时系统就会停止在初始位置；当按下急停按钮时，机械手不管出于什么位置

28、都会立即停止，这个按钮主要用于遇到紧急情况时系统的紧急停车。3 系统硬件设计3.1机械手控制系统设计硬件选型1.可编程序控制器的选型本设计是基于PLC的机械手控制系统设计，PLC即可编程序控制器，在PLC发展之初可编程序控制器名字为可编程序逻辑控制器（Programmable Logical Controller），1980年，美国电气制造商协会（NEMA）将可编程序逻辑控制器正式命名为可编程序控制器。NEMA对可编程控制器的定义是：可编程序控制器是一种数字式电子仪器，可以存储某些实现逻辑、定序、定时、计数和四则运算等特殊功能的指令、用于控制机械和生产过程。在可编程序逻辑控制器改名为可编程序控

29、制器（Programmable Controller）之后，可编程序控制器可以简称为PC或PLC，由于个人电脑（Personal Computer）也简称为PC，所以大家还习惯沿用可编程序控制器的老简称，即PLC，并与个人电脑的简称做以区别。西门子公司是西门子是世界上最大的电气和电子公司之一，它的产品有小型可编程控制器西门子S7-200，大中型PLC西门子S7-300/S7-400/S7-1200等，由于其模块化和适用性，受到业界和市场的广泛好评。而S7-200是一种深受市场欢迎的小型模块化PLC，该系列PLC主要由CPU模块和丰富的扩展模块组成。可以根据实际的需要，灵活配置，再加上其强大的指

30、令系统可以近乎完美地满足小规模系统的控制要求。PLC的选型中其中有一条就是必须满足所设计系统的I/O需求，先将本设计系统的I/O需求和I/O分配图归纳如下，以用来选择合适的PLC。机械手控制系统的I/O分配图如表3.1，表3.2表3.1输入口分配表名称符号地址符号符号地址启动（按钮）SB0I0.0手动左转（按钮）SB8I1.0复位（按钮）SB1I0.1手动抓紧放松（按钮）SB9I1.1停止（按钮）SB2I0.2上限位行程开关SQ1I1.2急停（按钮）SB3I0.3下限位行程开关SQ2I1.3手动/自动切换（开关）SB4I0.4左限位行程开关SQ3I1.4手动下降（按钮）SB5I0.5右限位行程

31、开关SQ4I1.5手动上升（按钮）SB6I0.6工件检测光电开关SPI1.6手动右转（按钮）SB7I0.7表3.2输出口分配表名称地址名称地址A传送带Q0.0步进脉冲信号输入端Q0.5B传送带Q0.1PLS-正向脉冲输入负端Q0.6上升Q0.2DIR-反向脉冲输入负端Q0.7下降Q0.3ENA+脱机使能复位信号Q1.0抓紧放松Q0.4由上表可知，本系统至少需要输入口15个，输出口9个，由此可以估算系统所需的内存字数为240B，在选择PLC时我们可有两个方案，一是选择输入输出口比所需的口数少的CPU，比如CPU224。CPU224XP等，然后在其外围再增加1到数个输入输出扩展模块，如EM223；

32、二是直接选择输入输出口数能够满足需求的CPU，如CPU226。对于本系统根据其输入输出口要求，并综合其价格和功能的使用，选择方案二。在本设计中，我们选择西门子S7-226CN，它集成了24输入/16输出公40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。26kb程序和数据存储空间，6个独立的30kHZ高速计数器2路独立的20kHZ高速脉冲输出，具有PID控制，2个R5485通讯/编辑口，具有PPI通讯协议，MPI通讯协议和自由方式通讯能力，I/O端子排可很容易的整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器，完全可以满足本系统的要求。2.步进电机的选型本系

33、统中机械手的左右旋转选择步进电机作为执行机构，步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移(或线位移)的机电元件。对这种电机施加一个电脉冲后，其转轴就转过一个角度，称为一步；脉冲数增加，角位移(或线位移)就随之增加，脉冲频率高，则步进电机旋转速度就高，反之就低;分配脉冲的相序改变后，步进电机的转向则随之而变。步进电机的运动状态和通常匀速旋转的电动机有一定的差别，它是步进形式的运动，故也称其为步进电动机。步进电机有其独特的优点，归纳起来主要有：（1）步距值不受各种干扰因素的影响。简而言之，转子运动的速度主要取决于脉冲信号的频率，而转子运动的总位移量取决于总的脉冲个数。（2）位移与输入脉冲信号相对应，步

34、距误差不长期积累。因此可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可以在要求更高精度时组成闭环控制系统。（3）可以用数字信号直接进行开环控制，整个结构简单廉价。（4）无刷，电动机本体部件少，可靠性高。（5）控制性能好。起动、停车、反转及其它运行方式的改变，都在少数脉冲内完成，在一定的频率范围内运行时，任何运行方式都不会丢步。（6）停止时有自锁能力。（7）步距角选择范围大，可在几角几分至180度大范围内选择。在小步矩情况下，通常可以实现超低速下高转矩稳定的运行。本系统选择由PLC控制步进电机的转动实现的，步进电机选用混合型的二相步进电机2HB57，2HB57系列步进电机输出力矩0.39

35、N.M-1.5N.M,步距角可以通过步进驱动器上的拨码开关进行设置，2HB57广泛应用于数控机床、激光雕刻、电脑绣花、纺织、印刷、包装机械、标记机、雕刻机、绕线机械、坐标测量仪器、三维工作台、机器人、医疗设备、陶瓷机械等行业中。2HB57系列技术数据参考如表3.3所示：表3. 3 技术数据(Specifications)型号步距角保持转距（Nm）额定电流(A)相电阻（欧）相电感(mH)电机重量(kg)2HB57-410.90.392.01.41.40.452HB57-510.723.01.650.90.652HB57-560.93.00.751.10.72HB57-761.353.01.01.

36、61.03.步进驱动器的选择（1）步进驱动器选择MB450两项混合是步进电机驱动器，MB450采用直流1850V供电，适合驱动电压2450V，电流小于4.2A的两相混合式步进电机，此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行细分控制，电机的转矩波动很小，低速运行很平稳，几乎没有振动和噪音。其主要特点如下：1）平均电流控制，两项正弦电流驱动输出。2）直流2450V供电。3）光电隔离信号输入/输出。4）有过压、欠压。过流、相间短路保护功能。5）十六档细分和自动半流功能。6）八档输出相电流设置。7）具有脱机命令输入端子。8）电机的扭转矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。9）高启动转速。10)高速力矩

37、大。（2）控制方式的选择步进驱动器MB450上的拨码开关SW4位可设置成两种控制方式：当设置成“OFF”时，为有半流功能。当设置成“ON”时，为无半流功能。（3）设置输出相电流，为了驱动不同扭矩的步进电机，用户可以通过驱动器面板上的拨码开关SW1、SW2、SW3为来设置驱动器的输出相电流（有效值），单位A。具体如表3.4所示：表3.4 MB450出相电流的设置输出电流（A）SW1SW2SW3PEAKRMSONONON1.000.71OFFONON1.461.04ONOFFON1.911.36OFFOFFON2.371.69ONONOFF2.842.03OFFONOFF3.312.36ONOFF

38、OFF3.762.69OFFOFFOFF4.203.00（4）设置电机每转步数驱动器MB450A可将电机每转的步数分别设置为400、800、1600、2000、3200、4000、5000、64000、8000、10000、12800、20000、25000、25600步，用户可以通过驱动器正面板上的拨码开关的SW5、SW6、SW7、SW8为来设置驱动器的步数（如下表3.5所示）：表3.5步进驱动器步数设置SW5状态OFFONOFFONOFFONOFFONSW6状态ONOFFOFFONONOFFOFFONSW7状态ONONONOFFOFFOFFOFFONSW8状态ONONONONONONONO

39、FF步数40080016003200640012800256001000SW5状态ONOFFONOFFONOFFOFFSW6状态OFFOFFONONOFFOFFONSW7状态ONONOFFOFFOFFOFFONSW8状态OFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF步数40005000800010000200002500002000这里我们选用每转400步，即设置SW5SW8为0111,步距角为0.9。步进驱动器的控制方式选择SW4为OFF，设置输出相电流为SW1-SW3为110，输出相电流为2.84A。4.气缸的选择引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能

40、转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。 气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等。英文名：Cylinder将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动的两类。做往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返回。 双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个

41、方向输出力。 膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。 冲击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速(1020米/秒)运动的动能，借以做功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。做往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴做摆动运动，摆动角小于 280。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。在本系统中用到气缸的地方分别为机械手臂的上升和下降、机械手爪的抓紧放松，前者选择的类型为双作用气缸，即从活塞的两侧交替供气

42、，在一个方向上输出力；后者主要是气爪，它属于但作用气缸，即将气缸的往复运动经连杆转换为机械手爪的沿轴运动，以用来抓取工件，当通电结束时，主要靠弹簧来恢复原位。机械手上升和下降我们选择TMAL-U25*500-FB，即金泰气动液压公司的复动型气缸，后盖形式为平尾式，内径为25mm，标准行程为500mm，不附带磁石，固定形式为后盖固定，其内径和行程对比表如下表3.6所示：表3.6 内径和行程对比内径（mm）标准行程（mm）最大行程（mm）容许行程（mm）1625 50 75 100 125 150 175 200 250 3005008002025 50 75 100 125 150 175 20

43、0 250 3005008002525 50 75 100 125 150 175 200 250 300 350 400 50080012003225 50 75 100 125 150 175 200 250 300 350 400 50080012004025 50 75 100 125 150 175 200 250 300 350 400 50012001500 机械手抓取放松工件，我们选择MTI-12*75U，即单动引入型迷你气缸，缸径为12mm，行程为75mm，进气形式为径向进气型。5.电磁阀的选型由于在本系统中，气缸的类型有两种，第一种主要是为了满足机械手上升下降的控制需求，即

44、一个线圈通电，气缸向一个方向运动，当换另一个线圈通电时，气缸相反方向运动。第二种是电磁阀直接控制气缸运动，机械手抓紧工件，当线圈通电结束时，气缸自动复位，机械手放下工件。所以，电磁阀的类型也有两种。一种是两位三通电磁阀，就是一个进气口，两个出气口，根据不同的电磁阀状态将不同的出口开启和关闭。对于这种我们选择3V-22008DC24V，3V代表三方口电磁阀，2代表系列号为200系列，20代表双线圈双位置型式。08代表其接管口径为PT1/4，DC24V表示其标准电压为直流24V。它主要是用来控制机械手的上升和下降。另一种是选择单线圈双位置电磁阀，3V-21008DC24，与上面的型号有部分差别，1

45、0代表此型号的电磁阀形式为单线圈双位电磁阀。根据它的功能不难看出，它主要是用来控制机械手的抓紧放松工件的气缸的。6.光电开关的选择光电开关（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。光电开关可分为对射型；漫反射型；镜面反射型；槽式光电开关；光纤式光电开关。（1）对射型：由发射器和接收器组成，结构上是两者相互

46、分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。 特征：辨别不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。 （2）漫反射型：是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当光电开关有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。（3）镜面反射型：由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出