scara機器人控制系統(tǒng)設計,scara,機器人,控制系統(tǒng),設計
本科畢業(yè)論文（設計）
論文（設計）題目：
scara機器人控制系統(tǒng)的設計系統(tǒng)設計
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2015年5 月19 日
XXXXX本科畢業(yè)論文（設計） 第 III 頁
目 錄
目 錄 I
摘 要 IV
第一章 緒論 1
1.1 目的與意義 1
1.2 scara機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 1
1.3 研究內容 2
1.4 問題解決 3
第二章 結構設計計算與分析 4
2.1 執(zhí)行機構坐標形式的設計 4
2.2 執(zhí)行機構的組成設計 6
2.3 執(zhí)行機構各部分的計算選擇 6
2.3.1 手部的設計 6
2.3.2 操作臂的工作空間設計 8
2.3.3 機座結構的設計 9
2.3.4 軸套的受力分析 9
2.4 執(zhí)行機構的工作原理 10
2.5 執(zhí)行機構簡圖 10
第三章 驅動系統(tǒng)的設計 12
3.1 驅動系統(tǒng)的設計 12
3.2 scara機器人驅動系統(tǒng)的控制設計 13
3.3 氣動元件選擇 14
3.3.1 氣源裝置選擇 14
3.3.2 執(zhí)行元件選擇 15
3.3.3 控制元件選擇 16
3.3.4 輔助元件選擇 17
3.3.5 真空發(fā)生器選擇 18
3.3.6 吸盤 18
3.4 氣動系統(tǒng)工作原理 18
第四章 控制系統(tǒng)的設計分析 22
4.1 控制系統(tǒng)的結構組成 22
4.2 控制系統(tǒng)的性能要求 22
4.3 傳感器的分析與選擇 23
4.3.1 位置檢測裝置 23
4.3.2 滑覺傳感器 23
4.3.3 視覺傳感器 24
4.4 控制系統(tǒng)的結構組成設計 25
4.4.1 PLC控制系統(tǒng)設計 25
4.4.2 PLC種類及型號選擇 30
4.4.3 I/O點數(shù)分配 30
4.4.4 PLC外部接線圖 32
4.4.5 scara機器人控制原理 32
4.5 PLC程序設計 34
4.5.1 總體程序框圖 34
4.5.2 初始化及報警程序 36
4.5.3 手動控制程序 37
4.5.4 自動控制程序 39
第五章 總結與展望 42
參考文獻 43
致 謝 44
附 錄 45
scara機器人控制系統(tǒng)的設計系統(tǒng)設計
摘 要
先進的制造機器人起著非常重要的作用。它可以攜帶貨物，SCARA機器人代替人類勞動重的物品?？梢詫崿F(xiàn)生產的機械化和自動化，能在危險的環(huán)境中運行，人身安全的保護，它被廣泛應用于機械制造，冶金，電子，輕工和原子能。
在本文中，機器人的最新發(fā)展，根據(jù)設計，機器人機器人分析系統(tǒng)提出了氣壓傳動，PLC控制結合設計的各個方面。整體的設計理念，充分考慮到了硬件和軟件自身的特點和優(yōu)化。排序機器人，實現(xiàn)結構，驅動系統(tǒng)和該材料的控制系統(tǒng)的總體結構分析和設計。在它的驅動系統(tǒng)采用氣壓傳動，選擇PLC控制系統(tǒng)的控制單元來完成系統(tǒng)的初始化功能，機器人的操作，故障報警等功能。最后，一個簡單，易于實現(xiàn)，在理論上，一個清晰的控制策略。
通過以上部分的工作，取得了經(jīng)濟，實用，高可靠性設計材料SCARA機器人機器人設計的其他經(jīng)濟型PLC控制系統(tǒng)也具有一定的參考價值。
關鍵詞: scara機器人，氣動控制，可編程控制器（PLC），自動化控制，。
XXXXX本科畢業(yè)論文（設計） 第 42 頁
第一章 緒論
1.1 目的與意義
該機器人可以有很多來回，需要一種先進的自動化設備的產品更新，單調的精密加工和需求，它是在先進制造領域的一個非常重要的作用。這是一個標量型機器人，代替人的繁重勞動項目，你可以隨身攜帶的貨物。生產的機械化和自動化，可以實現(xiàn)的，腐蝕性和有毒氣體和其他環(huán)境中，它可以用于在寬的機器制造安全的個體在高溫和保護冶金，電子，輕工，核它可以操作到。
可編程邏輯控制器（PLC），中央處理器核心，計算機和自動控制等先進技術，可靠性高，功能全面的，靈活組合，簡單的編程，低功耗的組合，它它已成為最常用的控制臂控制中使用的系統(tǒng)。 PLC自動控制系統(tǒng)，體積小，可靠性高，精度高，故障率低，我們正在運行。
滿足工業(yè)的需要，正在開發(fā)PLC控制的機器人任務，以提供傳感器的要求的精度，是可能的排序不同顏色的材料預先設定的程序，小批量的生產和操作靈活性的自動化生產的轉化品種，它被廣泛有一個靈活的生產線。相反，PLC控制這樣做的，就是持續(xù)的單調的工作計劃，在高溫環(huán)境中的一部分，你可以操縱的釋放或改變預設危險區(qū)域的自動化設備，新產品，再簡單的任務臨時改變就是可能的新成員需要設計，以及因為位置的變化，就是重新編程，只要，減少快速安裝和轉換工作的成本，就可以投入生產。這種設計尤其適用于機器人的一個完整的硬件和軟件組件。系統(tǒng)的設計，實施，它將包括一個驅動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。
1.2 scara機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
機器人負載，以便卸載和共同加工，汽車，焊接，是先在油漆。危險的，有害，有毒，低溫，高熱和推廣窮人和手的人可以替代，而不是執(zhí)行的重疊繁重的工作條件的人來說，標量機器人的腿和大腦功能，人們的擴張，為了確保產品和提高勞動生產率的品質。目前，特別是電子設備制造業(yè)，汽車制造，塑料加工，一般機械制造和金屬加工工業(yè)中，用于生產。工業(yè)機器人，在數(shù)控加工中心，自動導引車，創(chuàng)造了柔性制造系統(tǒng)（FMS），計算機集成制造系統(tǒng)，生產自動化自動檢測系統(tǒng)。生產和改進的功能和業(yè)績增長等方面，我們將擴大機器人的應用。
的發(fā)展和改進的智能機器人水平寬度標量機器人中，機器人已被用于許多領域。從傳統(tǒng)的汽車制造到非制造業(yè)的擴張。如采礦等機器人，機器人搭建和水電系統(tǒng)維護和修理機器人。國防，醫(yī)療，食品加工，以及生活在服務機器人的應用等各方面有所提高。
在未來的幾年中，傳感器技術，激光技術，網(wǎng)絡工程技術得到廣泛的機器人，該機器人是更有效的，并會嘗試這些技術的應用，將被施加的高品質的，在運行成本低的領域。這是，醫(yī)療機器人，醫(yī)療保健，生物技術，工業(yè)，教育，救災，海洋開發(fā)，維護機械，運輸?shù)奈磥恚寝r業(yè)的場，養(yǎng)殖假設。
1.3 研究內容
隨著機器人技術和機器人應用的飛速發(fā)展不斷深化，不僅要求高可靠性，靈活性和操作靈活性的控制，同時也為它的成本低，可以開發(fā)一個強大的經(jīng)濟。在本文中，一個機器人以下幾個方面：
設計（1）機器人執(zhí)行系統(tǒng)
執(zhí)行系統(tǒng)傳動部件和機械零件，適用于各種體育實體機器人其中實現(xiàn)的。 3包括主體，臂，端部執(zhí)行器，其中每個部分具有多個自由度可以是一個整體部分。目的主要是完成系統(tǒng)上的手的設計，和機器人手臂的基部。
（2）設計了一個機器人驅動系統(tǒng)
該驅動系統(tǒng)是各系統(tǒng)中的功率器件的一部分。通過比較液壓，氣動，電動三通驅動的方法，這種設計選擇氣動驅動的方法。包括原則的選擇，得出氣動回路設計，氣動原理圖和工作的氣動元件。
（3）設計機器人控制系統(tǒng)
指令控制系統(tǒng)是一種機器人系統(tǒng)，其控制所述驅動系統(tǒng)，所以系統(tǒng)的實施需要的時間和工作。該機器人采用可編程邏輯控制器（PLC），機器人控制，包括PLC的選擇，傳感器類型選擇，I / O端口選擇，原理，控制系統(tǒng)，自動梯形程序圖圖紙。
1.4 問題解決
1 解決scara機器人機械結構的設計問題，要求scara機器人結構簡單、經(jīng)濟、具有一定的代表性。
2 執(zhí)行部件的運動精度的問題。
3 scara機器人的控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的電路和控制程序，并解決工件和控制 系統(tǒng)的協(xié)調問題。
4 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達形式。
5 傳感器的類型選擇。
第二章 結構設計計算與分析
機器手的執(zhí)行結構是scara機器人賴以實現(xiàn)各種運動的實體。執(zhí)行機構的布局類型直接影響到scara機器人的工作性能。
2.1 執(zhí)行機構坐標形式的設計
更基本的類型的機器人，根據(jù)在類型方面的臂的坐標，有四種基本類型：直角，圓柱坐標式，風格和鉸接式球面坐標。下面簡要分析和多種類型的機器人的比較：
1，直角坐標機器人
直角坐標機器人的工作崗位或者已與使用機器人帶對齊。它可以用來伸縮臂，左右移動和上下移動，根據(jù)在三個方向的X，Y，Z軸的直線運動笛卡爾坐標。
這可能是運動的線性范圍;的兩個或三個直線運動的直線運動。在X，Y，Z三連勝最終運動方向A，B，C三個旋轉運動構成了六個自由度。
直角坐標機器人的優(yōu)勢：
（1）生產周期時間短，以滿足速度的要求;
（2）是生產線輸送和加工裝配機械易兼容;
（3）拳擊班，更復雜的工作流程，位置容易改變;
（4）的定位精度，負載變化不影響回報的準確性;
（5）易于實現(xiàn)數(shù)字化控制，使用數(shù)控機床開環(huán)或閉環(huán)。
缺點：小機器人的工作范圍內。
2，圓柱形坐標機器人
柱面坐標SCARA機器人是一種最廣泛使用的，它適用于對工件的處理和測量。直觀，結構簡單，占地面積小機身，以及更大范圍的議案等。
筒狀的工作坐標SCARA機器人的范圍可以分成：一個旋轉運動，直線運動，旋轉運動平面加直線運動，這是不內;直線運動和兩個旋轉運動。
圓柱坐標機器人有五個基本操作：
（1）橫臂;
（2）伸縮臂;
（3）手臂上下;
（4）臂的旋轉運動;
（5）夾持器夾緊作用。
圓柱形SCARA機器人，其特征在于所述垂直導柱和滑動套筒，裝在滑動套筒的臂，所述臂可以做，使縱向和橫向的直線運動擺動弧。
3，球面坐標機器人
球面坐標SCARA機器人是一個很大的自由，更廣泛地使用機器人。其工作范圍包括：旋轉運動;兩個旋轉運動;二加一旋轉運動為直線運動。
球面坐標機器人可以實現(xiàn)8操作系統(tǒng)：
（1）移動手臂向上和向下，即俯仰運動;
（2）關于ARM操作，即旋轉運動;
（3）周圍的臂，折疊操作動作;
（4）彎曲手腕上下;
（5）從手腕一側到另一側;
（6）旋轉手腕的運動;
（7），夾持器夾緊作用;
（8）移動至整個機器人。
SCARA機器人手臂功能安裝在一個球坐標樞軸，樞軸和安裝在所述叉架上，就可以使上下移動在垂直平面的彎曲間距，它可以用來伸縮臂，水平搖攝還它可以擺動和下來，象工作的范圍和人的手。它的自動選擇的動作最合理的路線。這樣高的效率。此外，由于擺動的上下，在其相對小的尺寸，大的工作范圍內。
4.scara機器人
SCARA機器人靠近一個合適的車身控制裝置。這是相同的人員有彎頭，可以實現(xiàn)更自由的操作更加靈活，適合在密閉空間工作。 SCARA機器人，早在20世紀40年代給應用在核工業(yè)，其次是海洋應用的發(fā)展，也有一些有前途的。
SCARA機器人手臂擺動手臂和肘部和肩部和移動。它也有一個上部結構，類似的功能可以手動實現(xiàn)。經(jīng)營業(yè)績有一個大致的工作人員，我們需要制定最合適的配置。
SCARA機器人類型是首選要考慮到滿足其運動的要求，所以在復雜性和經(jīng)濟條件方面的考慮機器人。的機械手設計的主要作用是在運動武器，提升整體旋轉運動和機器人。
直角坐標機器人雖然各地線性運動和其他運動的上下伸縮臂，但沒有機器人的整體旋轉運動，所以我不認為笛卡爾SCARA機器人。
球形坐標機器人SCARA SCARA機器人和要求足以滿足運行的要求，但它們的結構是更復雜的，有很多動作是沒有必要的，這是一種浪費，并增加了成本和制造難度。
圓柱坐標機器人手臂伸展，以滿足臂向上和向下，向后轉動臂運動。機器人的手臂可以隨即采取行動，以改變整體旋轉，以滿足機器人設計的操作要求。這樣的修改并未改變機器人的整體結構，但要實現(xiàn)改變了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟又實惠的一部分，所以一定要使用圓柱坐標型機器人。
2.2 執(zhí)行機構的組成設計
（1） 以下工業(yè)機器人標執(zhí)行系統(tǒng)主要機械部件：
（2） 標量型機器人手握的工作和工具的直接參與。
（3） 的SCARA機器人臂，以達到更大范圍的運動部件是用來支撐手腕和手。
（4） 該柱支承臂時，它驅動所述提升體的擺動運動。
（5） 基座支撐的SCARA機器人臂裝置和其他裝置，以及用于連接的驅動部。
2.3 執(zhí)行機構各部分的計算選擇
2.3.1 手部的設計
更基本的類型的機器人，根據(jù)在類型方面的臂的坐標，有四種基本類型：矩形，圓柱坐標式，風格和鉸接式球面坐標。下面簡要分析和多種類型的機器人的比較：
1，直角坐標機器人
直角坐標機器人的工作或已使用自動磁帶對齊。它可以用來伸縮臂，左右移動，并根據(jù)在X，Y直角坐標的Z軸三個方向上的線性運動而上下移動。
這可能是運動的線性范圍;兩個或三個直線運動的直線運動。在X，Y，Z三連勝最終運動方向A，B，C三個旋轉運動構成了六個自由度。
直角坐標機器人的優(yōu)勢：
（1）生產周期時間短，以滿足速度的要求;
（2）生產線輸送和加工裝配機械容易兼容;
（3）班拳，更復雜的工作流程，容易改變位置;
（4）的定位精度，負載變化不影響回報的準確性;
（5）易于實現(xiàn)數(shù)字控制，采用數(shù)控機床開環(huán)或閉環(huán)。
缺點：在工作范圍內的小機器人。
2，圓柱形坐標機器人
圓柱坐標機器人是最廣泛使用的類型之一，它是適合于工件的處理和測量。直觀，結構簡單，占用空間小的機箱，以及更大范圍的議案等。
圓柱坐標機器人的工作范圍，可分為：一旋轉運動，直線運動，旋轉運動平面加直線運動，這是不內;直線運動和兩個旋轉運動。
圓柱坐標機器人有五個基本步驟：
（1）臂;
（2）伸縮臂;
（3）手臂上下;
（4）的臂的旋轉運動;
（5）夾持器夾緊作用。
圓柱形機器人，其特征在于所述垂直導柱和滑動套筒，安裝在臂的滑動套筒，該臂可以做，使縱向和橫向的直線運動擺動弧。
3，球面坐標機器人
球面坐標機器人是一個很大的自由，更廣泛地使用機器人。其工作范圍包括：旋轉運動;兩個旋轉運動;二加一旋轉運動為直線運動。
球面坐標機器人可實現(xiàn)8操作系統(tǒng)：
（1）移動手臂向上和向下，即俯仰運動;
（2）關于ARM操作，即旋轉運動;
（3）周圍的臂動作折疊操作;
（4）彎曲手腕上下;
（5）從手腕一側到另一側;
（6）在手腕的旋轉運動;
（7），夾持器夾緊作用;
（8）移動至整個機器人。
功能機器人臂，其安裝在樞軸球面坐標，樞軸和安裝在所述叉架上，就可以使上下移動的彎音的垂直平面內，它可用于伸縮臂，水平搖攝，除了，它可以擺動上下，像工作和人的手的范圍。它自動移動選擇最合理的路線。這樣的高效率。此外，由于擺動的上下，在其相對小的尺寸，大的工作范圍內。
4.機器人
機器人技術是近體適當?shù)目刂蒲b置。這是相同的員工肘，可以實現(xiàn)操作更靈活，適合在狹窄空間內工作更自由。 SCARA機器人，早在20世紀40年代，在核工業(yè)突然施加，其次是海洋應用的發(fā)展，也有一些有前途的。
機械手臂和擺動手臂和肘部和肩部運動。它也有一個上部結構，類似的功能可以手動實現(xiàn)。經(jīng)營業(yè)績有一個大致的工作人員，我們需要制定最合適的配置。
SCARA機器人類型是優(yōu)選的，考慮到以滿足他們的行為的要求，那么復雜性和經(jīng)濟條件來考慮機器人。 SCARA機器人的主要作用是在運動中的武器設計提升了整體的旋轉運動和機器人。
雖然局部線性直角坐標機器人和上下伸縮臂等動作，但機器人的沒有整體旋轉運動，所以我不認為直角坐標機器人。
球形坐標機器人的操作和要求足以滿足要求運行，但它們的結構是更復雜的，有很多動作是沒有必要的，這是一種浪費，并增加了成本和制造困難。
圓柱坐標機器人手臂延伸，以滿足武器向上和向下，手臂向后旋轉運動。然后，機器人手臂可以采取行動來改變整體旋轉，機器人設計，以滿足業(yè)務要求。這樣的修改并未改變機器人的整體結構，但要實現(xiàn)變革，在整個系統(tǒng)作為經(jīng)濟又實惠的一部分，所以一定要使用圓柱坐標型機器人。
真空吸盤機構如圖2.1所示。
圖2.1 吸盤機構圖
2.3.2 操作臂的工作空間設計
機器人臂的主要部分是支持手腕，手指和工件移動機構，使它們。通常有三種運動臂 - 伸縮，旋轉和升降?；静僮魇窃诒鄣钠谕恢靡苿拥氖?，抓住工件重量最大重量和臂本身。
1手臂組成：
（1）的操作裝置，例如液壓缸，氣缸，齒條凸輪臂和驅動器的其它運動部件。
（2）的導向是保證正確的方向，并承擔對工件的重量以及所得扭轉力矩彎曲臂。
（3）臂，作為連接并經(jīng)受外力。
2臂的設計要求：
（1）臂承載能力，剛性和輕量化。
速度（2）臂為適當?shù)膽T性變小。
（3）臂的動作，是靈活的。
（4）高的定位精度。
（5）是更通用。
3臂結構
伸縮臂和下部一般線性石油（氣）缸驅動的運動。結構，都表示一個大致線性運動臂和導向裝置，該組合物的驅動機構。驅動機構通常使用直到油箱，油馬達加斯加齒輪，齒條。它可分為以下幾類，線性油（氣），和往復缸。
汽缸：機器人手臂的液壓往復運動，以達到最常用的是，是一個單刀雙作用氣缸。見證液壓活塞的雙向運動。這種機制，就可以固定在活塞運動的氣缸中，這是固定的，可移動缸桿。
雙動雙桿氣缸：如果你需要很多的旅行，很長的圓柱體，體積大，并進行艱難的努力。由于膨脹和收縮雙缸，兩者是，你能滿足小槽的容量的需要。它的缺點，車程有兩個速度。
螺母部：機構，用于驅動簡??單自鎖是低傳輸效率。這樣的滾珠絲桿，而且效率能夠提高，制造較長，且然后由于更加困難。
往復直線運動和機械手，不要求大量的旅行，設計是選擇的單個雙作用液壓缸桿缸固定桿，以經(jīng)濟結構考慮在內，是容易的運動。
伸縮移動，以便防止所述臂的旋轉軸線的延伸方向，并增加承載能力，和提高運動的準確度，必須有手段操縱導向臂。引導臂部分，以確定的安裝，配置和負載條件的形式。有一起使用的導桿設計中的兩個伸縮運動單，雙導桿導桿。
2.3.3 機座結構的設計
系統(tǒng)組件的一個基本組成部分，并驅動機器人的機器人致動器被安裝在機器的基礎上，它是從支承的所有部分的機器人的重量。它是剛性的，占地面積小，操作簡單，維護和建設要求，外觀精美。
從正規(guī)框架，地板和懸掛，或分為固定式，移動和旅行。無論是哪種形式，機器人必須是固定的工作時間席位。它可以是能夠定位制動器以停止移動基站，以確保在工作位置的機器人的精度。在這種機器人的設計需要選擇一個固定的基地地板。
基部結構和所述機器人的一個特殊的操縱，傳輸和控制部分的整體結構通常單獨設置，這是相對簡單的堿或不存在堿。通用的機器人中，發(fā)送部分設置內部機架或下??，控制單元被布置在所述組的頂部或單個控制箱布局之后。
需要一個機器人臂旋轉模塊，固定在擺動缸堿是必要的。如果水平缸，垂直缸和一個手機構直接安裝到擺動氣缸輸出軸機構簡單，但增加擺動氣缸軸力，較高的氣缸本身的要求，并易造成損壞搖擺壓力缸。同時，機器人本身，重心和傾覆力矩形成的圓筒擺動轉軸從上述重量和傾覆機架每個氣缸直立軸的運動，因此在使用該連接器組件的，SCARA機器人柱的沖擊瞬間承受。連接組件由四部分組成：雙向推力球軸承，底座，轉臺和捕捉罩。如圖2.2所示。選擇推力球軸承，而不是單向的，因為轉臺底座和不能直接連接到軸向。推力球軸承可方便地與車輪軸承內圈與連接到基座蓋的外圈上的卡扣配合。此外，推力球軸承應更多選擇數(shù)量的公稱尺寸，這樣可以更好地承受傾覆力矩。
1、底座 2、擺動氣缸 3、雙向推力球軸承 4、扣罩 5、轉臺
圖2.2機座結構圖
2.3.4 軸套的受力分析
根據(jù)上述分析，設計的零件能到達要求。
2.4 執(zhí)行機構的工作原理
從基座，立柱，橫臂，垂直臂，電磁閥和其他部件吸盤機器人的主要結構。其中，基機擺動氣缸驅動單臂和抽油桿雙作用氣缸驅動。基本上有一個機器人伸縮，升降，左右旋轉，吸收材料，并把此事采取這種行動。
2.5 執(zhí)行機構簡圖
根據(jù)前面scara機器人各部分的設計，可做出scara機器人大體結構簡圖，如圖2.3所示，大圖見CAD圖。
圖2.3 執(zhí)行機構簡圖
第三章 驅動系統(tǒng)的設計
機器人驅動系統(tǒng)正準備開車致動器的運動。根據(jù)不同的動力源是液壓，氣動，電氣，機械，電液關節(jié)和氣液機器人驅動系統(tǒng)的其他手段。在液壓，氣動目前使用的電動三驅動方式。
3.1 驅動系統(tǒng)的設計
液壓驅動，功率重量比，換擋平順和頻繁換向，實現(xiàn)過載保護簡單，自潤滑性，實現(xiàn)了長壽命。但是，油的環(huán)境中，油源，成本高，它能夠澄清許多工作噪聲。
電力驅動，控制精度高，動態(tài)響應快，信號檢測，傳輸，處理方便。然而，驅動器是昂貴的，你可以限制的具體機會申請。出于這個原因，那里的人能買得起，尋求一些其他的車。
價格低氣壓傳動，結構簡單，更多的時候強勁的動力體積比，污染防治，工業(yè)機器人。同時繼續(xù)提高，但由于其組成，“低成本自動化技術”，生產成本的性能，并且將持續(xù)降低，在工業(yè)生產中廣泛現(xiàn)代的用于氣路。在現(xiàn)代化的設備和自動化生產線，它配備了幾乎所有的氣動系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家，有關空氣壓力系統(tǒng)中，完全自動化的過程中，用30％，90％的包裝機械，70％鑄造，自動焊接設備，機械的比例，鍛壓設備和洗衣機40％至50％ ，礦山機械，紡織機械，制鞋，木材加工，食品機械，工業(yè)機器人，設備的30％，43％，氣壓系統(tǒng)的20％。日本，美國，德國，年平均銷售氣動設備的其他國家的增長，將超過10-15％。的值液壓元件，以及大的步伐，靠近氣動設備在許多工業(yè)國家中，氣動機器人技術的輸出，是工具，這已成為以被做以滿足許多的生產要求的一個重要的用途產業(yè)。表3.1列出了各種控制方法的比較。液壓驅動，功率重量比，換擋平順和頻繁換向，實現(xiàn)過載保護簡單，自潤滑性，實現(xiàn)了長壽命。但是，油的環(huán)境中，油源，成本高，它能夠澄清許多工作噪聲。
電力驅動，控制精度高，動態(tài)響應快，信號檢測，傳輸，處理方便。然而，驅動器是昂貴的，你可以限制的具體機會申請。出于這個原因，那里的人能買得起，尋求一些其他的車。
價格低氣壓傳動，結構簡單，更多的時候強勁的動力體積比，污染防治，工業(yè)機器人。同時繼續(xù)提高，但由于其組成，“低成本自動化技術”，生產成本的性能，并且將持續(xù)降低，在工業(yè)生產中廣泛現(xiàn)代的用于氣路。在現(xiàn)代化的設備和自動化生產線，它配備了幾乎所有的氣動系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家，有關空氣壓力系統(tǒng)中，完全自動化的過程中，用30％，90％的包裝機械，70％鑄造，自動焊接設備，機械的比例，鍛壓設備和洗衣機40％至50％ ，礦山機械，紡織機械，制鞋，木材加工，食品機械，工業(yè)機器人，設備的30％，43％，氣壓系統(tǒng)的20％。日本，美國，德國，年平均銷售氣動設備的其他國家的增長，將超過10-15％。的值液壓元件，以及大的步伐，靠近氣動設備在許多工業(yè)國家中，氣動機器人技術的輸出，是工具，這已成為以被做以滿足許多的生產要求的一個重要的用途產業(yè)。表3.1列出了各種控制方法的比較。
表3.1 各種控制方式的比較
通過以上三種驅動方式的比較選用氣動驅動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節(jié)約了成本。
3.2 scara機器人驅動系統(tǒng)的控制設計
根據(jù)SCARA機器人中的液壓缸驅動系統(tǒng)的動作的要求，主要有兩種方法：（1）直線運動（固定筒活塞桿的運動）; （2）擺動（缸體固定）。如圖3.1的氣動驅動系統(tǒng)圖。
圖3.1 驅動系統(tǒng)原理圖
氣動系統(tǒng)由三個三通電磁閥，雙二位二通電磁閥，三缸，吸盤，四個控制閥，六通控制閥，消聲器（幾）等。圖控制閥缸上升和下降，伸長和縮短的揮桿速度的過程中，為了防止材料和SCARA機器人手臂過大的沖擊速度;三通電磁閥是改變氣缸的運動方向;氣體注入真空吸附材料產生真空發(fā)生器選集，其主要功能是吸收和釋放材料，動作二位二通電磁閥由真空發(fā)生器的選擇來控制。
3.3 氣動元件選擇
使用壓縮氣體壓力氣動驅動的方式可以實現(xiàn)能量轉移，其主要介質是空氣，而且還氣體和蒸汽。一個典型的氣動驅動系統(tǒng)由以下四部分組成：
3.3.1選擇供氣
選擇供氣是讓壓縮空氣系統(tǒng)，這是肯定的空氣壓縮機的能量的主要部分，有的還具有空氣凈化設備，氣瓶等配套設備。它將提供一個原動機的機械能轉化為氣體的壓力能。氣動氣源要求：
（1）需要一定的氣壓和充足的流動性。清潔和干燥一些空氣
（2）的要求。此后，主氣源裝置選擇元件描述如下：
1，一臺空氣壓縮機
壓力壓縮機產生的壓縮空氣發(fā)生裝置是燃氣設備的主要來源。根據(jù)結構和工作原理，可分為兩類速型和體積。容積型壓縮機是抽吸腔室的轉子或活塞壓縮封閉的空氣量，以增加空氣壓力的量的特殊形狀。簡單卷，使用方便。在設計中采用容積式壓縮機。
2，儲氣罐
缸可以調整氣流，降低氣流輸出紋波，輸出持續(xù)流動和壓力穩(wěn)定，而且也作為緊急空氣源可進一步從在水中的雜質分離。配備該儲箱的安全閥來限制正常工作壓力小于10??％為高，并配有一個壓力計和排水閥，容器壓力指示等。罐型可分為垂直和水平。該設計使用垂直缸，因為其下部空氣入口，出口，以便采取的油和水進一步分離空氣中的優(yōu)越性。
3.3.2執(zhí)行器選擇
選擇致動器的壓縮空氣作為工作介質和氣體壓力產生的機械運動轉化成機械能轉換裝置，例如，一個氣缸往復直線機械能輸出，輸出擺動油缸振蕩轉動的機械能。
如圖中輸出，線性往復缸1
氣缸氣動執(zhí)行器是選擇之一。最常見的選擇，有標準氣缸，其結構和參數(shù)都是系列化，標準化，通用化。選擇水平伸縮缸單桿雙作用油缸。單桿一般由氣缸，前部和后部氣缸蓋中，組合物活塞桿，密封件和緊固件雙作用氣缸。工作原理：因為當活塞桿回縮到達右側牽引/排氣室，反之亦然活塞腔，活塞桿回縮門口逗留;上升/下降氣缸，當無欄上的吸氣室的一側，當側邊欄，桿下降，反之亦然酒吧電梯排氣室。
擺動氣缸成一個單一的邊緣，雙刃。單個葉片型旋轉式致動器：壓縮空氣從進氣口輸入轉矩作用于葉片，從排放口在其他房間空氣井筒所得。
雙葉片型旋轉式致動器：通過刀片到從壓縮空氣進氣口部的氣體通道的旋轉軸的驅動軸，也可以適用于其它葉片。雙層刀片扭矩產生單葉片型的2倍。
本設計采用了雙葉片擺動氣缸，這樣我們就可以產生更大的扭矩，為了便于所述機器人的旋轉。
3.3.3控制元件選擇
選擇該控制壓力元件是用來調節(jié)空氣流量，并控制流動方向，以便必要的致動器力，速度和改變運動的方向，按照規(guī)定的程序。由壓力控制閥的功能選擇氣動控制元件，流量控制閥和方向控制閥。
監(jiān)管壓力被稱為壓力控制閥氣動元件。它包括一個壓力調節(jié)閥，順序閥和多功能組合閥。
壓力在壓力調節(jié)器的出口側是可調的，并且可以保持閥門的穩(wěn)定的壓力控制出口側。
當壓力釋放閥是閥到達該電路的規(guī)定值，以使從廢氣的側保持在電路處的壓力閥的預定值。
按照“負反饋流”的設計原則單向流動閥控制閥?？刂崎y致動器用于選擇的速度和負載變化需要一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。根據(jù)當“家庭壓力”和“平行溢出”時，控制閥被分成控制閥和溢流油門時兩種主要類型。本設計采用了一系列壓力調節(jié)閥。
鍵入方向控制閥來改變下狀態(tài)的空氣流量控制閥和空氣流通，在方向控制閥氣動致動器選擇的操作或狀態(tài)的改變，其通常分為單向閥和換能器。
（1）單向控制閥
止回閥裝置而不是反向流動通過僅在一個方向上的閥的空氣流，并且是最簡單的方式向控制閥。在氣動系統(tǒng)中，除了一個單獨的單向閥，但往往與流量閥，只能單向閥和一個壓力控制閥歧管的合成。單向閥，其控制所述節(jié)氣門并聯(lián)連接。單向控制閥節(jié)流軸芯被分為兩部分，下閥體。當流體流為正時，節(jié)流過程和控制閥是相同的，節(jié)流間隙尺寸可通過手柄調節(jié);當流體從壓力滑閥閥芯流體壓力逆流起到一個單向閥下的動作，止回閥打開，允許流體反向的自由流動。通過油門前，當油門的氣流。當止回閥打開時，沒有限制。（2）正反轉控制閥
換型，根據(jù)分??為壓力控制，電磁閥控制，人為控制的控制模式方向控制閥。閥是利用卷軸和主體之間不同的相對位置的變換不同的管道之間的開 - 關關系來實現(xiàn)接通，關閉或改變閥的流動方向。它被廣泛應用，有許多種類。
的閥性能的主要要求是：
（1） 壓力流體流經(jīng)時損失小的閥;
（2）油泄漏彼此之間通過一個小開口;
（3）換向可靠，快速，平穩(wěn)無沖擊。
通過閥操作方法是：手動，電動，電磁，液壓式，電動液壓，氣動。
根據(jù)作業(yè)位置和控制的信道數(shù)目的數(shù)目如下：二位二通閥，雙向閥，雙向閥，雙五通閥，三通閥，三通閥等。
該設計采用三通電磁閥，原因如下：
（1），該電磁閥的推廣使用吸入電磁閥體來改變閥的工作位置。由于其操作方便，易于實現(xiàn)自動化，因而得到廣泛應用。
（2）當三通電磁閥兩電磁閥是關閉的中立位置的閥芯，所有端口都互不相通。
（3）使用的三通電磁閥允許氣缸快速向前和向后移動。
3.3.4 輔助元件選擇
選擇的輔助成分，是確保必要的潤滑之間的壓縮空氣凈化部件和消音器的連接。它可分為氣體凈化裝置和其它輔助成分來選擇類別。
如圖1所示，氣體凈化設備過濾器，調節(jié)器和潤滑等，一起被稱為空氣處理單元，也叫氣動三聯(lián)件。壓縮空氣中含有各種雜質，這些雜質的存在可降低耐久性和氣動部件的性能，從而導致故障和事故，因此必須除去?？諝馓幚韱卧?，用于在空氣中的元素除去雜質和改善空氣質量。
2，消聲器
消聲器，以降低排氣噪音的設備。壓縮空氣驅動的工作完成后，放空閥到大氣中。壓縮空氣在這一點上是接近的氣息，聲音狀態(tài)的速度，由于壓力的突然變化，使空氣迅速膨脹，以嘈雜的，其體積一般為80分貝?百分貝，為了改善工作條件，使用消聲器。消聲器吸收，膨脹和擴大吸收三種常見類型。吸收消聲器的吸聲材料中，為了靠沉默。膨脹消聲器結構相對簡單，一些較大的直徑比排氣管的當量的當空氣流，因此，在其內部的空氣流，腫脹，困難，反射，相互干涉型消音器的擴散。吸收膨脹消聲器是兩者的組合?？諝膺M入斜孔，空氣碰撞梁，干擾，進一步減速，然后通過消音器的吸聲材料的表面上的消聲器設置，并最終排放到大氣中。本設計采用擴張式消聲器。
選擇
3.3.5真空發(fā)生器
選擇的主功能的真空發(fā)生器是生產一種橡膠杯吸附真空卡盤和工件。選擇的工作原理是利用壓縮空氣的高速噴射的真空發(fā)生器噴嘴出口噴嘴形成，導致氣流。圍繞下夾帶氣流不斷的效果噴嘴出口的空氣被拉出時，壓力下降到低于大氣吸收室，在一定的真空度。
3.3.6吸盤
吸盤掛元素通常是用橡膠制成的直接對象。之所以真空吸附可吸附在工件上是由于環(huán)境壓力（大氣壓力）大于所述壓力卡盤和工件。連接至空氣夾頭卡盤和真空發(fā)生器的內部空間時，它被分解成與工件卡盤接觸，以形成大氣和吸盤之間的密封，它會吸材料，尺寸和大氣壓力和吸力吸盤內部空間壓力是成比例的差異。
3.4 氣動系統(tǒng)工作原理
占空比機器人：右手擺動缸橫臂伸出→→縱臂被吸下降→→→橫縱臂向上擺動臂缸縮回→L→縱臂下降→放料→垂直上升→手臂返回到初始位置。系統(tǒng)選擇的電磁閥，限位開關，實現(xiàn)對氣缸的往復運動。二位二通電磁閥來實現(xiàn)吸盤吸附材料和釋放物。實現(xiàn)工作循環(huán)的工作方式如下：
（1）右手持擺缸
（2）突出臥式圓筒
（3）垂直垂臂
（4）吸液管
排氣管：空氣處理機組3→2→坦克二位二通電磁閥13→真空發(fā)生器消聲器選擇22→21。
（5）垂直臂
（6）橫臂縮回
（7）左手擺動氣缸
（8）垂直垂臂
（9）臂部缸下降
（10）垂直臂上升
（11）返回到其初始位置
第四章 控制系統(tǒng)的設計分析
機器人設計的關鍵控制系統(tǒng)是設計和機器人的核心。這是勞動分工合理和智能的結構和功能，在為了提高機器人的整體可靠性，具有重要意義的實用性的實施，而且還降低了制造成本，縮短開發(fā)周期的有效途徑。對于本章分析的結構和廣泛使用機器人控制器PLC中，建議采取發(fā)展現(xiàn)狀PLC控制的方法。
4.1 控制系統(tǒng)的結構組成
SCARA機器人控制系統(tǒng)中的通用的機器人動作的協(xié)調，包括硬件和軟件，高性能計算機和相應的控制系統(tǒng)。
硬件控制系統(tǒng)一般由三部分組成：
（1）用于收集信息，例如加速度傳感器的位置，速度，可接受的狀態(tài)的機器人本體，和視覺，觸覺，力和其他傳感器可以感受到機器人部分的外部狀態(tài)的機器人的工作環(huán)境。
（2），控制裝置，用于處理的各種信息，該過程的完全控制，生成必要的控制命令，其中包括一個對應的計算機接口。
（3）為了使機器人的驅動單元來完成移動的操作和功能，機器人可在每個關節(jié)氣動，液壓，電氣和其它驅動器一起使用。
4.2 控制系統(tǒng)的性能要求
對于一般的控制系統(tǒng)具有以下控制要求：
穩(wěn)定性穩(wěn)定性
（1）的系統(tǒng)是通過從平衡的原始狀態(tài)平衡他們的運動表現(xiàn)偏差簡要干擾的韌性。穩(wěn)定性是一般自動控制的基本要求必須滿足，以研究自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個根本問題。
（2）如在過渡過程中的性能描述的過渡過程性能可被確定，平衡是指系統(tǒng)從初始狀態(tài)和平衡和移動到耐沖擊性和耐新狀態(tài)的一個較小的快速超調的平衡;該系統(tǒng)從初始狀態(tài)轉移到一個新的平衡，示出了經(jīng)過時間有多快的過渡過程的系統(tǒng)。
（3）穩(wěn)態(tài)誤差為完成在轉型過程中的穩(wěn)態(tài)誤差之間的差異，實際的穩(wěn)態(tài)輸出所需的穩(wěn)態(tài)輸出。穩(wěn)態(tài)誤差控制系統(tǒng)更小，控制精度越高。因此，好的或壞控制系統(tǒng)性能測量值的穩(wěn)態(tài)誤差的一個重要指標，控制系統(tǒng)設計的任務之一是在這種情況下，考慮到其它性能指標，以使穩(wěn)態(tài)誤差是小型或超過允許一定的限制較小。
4.3 傳感器的分析與選擇
該傳感器是在所述電信號的物理變化被檢測變轉換對象。它主要是用來檢測系統(tǒng)本身和作業(yè)對象，作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，以提供信息用于控制系統(tǒng)的有效運作。
位置檢測裝置和滑傳感器，視覺傳感器，可根據(jù)需要來選擇的設計要求。位置檢測裝置，用于檢測所述機器人的操作是否到位，所述滑動觸覺傳感器是確定材料是否穩(wěn)定吸吮，視覺傳感器，為了完成材料SCARA機器人的識別。
4.3.1位置檢測裝置
4.3.2滑觸覺傳感器
4.3.3視覺傳感器
4.4 控制系統(tǒng)的結構組成設計
4.4.1 PLC控制系統(tǒng)設計
一、 PLC機型的選擇