机械电气控制装置PLC技术分析论文

机械电气控制装置PLC技术分析论文（精选8篇）

机械电气控制装置PLC技术分析论文 篇1

关键词：机械电气；控制装置；PLC技术；运用能力

人类社会对电子信息科技的运用越加依赖，自动化控制系统在工业领域也显现出极高的优势地位。其中，PLC技术的运用有效缓解人工投入的成本，提升机械电气控制装置的效率。实现企业生产的有序加工，强化整个机械电气控制行业的生产发展能力。

1PLC技术综述

机械电气控制装置PLC技术分析论文 篇2

1.1 构成

PLC是一种建立在计算机技术和自动化技术基础上的电子装置, 采用具有可编程序功能的存储器, 能够进行内部各种运算, 并借助模拟式或数字式的输入输出接口, 对各种机械生产过程进行控制。其主要构成部分包括存储器、CPU、电源、外设备编程器以及输入输出接口、扩展槽等, 电源、数据和控制总线将其内部的各部分进行连接, 形成一个整体, 在外部则结合配置设备的特点选择相应的控制策略, 形成一个完整的控制系统。从结构的角度可将PLC分为两种, 即模块式和固定式。

1.2 优点

PLC是一种电子装置, 为方便使用, 体积设计得都比较小, 而且质量很轻, 功耗也相当少, 安装难度低, 有利于实现机电一体化。PLC技术在多种电气控制系统中都有应用, 具备逻辑处理、数据运算等诸多功能, 在高科技的推动下, 其功能在不断完善, 应用领域增多, 实用性更强。PLC控制系统采用了大量的集成电路技术, 不论是生产工艺, 还是内部电路, 性能都比较优越, 具有良好的可靠性和极强的抗干扰能力。此外, 在硬件发生故障时, 它还能够自动检测, 同时发出警报信号, 而且维修工作简单方便, 成本也很低。凭借以上诸多优势, PLC技术广泛应用于开关逻辑控制和各种自动控制系统中, 近些年来, 在冶金机械以及煤矿采掘机械等设备中也广受欢迎。

2 控制技术类型

2.1 FCS系统

FCS, 即现场总线型控制系统, 能够实现现场的智能设备和自动化系统内一些结构的连接工作, FCS是一种通信网络, 能够支持双向、多节点和总线式的全数字通讯形式。该系统的重要组成部分包括现场环境、Infranet控制网以及诸多节点, 通过不断融合, 逐渐形成了比较完整的体系结构, 在工业自动化领域有很好的应用。

2.2 DCS系统

DCS, 即集散型控制系统, 利用计算机技术和通讯、控制技术等将监测站、现场控制站等进行连接, 实现分散控制、集中管理, 在实现信息高度集中化的前提下, 又可以优化整个生产过程的管理调度。该系统主要包括通信总线、显示单元和控制单元, 显示单元和控制单元依靠通信总线进行连接, 进而组合成一个完整的系统。该系统在最初成立时的理念是“分散危险, 集中信息”, 即将危险部分分开进行控制, 集中显示管理。

2.3 类型的确定

在选择以PLC技术为基础的各种控制系统时, 应从多个方面进行考虑。现场总线型控制系统是今后的主流方向, 它是集散型控制系统在技术上的一次飞跃, 虽然还不是很成熟, 但其结构比较简单、灵活性好, 能够实现互操作, 而且控制功能分散、造价较低, 综合分析, 该系统比集散型控制系统应用更为广泛。

3 电气控制装置设计

3.1 原理图的分析

此环节是首要工作, 分析对象主要有主电路、控制电路、保护环节、信号等, 设计伊始, 必须要对原理图进行准确精细的解读分析, 辨认并熟记原理图中的一些电气设备, 如电动机等;能够辨认主电路的控制电器和保护电器;结合实际情况, 仔细检查电源。

3.2 PLC控制系统的设计选择

该系统的设计尤为重要, 此处以煤炭分装器为例, 分装器的构成部分包括电气控制系统、气动系统以及拦包机、导料摆板等, 其设计原理为, 利用安装在分料带上的光电感应器对煤炭进入分装箱的具体状况进行辨认, PLC系统负责煤炭进入分装箱距离的时间计算工作, 最终借助相关软件完成操作台上的开关控制。此外, 该系统还能够设置分装重量, 一旦发生拥堵现象, 能够自动断电, 形成自我保护。实际选择时, 一般会采用日本OMRON小型PLC控制器, 在设置I/0点数时, 可设为输出16, 输入24, 共40点。

3.3 通信网络

通信网络的设计主要由通信网络和控制网络共同完成, 高层子网配置多采用通用协议, 中低层子网配置则以公司专用协议为主, 各级子网配置可使用3-4级构成。选择通信系统时, 以PLC RS422总线上位连接系统为主。

3.4 接地设计

其作用主要是提升系统的抗干扰能力, 保障系统安全, 但需要经过严格思考才能进行设计, 否则很容易破坏系统的稳定性。

4 中央空调智能控制系统

随着PLC技术的进一步完善, 其应用范围也在不断扩大, 在此以中央空调为例, 对PLC技术在其智能控制系统中的应用进行了分析。该系统主要包括以下几个方面:

IPC是工业控制计算机的简称, 其运算功能比较强大, 且人机交互界面功能良好, 很容易控制整个系统;PLC, 即可编程控制器, 抗干扰能力强、可靠性高, 具有强大的逻辑控制功能, 且能够适应恶劣的环境, 再加上它的过程控制功能不断完善, 被广泛用来采集数据以及进行工业现场的控制;由于半双工、差分接收以及平衡发送等通讯方式的使用, RS-485传送距离远, 能够抑制共模干扰, 且实现多站联网只需要一对双绞线, 减轻了现场的接线工作量, 降低了成本。

结合建筑实际情况做综合考虑, 系统的上位机使用工业控制计算机, 以方便用来监控;下位机使用PLC, 负责采集数据和现场控制;利用远程智能模块来收集室外温度、系统供回水温度以及干管压力的详细信息, 并发送给PLC;选用RS-485总线, 实现工业控制计算机、变频器、PLC、智能模块信息之间的通讯, 其结构见图1。

工控机在选择开发工具时, 选用了MCGS 5.5组态软件来建设计算机监控软件。在设备窗口中, 将控制系统和变频器、PLC等外部硬件设备进行连接, 借助用户窗口和实时数据库, 采用报警处理、数据储存以及报表输出等方式对工业过程实施实时监控。

该控制系统有其自己的运行方式, 通常是由工控机接收并读取来自PLC的信号, 并借助监控软件实施报警、数据显示以及模糊推理, 对PID控制参数进行调定优化。PLC通过收集的信号和上位机调整的参数来实行PID运算, 并利用变频器对水泵以及压缩机的转速进行调整。此外, PLC还关联着装置各部分的启动和停止顺序;一旦上位机或变频器出现故障, PLC恢复到传统的运行模式, 提升了其安全可靠性。

5 结束语

PLC技术应用在机械电气控制装置中, 能够省去原先复杂的逻辑程序, 对其结构进行优化, 有利于增强系统稳定性, 可以节省大量人力物力, 而且维护工作简单方便, 在工程控制领域的应用越来越广, 其发展空间很大, 在今后还需进一步完善。

参考文献

[1]程香.PLC技术在机械电气控制装置中的应用[J].科技传播, 2013, 24 (15) :189-190.

[2]路克金.浅议PLC技术在机械电气控制装置中的应用[J].中国化工贸易, 2012, 23 (6) :207-209.

[3]冯慧军, 崔浩林.概述机械电气控制装置中的PLC运用[J].世界华商经济年鉴, 2013, 27 (3) :149-151.

机械电气控制装置PLC技术分析论文 篇3

关键词：PLC技术；机械电气控制装置；作用

PLC建立在计算机微处理器的基础上，有效结合计算机信息技术、通信技术和自动化控制技术，最终形成一种通用性较强的可编程控制器。虽然PLC内部系统中的微处理器相对比较复杂，但是在具体的应用过程中，即便是不了解微处理器的人，也能够有效运用PLC，因此，PLC具有广阔的应用前景。它在初始应用阶段，仅仅是取代继电器接触器，后来伴随着其应用范围的日益扩大，PLC慢慢渗入到电气控制系统中，它凭借自身较强的抗干扰能力、灵敏的自我诊断能力，这在很大程度上显著提升了电气控制系统的稳定性，有效弥补了继电器接触器中的缺陷，因此，PLC技术得到越来越多电气工作人员的青睐。

1.PLC技术的作用

1.1体积小、重量轻

通常PLC体积较小，且仅仅消耗数瓦的功率，因PLC体积较小，这为其安装过程带来了极大的方便；

1.2较强的抗干扰能力

传统的机械电气控制装置普遍存在抗干扰能力不强的问题，十分容易被外界干扰，削减其应用效果，无法充分发挥相应的作用，这在某种程度上影响了机械生产。然而PLC技术的出现较好地弥补了这一缺陷，这主要是因为PLC内部充分利用集成电路技术，这能够有效抵抗各种干扰，显著提升了机械电气控制装置的应用性能，为机械生产的高效进行提供了基础保障，推动了机械工程的发展进程；

1.3灵敏的自我诊断

PLC具有灵敏的自我诊断功能，如果出现故障将会启动自我诊断，并可自动报警，警示工作人员快速发现故障，查找故障原因，进而为故障维修提供一定的参考；

1.4促进机电一体化的实现

PLC集计算机信息技术和自动化技术于一身，具有质量良好体积较小的特点，且功率消耗较少，便于安装和使用，将其应用在电气控制系统中，可有效优化和改进电气控制系统，促进机电一体化的实现；

1.5可应用在多种电气控制系统中

PLC技术能够处理数据信息，且还可对数据信息进行预算，它可有效地应用不同类型电力控制系统中的数据信息，进而实现优化和改进机械生产的目的。另外，PLC可有机结合各种最新科学技术，以此来优化电气控制系统，进而拓宽PLC的应用领域。

2.PLC技术在机械电气控制装置中的应用设计

设计是PLC技术在机械电气控制装置中有效应用的基础保障，只有合理的设计方案，并严格依照设计方案应用PLC技术，才能充分发挥机械电气控制装置的作用，提升相应的应用效果。

2.1明确PLC技术的应用类型

明确PLC技术的应用类型是设计中的第一道工序，它是后续设计工作的基础，因此，科学明确PLC技术的应用类型至关重要。在选型时应紧密结合机械电气控制装置的具体情况和实际应用，全面分析和慎重考虑后合理选型。

2.2原理图的分析

原理图的分析具体是指将设计理念体现在图纸上，通过图纸直观地展现整个设计，可全面分析整个设计，找到其与实际情况存在出入的地方，并进行适当的调整。在以PLC技术为基础的机械电气控制装置中，主要电路、控制电路、信号等是重点，在具体的分析环节应着重分析这几方面的内容，充分提升原理图的价值，为PLC技术在机械电气控制装置的有效应用奠定基础。

2.3控制系统和通信网络的设计选择

控制系统设计是整个设计过程中的关键，应切实保证此环节设计的规范、有效。通信网络的设计有助于实现基于PLC技术的机械电气控制装置的智能化和自动化发展。在此环节中应紧密结合实际网络环境和机械电气控制装置对网络的具体要求，在此基础上着手通信网络设计。

3.PLC技术在机械电气控制装置中的应用

3.1集中式控制系统

功能齐全的中央PLC坚实系统和多个设备共同构成了集中式控制系统。系统中的所有设备可依照特定的模式和运行流程构成一个程序，且该程序由中央PLC集中处理，将其和单一的控制系统对比分析可知，该系统具有低成本、高运行效率的优点，然而它也存在一定的缺陷，如若任何一个控制对象需要变更程序，则应停止整个PLC控制系统的运行，引发其余控制对象不必要的停止。

3.2运动控制

PLC技术可有效控制圆周运动、直线运动，在传统的控制模式中直接通过传感器和执行机构完成，然而在新型控制模式中借助运动控制模块来完成。另外，PLC技术在机床等多种控制系统中也有所应用。

3.3数据处理的运用

PLC控制系统可输送、转换和计算数据信息，且还具有其它处理功能。PLC控制系统将数据信息保存在存储器中，为设备稳步运行提供一定的参考，它也是处理数据的主要依据。保存在存储器中的数据信息可借助PLC的通信功能输送至智能装置中。

3.4分散控制系統

在分散控制系统中，分别处理PLC控制系统内部的各个对象，且各个PLC控制器能够借助合理的信号传输共同完成控制任务，或者通过上位机把传输信号经由总线完成输送。多台机械生产线控制是该系统中最主要的机械控制模式，其工作原理为：借助有关数据连接各个生产线，每一个控制对象对应专门的PLC控制，如果任何一台PLC控制器停止运行，其余PLC控制器仍能继续运行。近年来，科学技术的大力发展，实现了PLC和过程控制的有机结合，这有助于底层控制任务的实现。

4.结语

PLC技术集计算机信息技术和自动化技术与一身，它具有较强的抗干扰能力和灵敏的自我诊断功能，它被广泛地应用在电气控制系统中，推动了电气控制系统的发展进程，显著提升了电气自动化系统的稳定性。同时，PLC的成本不高，且功能日益强化，我相信只要我们积极探索，不断创新和优化PLC技术，一定会提升PLC技术在机械电气控制装置中的应用效果，拓宽PLC技术的发展空间。

参考文献：

[1]娄宁.PLC技术在机械电气控制装置中的应用分析[J].河南科技，2014，（2）：80-81.

机械电气控制装置PLC技术分析论文 篇4

一、“项目驱动”教学法的理论依据

“项目驱动”教学法是实施探究式教学模式的一种教学方法,是一种建立在建构主义教学理论基础上的新方法。从学习者的角度说,“项目驱动”是一种学习方法,它适用于学习各类实践性和操作性较强的知识和技能,它能帮助学习者朝着目标,有序学习。从教师的角度说,“项目驱动”是一种建立在建构主义理论基础上的教学方法,尤其适用于培养学生分析问题、解决问题的能力。与传统的教学方法相比,“项目驱动”教学法能更大地激发学生的学习兴趣和求知欲望,充分调动学生的学习积极性和主动性,从而培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力和协作、创新、探索的精神。

二、“项目驱动”教学法的具体实施

1.合理选择教材

根据高等职业教育“淡化理论,够用为度,培养技能,重在应用”的原则,而且在充分考虑到电气控制技术的实际应用和发展情况的基础上,按照高职高专的教育特色,突出应用型知识的学习和能力的培养,力求使基础理论与工程实际紧密联系。在选择教材时我们以实际应用和便于教学为目标,与当前流行的先进技术产品相结合,选用了清华大学出版社王兆明主编的《电气控制与plc技术》。

2.准确设计项目

在“项目驱动”教学方法中,教学项目的设计是整个教学的关键,项目的好坏直接影响到教学效果,因此教师应该紧扣教学内容,根据学生的特点,联系实际应用,制定可行的具有实际意义的综合性项目。教学项目既要涵盖基本的教学知识点,能服务于教学,体现教学目标,又能激发学生的学习兴趣,达到一定的教学效果。在教学过程中,开展以学生为主体的项目教学,在课程的开始,即将学生分为12个小组(每个小组4-5人),并为每个小组确定一个负责人。教师以这个项目案例贯穿于整个理论教学过程中,每次讲授时间不超过10分钟,学生则带着自己项目中的问题去理解、思考教师所讲授的内容。学生的作业主要体现为项目的阶段性的分析,项目小组的成员在讨论、协作的基础上,每次均以小组的形式提交作业。尤其是在交叉设障、排障两个活动中,学生的意见分歧比较大,有的故障比较简单,容易被发现和排除;有的隐藏比较深,要经过仔细查找甚至是几遍查找才能被发现和排除,学生争论激烈,学习兴趣得到极大的提高。

3.学生优化组合《电气控制与plc技术》课程采用“项目驱动法”进行教学。在这种模式下要成功地开展实践教学,合理的分组是第一步。我意识到每个学生都是一个鲜活的个体,他们之间的思想、智力、体力、爱好、知识结构等方面都存在着差异,为了使他们能最大限度的互补学习、互相帮助,发展智力,培养能力,我在编组时就注意合理搭配,优化组合。

4.教师引导监控

“项目驱动”教学法已经形成了“以项目为主线、教师为主导、学生为主体”的基本特征,因此教师必须进行角色转换。角色转换有两重含义:一是从讲授、灌输,转变为引导、互动;二是从离不开三尺讲台转变为走到学生中间,与学生交流、讨论,合作学习。

在实践教学的最后阶段,教师要结合当前该课程的发展趋势和社会市场需求开展项目实训,通过模拟职场情境,提出一个来自机电行业或现实业界的实际问题,在教师的激发和引导下,学生按照自己掌握的知识和积累的经验,在和同学的合作交流、讨论中,明确任务、确定目标、分析问题,并在解决问题、完成项目的过程中,使原有的知识、经验和技能得到进一步的充实、丰富、提升和重构,从而达到巩固和创新的目的,这样既提高了学生的自主学习能力、社会能力和信息素养,又培养了主动探索的创造精神。

三、“项目驱动”教学法的探索

1.理论与实践教学的“完美”结合《电气控制与plc技术》是一门理论与实践关联性很强的课程。这是摆在我们教师面前的一个重要课题。采用“项目教学法”就能较好地解决这个问题。先演示已经设计好的线路,进行必要的提示和讲解,使学生掌握必要的基础知识,然后把全班分成4-5人一个小组分别对项目进行讨论、查找资料,完成相应的项目。在学生进行设计制作过程中,加强巡查与指导,解决学生的提问,记录学生在设计制作过程中遇到的问题,然后利用多媒体教学系统收集学生的作业,挑选设计比较好的线路演示给全体学生观看,要求学生进行点评,并提出好的建议。在完成项目的整个过程中,学生即掌握了必要的基础理论知识,同时又锻炼了他们的实践能力,而且在一定程度上培养了创新能力。

2.“项目驱动”教学法与高职高专“双证书制”的结合教高〔2006〕16号文明确指出,高职高专毕业生双证书的获得率至少要达到80%以上,因此,我在《电气控制与plc技术》实践教学过程中针对中级维修电工实操考试内容确定了“X62W型万能铣床线路设障和排障”的项目,而在整个项目的实施过程中,以中级维修电工的评分标准为依据,制定具体的项目内容,使学生完成这个项目后,可以具备扎实的实操技能和一定的理论基础,为他们顺利获得职业资格证书提供了条件。

四、结束语

实践教学是高等职业教育最显著的特征与标志,它以工作项目为目标,以工作过程指导学习,既能把理论教学与实践教学有机的结合起来,又能将教学内容与企业要求实现零距离对接。“项目教学法”充分发掘了学生的创造潜能,全面培养了学生分析问题和解决问题的思想和方法,提高了学生的各种能力。最关键的是“项目教学法”的实践过程中,既体现了教师的主导作用又发挥了学生的主体作用,更体会到“项目驱动”教学模式的实践价值。

参考文献:

机械电气控制装置PLC技术分析论文 篇5

学年学期：2013-2014第2学期 考试课程：《电气控制与PLC》 考试地点：

9-209 考试时间：2014.6.17 14:30~16:30 试卷卷别：A卷（√）B卷（）注意事项 1、学生的系、专业、级别、班级、姓名、学号必须写在考生信息栏内指定的位置。

2、学生在考试之前必须填写考试学年学期、课程名称、考试地点、时间及试卷卷别。

3、字迹要清楚，保持卷面清洁。试卷、草稿纸随答题纸一起交回。

4、采用流水作业评卷的，阅卷教 师须在题号后签名。

plc机械手控制拓展 篇6

机电一体化

学 生 姓 名：

学 号：

指 导 教 师：

完 成 日 期： 2011.3.15

目录

摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅱ 1 2 3

绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 机械手设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 机械手总体设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

3.1 机械手的组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

3.1.1 执行机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

3.1.2 驱动机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3.1.3 控制机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3.2机械手在生产中的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3.3 机械手的主要特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3.4机械手的技术发展方向„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

3.5机械手坐标形式与自由度选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

3.5.1 机械手坐标形式选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

3.5.2 机械手自由度选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.6 3.7 机械手的规格参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 机械手手部设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

3.7.1 手部设计基本要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

3.7.2 手部力学分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

3.7.3 夹紧力与驱动力的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

3.7.4 手抓夹持范围计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

3.7.5 手抓夹持精度的分析计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

3.8 机械手腕部设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

3.8.1 腕部设计基本要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

3.8.2 腕部的结构选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

3.8.3 腕部回转力矩计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

3.8.4 腕部工作压力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

3.8.5 液压缸盖螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

3.8.6 动片和输出轴联接螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„„16

3.9 机械手臂部设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17-III-

3.9.1 臂部设计的基本要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

3.9.2 臂部的结构选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

3.9.3 手臂伸缩驱动力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

3.9.4 手臂伸缩液压缸参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

3.10 机身升降机构计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21

3.10.1 手臂偏重力矩计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21

3.10.2 升降导向立柱不自锁条件„„„„„„„„„„„„„„„„„22

3.10.3 手臂升降驱动力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23

3.10.4 手臂升降液压缸参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„24

3.11 机身回转机构计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

3.11.1 手臂回转液压缸驱动力矩计算„„„„„„„„„„„„„„„25

3.11.2 手臂回转液压缸参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„26

3.11.3 液压缸盖螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27

3.11.4 动片和输出轴联接螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„28 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31

绪论

机械手结构优化设计

摘 要

在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大的改善了工人的劳动条件，显 著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，本设计通过对机械 手各主要组成部分（手部、手腕、手臂和机身等）分析，从而确定各主要组成部分的 结构，在此基础上对机械手进行设计计算，从而确定装配总图。通过此次机械手设计，掌握相关机械手设计的主要步骤，对于 CAD/CAM 软件应用方面有了进一步的提高。

关键词：机械手，设计，手部，手腕，手臂，机身，结构

工业机械手设计是机械制造、机械设计等方面的一个重要的教学环节，是学完技 术基础课及有关专业课以后的一次综合设计，通过这一环节把有关课程中所获得的理 论知识在实际中综合的加以应用，使这此知识能够得到巩固和发展，并使理论知识和 生产密切的结合起来，通过设计培养学生独立思考能力树立正确的设计思想，掌握机 械产品设计的基本方法和步骤，为自动机械设计打下良好的基础。机械手设计要求

要求本设计能鲜明体现设计构思，并在规定的时间内完成以下工作：

（1）拟定机械手的整体设计方案，特别是机械手各主要组成部分的方案。

（2）根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部、腕部、臂部和机身的结构。

（3）各主要部件（手部、腕部、臂部）的设计计算。

（4）工业机械手装配图的绘制。

（5）编写设计计算说明书。机械手总体设计方案

3．1 机械手的组成工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。

3．1．1 执行机构

（1）手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型，（多为回转型，因其结构简单），手部多为二指（也由多指），根据需要分为外抓式和内抓式两种，也可以用负压式或真空式的空气吸盘和电磁吸盘。传力机构形式也很多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、齿轮齿条式、丝杠 螺母式、弹簧式、重力式。

（2）腕部 是联接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓物体的方位，以扩大机 械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压缸，它的结构紧凑、灵巧，但回转角度小，并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭矩。

（3）手臂

是支撑被抓物体手部、腕部的重要部件，并带动它们做空间运动，它的主要作用是带动手指去抓取工件，并按预定要求将其搬运到给定的位置，一般手臂 需要三个给定自由度才能满足要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降运动。

（4）行走机构

3．1．2 驱动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分，根据动力源的不同大致可分为气动、液 压、电动和机械式四种。采用液压机构速度快，结构简单，成本低，臂力大，尺寸紧 凑，控制方便。

3．1．3 控制机构 在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制，也有用 PLC 进行控制，主要控制的是坐标位置。有的工业机械手带有行走机构，我国正处于仿真阶段。

3．2 机械手在生产中的作用

机械手在工业生产中的应用极为广泛，可以归纳为以下几个方面：（1）（2）建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线。在实现单机自动化方面：

a 各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，仍需人工 上下料，装上机械手，可实现自动生产，一人看管多台机床。b 注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工 件，可实现自动生产。c 冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。

3．3 机械手的主要特点

（1）对环境的适应性强，能代替人从事危险、有害的操作，在长时间工作对人类 有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和 结构，机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。

（2）机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和 延伸人的功能。

（3）由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可避免人 为的操作错误。

（4）机械手通用性、灵活性好，能较好的适应产品品种的不断变化，以满足柔性 生产的需要。

（5）采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。

3．4 机械手的技术发展方向

国内外使用的实际上是定位控制机械手，没有“视觉”和“触角”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视觉”和“触角”的工业机械手，使它能对所抓取的工件 进行分辨，选取所需要的工件，并正确的夹持工件，进而精确的在机器中定位、定向。为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件，它由视觉 传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓 取的工件。为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来，一般采用两种方法： 一种是检测把握物体手臂的变形，以选择适当的能力，另一种是直接检测指部与物件 的滑落位移，来修正握力。因此这种机械手具有以下几方面的性能：

（1）能准确的抓住方位变化的物体。

（2）能判断对象的重量。

（3）能自动避开障碍物。

（4）抓空或抓力不足时能检测出来。

这种具有感知能力并能对感知的信息做出反应的工业机械手称为智能机械手，它

是有发展前途的。现在工业机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力，代替人从事 繁重、危险的工作，在恶劣环境下尤其明显，至于在汽车业和电子工业之类的费工的 工业部门，机械手的应用情况不能说是很好的，原因之一是，工业机械手的性能还不 能满足这些工业部门的要求，适合机械手工作的范围很狭小，另外经济性问题也很重 要，利用机械手节约人力从经济上看不一定总是合算的。然而利用机械手实现生产合 理化的要求，今后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的问题获得解决，机 械手的应用必将飞跃发展。

3．5 机械手坐标形式与自由度的选择

3．5．1 机械手坐标形式选择

机械手一般包括圆柱坐标式、球坐标式、直角坐标式、多关节式。直角坐标式机 械手，占用空间大，工作范围小，惯性大，一般不多用，只有在自由度较少时才考虑 用。圆柱坐标式机械手，占用空间小，工作范围大，惯性大，结构简单。多关节式机 械手，占用空间小，工作范围大，惯性小，能抓取底面物体，但多关节式结构复杂，所以也不多用。球坐标式机械手，占用空间小，工作范围大，惯性小，所需动力小，能抓取底面物体。由以上叙述可以看出圆柱坐标式和球坐标式比较适合，但由于圆柱坐标式比球坐 标式在结构方面简单一些，所以最后决定选择圆柱坐标式机械手。

3．5．2 机械手自由度选择

3．6 机械手的规格参数

抓重：300N 手臂运动参数： 自由度：4 个 坐标形式：圆柱坐标式

伸缩行程（X）：400mm 伸缩速度： 升降速度： 回转范围： 回转速度： 手腕运动参数： 回转范围： 回转速度： 位置检测： 驱动方式： 控制方式： 0°~180°

重复定位精度：3mm

3．7 手部设计基本要求

3．7．1 手部设计基本要求

（1）应具有适当的夹紧力和驱动力，应考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动 机构所需的驱动力大小是不同的。

（2）手指应具有一定的张开范围，以便于抓取工件。

（3）在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减 轻手臂负载。

（4）应保证手抓的夹持精度。

3．7．2 手部力学分析 通过综合考虑，本设计选择二指双支点回转型手抓，采用滑槽杠杆式，夹紧装置 采用常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下手抓闭合，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而手抓张开。下面对其结构进行力学分析： 在杠杆 3 的作用下，销轴 2 向上的拉力为 F，并通过销轴中心 O 点，两手指的滑 槽对销轴的反作用力为 F1 和 F2 其力的方向垂直于滑槽的中心线 OO1 和 OO2 并指向 O 点，交 F1 和 F2 的延长线于 A 和 B。又因为 所以a ——— 手指的回转支点到对称中心线的距离（mm）α——— 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角 由分析可知，当驱动力 F 一定时，α角增大，则握力 FN 也随之增大，但α角过 大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好α=30o~40o。

3．7．3 夹紧力与驱动力的计算 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据，必须以其大小，方向与作用 点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运 动状态变化所产生动的载荷，以使工件保持可靠的加紧状态。手指对工件的夹紧力可按下式计算： 2—— 销轴 3—— 杠杆式中K1——安全系数，通常 1.2~2.0； K2——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可按 K2=1+a/g,其中 a 是重力方向的最大上升加速度，a=Vmax /t 响，g 是重力加速度，g=9.8m/s2。Vmax——运载时工件最大上升速度； t 响——系统达支最高速度的时间，一般选取 0.03~0.5； K3——方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择； G——被抓取工件所受重力； 表 1 驱动力与液压缸工件压力关系图

作用在活塞上外力 F(N)50000 2.0~4.0 4.0~5.0 5.0~8.0

液压缸工件压力 MPa

液压缸工作压力 MPa

设 a=40mm,b=80mm,α=30o,机械手达到最高响应时间 0.5s,夹紧力 FN,驱动力 F 和驱动 液压缸的尺寸。（1）设 K1=1.6 K2=1+a/g 设 Vmax=70mm/s t 响=0.5s 根据以上公式得：

（2）根据驱动力公式得：

由于实际所采取的液压缸驱动力要大于计算，考虑手爪的机械效率η，一般取η =0.85~0.9。

（3）取 η=0.85

（4）确定液压缸的直径 D

选取活塞直径 d=0.5D,选择液压缸工作压力 P=0.8~1Mpa.所以

根据液压缸内径系列（JB826-66）,选取液压缸的内径为：D=50mm 则活塞杆直径为：d=0.5D=0.5×5=25mm.所以手部夹紧液压缸的主要参数为：

液压缸内径 D 50mm 活塞杆直径 d 25mm 工作压力 p 0.8MPa 驱动力 F 859.06N

3.7.4 手抓夹持范围计算

为了保证手抓张开角为 120o，设手抓长为 100mm，当手抓没有张开角的时候，根 据机构设计，它的最小夹持半径 Rmin=40mm,当张开角为 120o 时，根据双支点回转型 手抓的误差分析，取最大夹持半径 Rmax=60mm。所以机械手的夹持半径为 40~60mm。3．7．5 手抓夹持精度的分析计算 机械手的精度设计要求工件

定位准确，抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性 好，并有足够的抓取能力。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取 决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也与机械手夹持误 差大小有关，特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内 的变化，一定要进行机械手的夹持误差分析。以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持半径为 40~60mm,一般夹持误差不超过 1mm,分析如下： 工件的平均半径： 手抓长 L=100mm,取Ｖ型夹角 2θ=120 偏转角β按最佳偏转角确定： 计算得 式中 因为

Ro——理论平均半径 Rmax>Ro>Rmin

所以

△=0.939

夹持误差满足设计要求。

3．8 机械手腕部设计计算

3．8．1 腕部设计的基本要求

（1）力求结构紧凑、重量轻 腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担，显然，腕部的 结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能，因此，在腕部设 计时，必须力求结构紧凑，重量轻。

（2）结构考虑，合理布局 腕部作为机械手的执行机构，又承担联接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的联接。

（3）工作条件 对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环 境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因 素。

3．8．2 腕部的结构选择 腕部的结构有四种，分别为：

（1）具有一个自由度的回转缸驱动腕部结构 直接用回转液压缸驱动，实现腕部的回转运动，因具有结构紧凑、灵活等优点而 被广泛使用。

（2）用齿条活塞驱动的腕部结构 在要求回转角大于 270o 的情况下，可采用齿条活塞驱动腕部结构。

（3）具有两个自由度的回转缸驱动腕部结构 它使腕部具有绕垂直和水平轴转动的两个自由度。

（4）机—液结合的腕部结构 此手腕具有传动简单、轻巧等特点，但结构有点复杂。本设计要求手腕回转 180o，综合以上分析考虑，腕部结构选择具有一个自由度的回转 缸驱动腕部结构。3．8．3 腕部回转力的计算 腕部在回转时一般需要克服以下三种阻力：

（1）腕部回转支承处的摩擦力矩 M 摩 为简化计算，一般取 M 摩=0.1M 总力矩

（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩 M 偏式中G1——夹持工件重量（N）。e——工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（m）。

（3）克服启动惯性所需的力矩 M 惯 启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度ω及启动所需时间 t 启，按下式计 算：或者根据腕部角速度ω及启动过程转过的角度φ启计算：

式中 J 工件——工件对手腕回转轴线的转动惯量（N.m.s2）。J—— 手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量（N.m.s2）。ω—— 手腕回转过程的角速度（rad/s）。t 启——启动过程中所需时间，一般取 0.05~0.3s。φ启——启动过程所转过的角度（rad）。手腕回转所需的总的阻力矩相当于上述三项之和，即：设抓取一根轴，其直径 D=100mm,长度 l=500mm,m1=50kg,当手抓夹持在工件中间位 置回转 180o，将手抓、手抓驱动液压缸和回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，长 h=150mm,半径为 50mm，其所受重力为 G，启动过程所转过的角度φ启=0.314rad,等速 转动角速度ω=2.616rad/s。圆柱体重力 因为手抓夹持在工件中间位置，所以工件重心到手腕回转轴线的垂直距离为 0，即 e 等于 0，所以 M 偏=G1e=0。由于又因为 所以即 3．8．4 腕部工作压力计算 表 2 标准液压缸内径系列（JB826-66）20 70 110 25 75 125 32 80 130 40 85 140 50 90 160 55 95 180 63 100 200 65 105 250

设定腕部的部分尺寸： 根据上表设缸体内孔半径 R=55 mm,外径选择 133mm,考虑到实 际装配问题后，其外径为 180mm，动片宽度 b=66mm,输出轴半径 r=22.5mm。表 3 标准液压缸外径系列（JB1068-67）液压缸内径 20 钢 P≤160MPa 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200

168 146 180 194 219 245

钢 P≤200 MPa 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 由于实际回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩 M 总力矩，即：

式中 M 总力矩——手腕回转时的总的阻力矩（N.m）P——回转液压缸工作压力（Mpa）R——缸体内孔半径（mm）r——输出轴半径（mm）b——动片宽度（mm）所以 所以腕部回转液压缸主要参数为： 工作压力 P 1MPa 缸体内径 R 110mm 输出轴半径 r 22.5mm 回转力矩 M 13.1N.m 动片宽度 b 66mm

3．8．5 液压缸盖螺钉计算 表 4 螺钉间距 t 与压力 P 之间的关系 工作压力 P（MPa）0.5~1.5 1.5~2.5 2.5~5.0 5.0~10.0 螺钉的间距 t(mm)

直径（mm）FQs´——动片和输出轴间联接螺钉的预紧力（N）b——动片宽度（mm）P——回转液压缸工作压力（Pa）螺钉的强度条件为：螺钉材料选择 Q235,取σs=240MPa,则即动片和输出轴间联接螺钉的直径选择 d1=6mm,选择 M6 的开槽盘头螺钉。式中［σ］——螺钉材料的许用拉应力（MPa）d 1——螺钉的直径（mm）

3．9 机械手臂部设计计算

3．9．1 臂部设计的基本要求

（1）臂部应承载能力大、刚度好、自重轻

（2）臂部运动速度要高，惯性要小

（3）手臂动作应该灵活

（4）位置精度要高 3．9．2 臂部的结构选择 常见的手臂伸缩机构由以下五种：

（1）双导向杆手臂伸缩机构手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆均受拉 压，故受力简单传动平稳。

（2）双层液压缸空心活塞杆单杆导向机构 其特点是工作液压缸容积小、运动速度快、外形整齐、活塞杆直径大、增加 手臂刚性。

（3）采用花键套导向的手臂升降机构 内部导向，活塞杆直径大、刚度大、传动平稳，花键轴端部的定位装置值得注 意，必须保证手臂安装在正确的初始设计位置上。

（4）双活塞杆液压缸结构 活塞杆速度先慢后快，是用短液压缸实现大行程的结构。

（5）活塞杆和齿轮齿条机构 手臂的回转运动是通过齿轮齿条机构实现的，齿条的往复运动带动与手臂联接 的齿轮做往复回转而使手臂左右摆动。通过以上，综合考虑，本设计选择双向导向杆手臂伸缩机构，使用液压驱动，液 压缸选取双作用液压缸。3．9．3 手臂伸缩驱动力计算 伸缩液压缸活塞驱动力的计算公式为： F 驱=F 摩+F 密+F 回+F 惯 式中 F 摩——手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。F 密——密封装置处的摩擦阻力。F 回——液压缸回油腔低压油液所造成的摩擦阻力。F 惯——启动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。

（1）F 摩的计算 经计算 式中 G 总——参与运动的零部件所受的总重量（N）。L——手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑前端的距离（mm）a—— 导向支撑的长度（mm）μ´——当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面形状有关。对于圆柱面：μ——摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时： 钢对青铜：取

μ=0.1~0.15 钢对铸铁：取μ=0.18~0.3 计算： 导向杆的材料选择钢、导向支撑选择铸铁，L=700mm,导向支撑 a=420mm,带入数据得：

（2）F 惯的计算 经计算

式中Δv——由静止加速到常速的变化量（mm/s）。Δt——启动过程时间（t），一般取 0.01s~0.5s。手臂启动速度Δv=83mm/s,启动时间Δ

t=0.02s,g=9.8N/kg,带入数据得：

（3）F 密的计算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O 型密

封圈，当液压缸工作压 力小于 10MPa 时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为：F 密=0.03F 驱

（4）F 回的计算 一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。经过以上分析计算，液压缸的驱动力为： F 驱=F 摩+F 密+F 回+F 惯=3640+0.03 F 驱

+338.8 所以手臂伸缩驱动力 F 驱= 4102N 3．9．4 手臂伸缩液压缸参数计算 经过上面计算，确定了液压缸的驱动力 F P=1MPa。

（1）液压缸内径计算

驱= 4102N，因此选择液压缸的工作压力当油进入无杆腔： 当油进入有杆腔： 所以式中 F 驱—— 手臂伸缩液压缸驱动力（N）

D ——液压缸内径（mm）d——活塞杆直径（mm）η——液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取η=0.95 P1——液压缸的工作压力（MPa）带入数据得： 根据液压缸内径系列（JB826-66）,选取液压缸的内径为：D=80mm

（2）活塞杆直径计算 活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度的要求，对于杆长 l 大于 直径 15 倍（l>15d）的活塞杆，还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径 d 按拉压强度计算：

设活塞杆材料为碳钢，碳钢［σ］=100~120 MPa,取［σ］=100 MPa 即 表 5 活塞杆直径系列（JB826-66）18 40 75 5 20 45 80 5 22 50 85 8 25 55 90 10 28 60 95 12 30 63 14 32 65 16 35 70

根据活塞杆直径系列（JB826-66）选取活塞杆直径 d=8mm。所以手臂伸缩液压缸主要参数为：液压缸内径 D 80mm 工作压力 P 1MPa 活塞杆直径 d 8mm 驱动力 F 4720N

3．10 机身升降机构计算

3．10．1 手臂偏重力矩的计算

图 5 手臂各部件重心位置图 设 所以 设

所以偏转力矩 式中ρ——重心到回转轴线的距离(mm)3．10．2 升降导向立柱不自锁条件 手臂在 G 总的作用下有向下的趋势，而立柱导套则防止这种趋势。由力平衡条件得：

所谓不自锁条件为：

即因此在设计中必须考虑到立柱导套长度大于 391mm。式中 f——摩擦系数 h——立柱导套的长度 3．10．3 手臂升降驱动力的计算 由手臂升降驱动力的公式得： F 驱=F 摩+F 密+F 回+F 惯±G 总

（1）F 摩的计算

所以

（2）F 惯的计算 经计算 式中Δv——由静止加速到常速的变化量(mm/s)。Δt——启动过程时间(t),一般取 0.01s~0.5s。

手臂启动速度Δv=83mm/s,启动时间Δt=0.02s,g=9.8N/kg,带入数据得：

（3）F 密的计算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O 型密封圈，当液压缸工 作压力小于 10MPa 时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为：F 密=0.03F 驱

（4）F 回的计算 一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。经过以上分析计算，液压缸的驱动力为：所以当液压缸向上驱动时 当液压缸向下驱动时

3．10．4 手臂升降液压缸参数计算 经过上面计算，确定了液压缸的驱动力 F 驱，因此选择液压缸的工作压力 P=1MPa,为 了满足要求，此时取 F 驱=1999.2N 进行计算。

（1）液压缸内径计算：当油进入无杆腔：当油进入有杆腔：液压缸的有效面积：所以式中 F 驱——手臂升降液压缸驱动力(N)D——液压缸内径(mm)d——活塞杆直径(mm)η——液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取η=0.95 P1——液压缸的工作压力(MPa)带入数据得： 根据液压缸内径系列（JB826-66），选取液压缸的内径为：D=55mm

（2）活塞杆直径计算 活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度的要求，对于杆长 l 大于直 径 15 倍（l>15d）的活塞杆，还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径 d 按拉压强度计算：设活塞杆材料为碳钢，碳钢［σ］=100MPa 即根据活塞杆直径系列（JB826-66）选取活塞杆直径 d=6mm 所以手臂升降液压缸主要参数为：工作压力 P 1MPa 液压缸内径 D 55mm 活塞杆直径 d 6mm 驱动力 F 1999.2N

3．11 机身回转机构的计算

3．11．1 手臂回转液压缸驱动力矩计算 手臂回转液压缸驱动力矩

（1）M 惯的计算 回转部件可以等效一个高 1500mm,半径为 60mm 的圆柱体，圆柱体重量为 G 总=800N，M 驱=M 惯+M 密+M 回设启动角速度

Δω=0.314rad/s,启动时间Δt=0.1s。所以

（2）M 密与 M 回的计算 为了计算方便，密封处的摩擦阻力矩 M 密=0.03M 驱，由于回油背差一般非常的小，故 在这里忽略不计，即 M 回=0。因此 3．11．2 手臂回转液压缸参数计算 设 b=60mm,液压缸工作压力 P=4MPa,d=50mm,则由 得 所以取液压缸内径为 140mm 式中 D——液压缸内径(mm)P——回转液压缸工作压力(MPa)b——动片宽度(mm)d——输出轴与动片联接处的直径(mm)所以手臂回转液压缸主要参数为：

工作压力 P 4MPa

液压缸内径 D 140mm

动片宽度 b 60mm

输出轴直径 d 50mm

驱动力矩 M 476N.m

3．11．3 液压缸盖螺钉计算 由表 4 可以看出螺钉间距 t 与压力 P 之间的关系： T 为螺钉的间距，间距跟工作压力有关，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为： FQs=FQ+ FQs FQ 为工作载荷，FQs为预紧力 液压缸工作压力为 P=4MPa,所以螺钉间距 t 小于 100mm,试选择 8 个螺钉所以选择螺钉数目合适 Z=8 个，危险截面面积所以 螺钉的强度条件为：式中 D——动片外径(mm)［σ］——螺钉材料的许用应力(MPa)d 1——螺钉螺纹内径(mm)螺钉材料选择 Q235，取σs=240MPa,则即螺钉的直径选择 d1=14mm 经过以上的计算，需要螺钉来联接，最终确定液压缸的截面尺寸，内径为 140mm,外 径为 240mm，输出轴直径为 50mm。3．11．4 动片和输出轴之间的联接螺钉由得式中 f——被联接件配合面间的摩擦系数，钢对铜取 f=0.15 D——动片外径(mm)d——动片与输出轴配合处直径(mm)FQs——动片和输出轴间联接螺钉的预紧力(N)b——动片宽度(mm)P——回转液压缸工作压力(Pa)

结论

通过此次毕业设计，使我了解了机械手的很多相关知识，使我了解了当前国内外 在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过程，通过对机械手 的结构设计作了系统的分析，掌握了一定的机械设计方面的知识，为以后的工作学习奠定了基础。本次毕业设计只是对机械手的手部、腕部、臂部以及机身做了系统的设计计算，设计中没有涉及到机械手的控制问题，对这方面有点模糊，需要在以后的工作学习中 了解和掌握，由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望老师见量、指正。

致谢

非常感谢学院领导和老师给我提供了这次良好的深入学习的机会和宽松的学习环境，通过这次毕业设计，不但使我将大学期间所学的专业知识再次回顾学习，而且 也使我学到了专业领域中一些前沿的知识。非常感谢在本次设计中曾给予我耐心指导 和亲切关怀的老师以及帮助过我的同学，正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕 业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着 我，在此，请允许我再次向曾经给予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意！

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参 考 文 献

[1]李允文.工业机械手设计.北京：机械工业出版社，1994

[2]陆祥生.机械手－理论与应用.北京：中国铁道出版社,1985

[3]徐濒主.机械设计手册第五卷.北京：机械工业出版社，1992

[4]张建民.工业机器人.北京：北京理工大学出版社，1988

[5]蔡自兴.机器人原理及其应用.长沙：中南工业大学出版社，1988

[6]冯香峰.机器人机构学.北京：机械工业出版社，1991

[7]工业机械手图册编写组.工业机械手图册.北京：机械工业出版社，1978

[8]天津大学编.工业机械手设计基础.天津：天津人民出版社，1980

[9]陈明.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，2005

[10]孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理.北京：高等教育出版社，2006

[11]周伯英.工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995

[12]龚振帮.机器人机械设计.北京：电子工业出版社，1995

机械电气控制装置PLC技术分析论文 篇7

关键词：PLC技术,电气控制,应用

最近几年,随着机电一体化技术的不断发展,自动化领域里面的佼佼者之一PCL也开始得到普遍应用,同时受到了工业生产领域相关人员的广泛关注。二十世纪下半叶逐渐兴起一种现场总线技术,其中整合了控制技术、现代计算机技术以及通信技术。由于在这一方面研究的不断深入,PLC技术作为一个比较成功的应用技术,获得了很多工业生产企业的认可。在现代信息技术迅猛发展的今天,PLC技术所发挥出的优势越来越显著,特别是在机械电气控制方面,获得了比较理想的应用效果。

一、PLC的组成

一般PLC组成部分包含有:电源、CPU、外设备编程器、数据存储器以及I/O输出接口(其中分为扩展槽、输入输出接口和相应的外部设备接口等)。利用数据总线、控制总线、装置电源总线以及地址总线将PLC里面的单元有效组成一个整体。对于其外部,就按照控制对象相应配置设备并且采取合理控制策略,组建为一个比较完整的具体PLC控制系统。从结构上能够将PLC分为两种,分别是:模块式以及固定式。设计PLC的过程中,为了达到机电一体化目的,专门将其设计为一种损耗比较低、体积不大并且重量非常轻的系统。在PLC控制系统里面合理应用相应集成电路技术,可以使电路性能更加优化,提升其所具有的可靠性以及抗干扰性。

二、机械电气控制

在我国计算机技术不断发展的条件下,工业生产过程中所使用的机械控制技术也得到了一定的发展,生产流程以及产品质量等均有所进步。我国首次自动化技术产生的飞跃以微电子技术为基础,将模拟信号当做核心的相应电子装置与智能仪表盘,发生的第二次飞跃以计算机高速处理技术为基础,将I/O功能模板当做核心的相应大型控制系统。发生的第三次飞跃以现场总线技术为基础,将网络通信和现代控制技术当做主导的相应控制系统。以PLC为基础的控制系统显著优于基层系统,其属于兼具全方位开放以及分布的一种新型控制系统。

三、控制技术种类

1. 分布式控制系统

这种控制系统也被称为DCS控制系统,具有集中显示、危险性分散和有效管理作用。通过计算机以及现代通信技术,利用专属网络将不同生产部门有效联系起来,达到分散控制和标准统一调度目的的一种综合控制系统。对于DCS来说,其主要组成部分包括:通信总线、控制以及显示部分。

2. 现场总线具体控制系统

该系统也被称为FCS控制系统,其能够进行多节点、双向以及总线式信息通信网络,同时实现连接设备和智能系统里面的双向传输以及多分支等结构。这种控制系统组成部分主要有:现场环境、infranet控制网和不同控制节点等。

3. 种类确定

以PLC为基础的控制系统应该从各个角度进行比较,关键是比较控制系统种类。其中FCS是依靠DCS理论支撑完成设计同时不断发展的,其属于未来的一个主要发展趋势,尽管FCS技术和DCS技术相比,稍有欠缺,可是因为其具有很多无法替代优点,比如成本比较低、结构十分简单、分散控制性能较好、可靠性非常高以及互操作性很强等,所以FCS技术在以后的发展中是非常重要的。

四、PLC在机械电气控制过程中的具体应用

1. 对开关量进行逻辑控制

这种控制技术属于最基础,同时得到广泛应用的一种PLC控制技术。其可以代替传统继电器具体电路,并且同时进行顺序控制以及逻辑控制。能够通过这种技术对单台设备进行有效的控制,并且控制生产线以及组合机床等比较复杂的相应生产流水线。

2. 对模拟量进行控制

进行工业生产的时候,往往很容易产生各种不能提前就预测出来的变量,比如,速度以及温度等模拟量,从而对工业生产相关活动产生直接的影响。利用PLC技术可以将这些模拟量有效转换成为数字量,同时将控制器所具有的控制作用充分发挥出来。

3. 集中式控制系统

这种控制系统组成部分主要包含:一台功能性非常好的相应中央PLC固定系统以及相关设备,它们可以组建为中央集成式的那种控制系统。这种控制系统内部,利用有效方式和程序能够在各种设备间构建一个通过中央PLC进行统一调度的相应监控程序。和单一控制系统进行比较,该集中式控制系统实际工作效率非常高,并且成本花费也比较低。可是这种该系统还是存在一定缺点,例如,在更改某个控制对象具体程序的时候,一定要先使整个控制系统的正常运作中断,从而对别的控制对象的有效运行造成了严重的影响。

4. 分散控制系统

这种控制系统内部,所有控制对象均为单独处理的,不同PLC控制器之间可以传输各种有效信号,利用内部网络发生的连锁反应实现控制目的。这种系统所采用的机械控制方式为:通过多台机械具体相应生产线进行控制,采用有效数据来对不同生产线进行连接,各个PLC控制器本身所控制的对象都不同。目前,随着科学技术的不断发展,已经能够有效结合PLC控制器以及远程控制,从而顺利完成所有底层控制内容。

5. 运动控制

在工业生产过程中应用PLC技术,能够让工业进行有效圆周运动或者是直线运行相关控制活动[5]。以前所采用的控制模式主要作用于执行机构和设备传感器,可是现代新型控制系统主要是通过运动控制模块有效完成控制任务的。例如,在多轴部位相关控制模块和可驱动步进电机里面应用PLC,在机床和机器人设备等高级控制系统里面应用PLC技术。

6. 数据处理的有效应用

对于PLC控制器来说,其数据处理主要包括的操作功能有:数据运算、数据传送以及数据转换等,同时可以有效进行数据采集以及数据分析工作。通常情况下,数据信息均存放于PLC系统存储器里面,在处理数据的时候,能够参考提前已经设定的数值。通过PLC自身所具有的通信功能,能够把存储器里面的数据有效传输至相应智能装置里面。现阶段,其广泛应用在大规模控制系统里面,比如过程控制等。

结束语

PLC属于通用工业控制装置,其主要应用对象是工矿企业里面的工控设备,由于其接口以及编程语言非常容易,所以得到了工程技术人员的认可。PLC开关量具体逻辑控制指令能够是继电器功能更加方便的实现,使工矿生产更加便捷,显著提高工业实际生产效率。现阶段,PLC的发展已经处于成熟阶段,将会在机械电气控制系统里面得到普遍应用。

参考文献

[1]王亮.PLC技术在机械电气控制装置中的应用探讨[J].中国机械,2014,(10):219-219.

[2]常宇,刘瑞杰.有关PLC技术应用于机械电气控制装置的探究[J].黑龙江科技信息,2015,(24):135-135.

[3]周永全.机械电气控制装置中PLC技术的应用[J].科学与财富,2015,(7):199-199,200.

[4]聂伍兵,谭洯.浅谈机械电气控制装置中PLC技术的应用[J].科技经济市场,2014,(2):7-7,6.

电气控制与PLC应用技术探究 篇8

引言

PLC是可编程逻辑控制器的英文缩写，它是一个电子操作系统，专门应用于工业环境。PLC应用技术非常灵活，能够根据不同的需要进行仪表、电气等的组合，规模可大可小，为工业生产提供了方便，同时集中控制，提高了生产的效率。PLC应用改变了以往的手动控制，实现了电气控制的自动化、智能化，在市场经济飞速发展的形势下，提高了生产力，增强了行业的竞争力，具有显著的优势。

一、PLC应用技术的特征

PLC设计的初衷是为了工业控制，在技术条件允许的条件下，克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点[1]。PLC的结构非常紧密，实现了机电一体化，并且在抗干扰的性能设计上有很大的加强，这使得PLC高于计算机通常的运行环境，削弱了工业环境对运算的影响，因此具有很强的可靠性。它能在高温、高压的恶劣条件下实行控制工作，因而备受相关行业的青睐。

PLC由多种语言进行编程，能够满足不同语言的需要，同时组建规模可大可小，能够根据不同的生产情况进行组装，扩大容量，通过增加输入扩展单元，通过卡键点数的输出扩大功能，具有非常高的灵活性能。PLC集将电气、仪表和控制集中于一体，能够根据控制系统的变化而组合成不同规模的服务系统，为工业生产提供良好的服务[2]。灵活性使PLC的应用更加科学合理，为其在电气控制上的广泛应用奠定了基础。

一项技术应用的广泛性必须在使用上简单方便，这也是PLC的一大特征。PLC的编程包括功能表图、功能模块图等，采取了多种设计语言的使用，编写方便。同时，在操作上也配备更改系统，可以根据多种凭据进行操作更改。软件和硬件能够对系统做出自行诊断，一旦出现故障，能够及时查出，维修过程非常方便简单。

二、电气控制与PLC技术的应用过程探究

电气控制与技术具有普遍的优势，在钢铁、化工、建材等行业皆应用广泛，技术已经趋向成熟，这主要体现在开关量、模拟量、运动、过程等的逻辑控制上[3]。开关量的逻辑控制应用的领域最为广泛，取代了电器电路控制，使得流水线等生产速度加快，提高了生产力的水平[4]。

PLC技术在电气控制上的应用通过系统在软件程序的编写和执行下，按照规定的指令对原始数据进行收集，扫描输入区域，将初始数据经由控制系统输入，加以分析，然后判断输入区域的运行状态。为了提高信号输入的可靠性，要确保设备和部件的耐用程度，加强故障排除，减少错误，增强控制的灵敏。通过对温度、流量等模拟量的编程处理，实行数字量的转化，控制连续变化的量进行工业环境的检测。系统采取具体防护措施，对电磁辐射、供电电源、接地混乱等干扰进行限制，排除外界因素对控制执行的影响，通过计算机数字运算对特定功能进行程序处理。根据系统设定的指令，对输入信息进行全面分析，扫描预编规则，实现逻辑运算，从而达到特定功能的实施，完成控制。在这个过程中，需要PLC系统完善预警机制，提高执行动作的针对性，进行系统指令的全面监控，从而防止数据发生错误，导致生产损失。

三、电气控制与PLC技术的应用实践分析

电气控制与PLC应用技术涉及的领域非常广泛，它带来了电气控制上的革新，突破了传统的手动操作模式，将工业生产的控制环节带向了自动化和智能化的发展行列，为工业生产带来重大的影响，提高了相关行业的竞争力[5]。PLC在电气控制上已经形成完整的体系，在开关量、模拟量、运动和过程中实现了逻辑控制，通过控制算法的编制，能够对温度、压力等模拟量进行闭环控制，具有非常强大的功能[6]。本文结合PLC技术在纺纱系统和机床的电气控制，按照PLC运行原理进行简要的应用实践分析，探究PLC的实际控制。

在纺纱系统中，PLC是最重要的电气设备控制系统，在纺纱过程中提供电机开关柜等的控制服务以及对人机界面进行系统处理。PLC系统通过对纱锭控制器的初始数据的收集，整理之后按照预编程序扫描输入区域，经过系统判断将数据输向人机界面进行处理，供给操作人员作为指令参考。在这个运行过程当中，PLC对纺纱的质量进行了实时监测，编订程序及时清除有瑕疵的纱，负责数据统计、维护和分析的功能，实际上，PLC与纱锭处理器组成了逻辑结构，形成了逻辑环，对纺纱系统进行了逻辑控制，从而对纺纱工作进行了只能维护和管理。

PLC技术在机床的电气控制中要结合内部装置进行信号传递，PLC独立于机床的内部装置，对信号的传送进行主要控制。PLC在机床的运行中配备了与预警装置，严格控制着机床主轴、液压等的实时状态，一旦出现故障，PLC系统会通过具体指令进行预警，配合操作人员及时排除障碍，使机床恢复正常。同时，PLC通过计算机运算对机车面板实行信号处理，实行系统本身的初始化和急停等，便于机床的正常运作。

四、结语

综上所述，电气控制与PLC应用技术涉及的领域广泛，在工业体系中随处可见。PLC具有操作简便、运行可靠等特点，其强大的抗干扰能力和高度的灵活性使其在电气控制上发挥着巨大的技术优势，使生产效率得到大幅度的提升，促进了工业的发展。要最大限度地发挥PLC在电气控制上的作用，提供高质量的服务，相关方面要加强系统的预警机制的安装，排除隐患以及从生产各个环节减少人为因素的影响，防止数据收集等发生错误，以获得更高的可靠性。

参考文献

[1]张卫星，张淑红.基于PLC及组态软件的小型自动货架系统研究[J].机电产品开发与创新，2013，24（13）：45-46.

[2]叶丽君，李胜多，廖常初.电气控制与PLC理实一体化教学的分析与探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2012，21（46）：21-23.

[3]江明颖，鲁宝春，姜丕杰.多媒体案例教学法在 PLC 课程中的应用初探[J].当代教育理论与实践，2012，25（36）：75-76.

[4]陈敏慧，王伟，庞基良.生物技术专业实习基地和实习模式的研究[J].国科教创新导刊，2013，42（23）：25-26.

[5]冯马才.对LPC自动控制系统的可靠性问题与其设计方案的探究[J].科协论坛，2011，35（08）：46-49.

[6]罗文，孙炜，邹灿红，等.基于MCGS组态软件的PLC仿真教学设计与实现[J].长沙航空职业技术学院学报，2012，42（08）：78-79.