（毕业设计图纸全套）三自由度机械手设计（含说明书）

例如美国公司推出的工厂全自动化网络系统，不仅具有逻辑运算计时计数等功能，还具有数值运算模拟量控制监控计算机接口数据传递等功能，而且还能进行中断控制智能控制过程控制远程控制等。

该系统配置了语言，向上能与上位计算机进行数据通讯，向下不仅能直接控制数控机床机器人，还可通过下级去控制执行机构。

在操作台上如果配备该公司的数据采集和分析系统，彩色图像系统，则管理控制整个工厂十分方便。

智能模块是以微处理器为基础的功能部件。

它们的与的主并行工作，占用主机的时间很少，有利于提高的扫描速度。

智能模块主要有模拟量回路控制通信控制机械运动控制等，高速计数中断输入和语言组件等。

智能的应用，使过程控制功能增强。

些的过程控制还具有自适应参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。

目前，个人计算机主要用作的编程器操作站或人机接口终端，其发展是使具备计算机的功能。

大型采用功能很强的微处理器和大容量存贮器，将逻辑控制模拟量控制数学运算和通讯功能紧密结合在起。

这样，与个人计算机工业控制计算机集散控制系统在功能和应用方面相互渗透，使控制系统的性能价格比不断提高。

的通讯联网功能使与之间，与计算机之间交换信息，形成个统的整体，实现分散集中控制，形成分布控制系统。

改善和发展新的编程语言高性能的外部设备和图形监控技术构成的人机对话技术，除梯形图流程图专用语言指令外，还增加了语言的编程功能和容错功能。

如双机热备自动切换双机表决当输入状态与逻辑状态比较出错时，自动断开该输出三重表决对状态进行软硬件表决，取台相同的等，以满足极高可靠性要求。

厂家在对硬件与编程工具不断升级的同时，日益向制造自动化协议靠拢，并使的基本部件输入输出模块接线端子通讯协议编程语言和编程工具等的技术规范化标准化，使不同产品互相兼容易于组网，以真正方四的特点通用性强，控制程序可变，具有很好的柔性由于产品的系列化和模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。

当控制对象的硬件配置确定以后，就可通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

在生产工艺流程改变或生产设备更新时，不必改变的硬设备，只需改变程序就可满足要求。

因此，除单机控制外，在柔性制造单元柔性制造系统以至工厂自动化中被大量采用。

二可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。

大多数用户都将可靠性作为选择的首要条件。

针对是专为在工业环境下应用而设计的，故采取了系列硬件和软件抗干扰措施。

硬件方面，隔离是抗干扰的主要措施之。

的输入输出电路般用光电耦合器来传递信号，使外部路与之间无电路联系，有效地抑制了外部干扰源的影响，同时，还可以防止外部高电压窜入模块。

滤波是抗干扰的另主要措施，在的电源电路和模块中，设置了多种滤波电路，对高频干扰信号有良好的抑制作用。

故障时可及时发出警报信息。

软件方面，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

采用以上抗干扰措施后，整个系统将具有极高的可靠性般平均无故障时间高达万小时。

三功能性强，适应面广现代不仅具有逻辑运算计时计数顺序控制等功能，而且还具有和转换数值运算数据处理等功能。

因此，它既可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制，既可控制台生产机械条生产线，也可控制个生产过程。

还具有通讯联络功能，可与上位计算机构成分布式控制系统，实现遥控功能。

四编程方法简单，容易掌握配备有易于接受和掌握的梯形图语言。

该语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。

只用的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

这样，懂得继电器和计算机的人就易于编程同时也为不熟悉电子电路不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

五控制系统的设计安装调试和维修方便用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器时间继电器计数器等部件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。

的用户程序大都可以在实验室模拟调试，调试好后再将控制系统安装到生产现场，进行联机统调。

在维修方面，的故障率很低，且有完善的诊断和实现功能，旦外部的输入装置和执行机构发生故障，就可根据上发光二极管或编程器上提供的信息，迅速查明原因。

若是本身问题，则可更换模块，迅速排除故障，维修极为方便。

六体积小质量小功耗低由于是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品，因而结构紧凑，坚固，体积小，质量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和适应环境温度湿度变化的能力。

因此，很容易装入机械设备内部，是实现机电体化较理想的控制设备。

七价格低廉随着集成电路芯片功能的提高价格的降低，可编程控制器硬件的价格也直不断地在下降。

根据市场统计，国外小型平均每个点为美元，中型折算每个点为美元，大型折算每个点为美元。

虽然的软件价格在系统中所占的比重在不断提高，但由于缩短了整个工程项目的设计编程和投运费用以及缩短了整个投运周期，因此使用的总造价是低廉的，而且还呈不断下降的趋势。

五的分类生产厂家及产品很多，为便于用户对个已知应用来讲选择最合适的，厂商通常通过杂志或其他途径，定期地将不同功能与特性的列表进行比较，表中的内容大体有总点数，最多开关量点数，最多模拟量点数，继电器梯形逻辑图，高级语言，功能，远动控制，文件编制功能，数据总线，接口类型，扫描速度，存储器类型与容量，以及类型与工艺等。

为适应用户的不同应用要求，很多厂家均开发生产了相互有关连的系列产品，为区别的综合特性，通常以下述两种办法分类。

按点数容量分类般而言，处理的点数多，则控制关席比较复杂，用户要求的程序存储器容量比较大，要求指令及其他功能比较多，指令执行的过程比较快等。

按的输入输出点数的多少可分为以下三类。

•小型机总点数般在点以下，用户程序的存储量在字左右。

现在高性能还具有定的通信能力和少量的模拟量处理能力。

这类的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备和开发机电体化产品。

典型的小型机有公司的系列公司的系列和三自由度机械手设计摘要，由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数.，则式.确定弹性影响系数因选取的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，查得.确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜，金属模铸造，蜗杆螺旋面齿面硬度，查得蜗轮的基本许用应力假设寿命，则应力循环次数为式.寿命系数式.则式.计算中心距式.取，因，故取模数，蜗杆分度圆直径这时，.满足假设二涡轮蜗杆的主要参数和几何尺寸设计表.计算项目计算过程结果蜗杆轴向齿距直径系数分度圆导程角齿顶圆直径齿根圆直径蜗杆轴向齿厚蜗杆齿数蜗轮变位系数蜗轮齿数蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径蜗轮齿宽三齿根弯曲疲劳强度的校核式.当量齿数式.据查得齿形系数.螺旋角系数式.许用弯曲应力查手册得制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数式.式.式.，所以弯曲强度是满足的。

四精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动属于动力传动，属于通用机械减速器，从圆柱蜗杆蜗轮精度中选择级精度，侧隙种类为，标注为。

然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，在零件图中标出。

第四章电机的计算和选型第节步进电机概述步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

在非超载的情况下，电机的转速停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加个脉冲信号，电机则转过个步距角。

这线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。

它必须由双环形脉冲信号功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械电机电子及计算机等许多专业知识。

感应子式步进电机特点感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。

因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳噪音低低频振动小。

感应子式步进电机种程度上可以看作是低速同步电机。

个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。

必须采用双极电压驱动，而反应式电机则不能如此。

例如四相，八相运行完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为，.个二相电机的内部绕组与四相电机完全致，小功率电机般直接接为二相，而功率大点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线四相，这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用二驱动控制系统组成步进电机的运行要有电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进电机。

步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。

典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成.步进控制器，由单片机实现。

．驱动器，把单片机输出的脉冲加以放大，以驱动步进电机。

．步进电机。

现以三相六拍为例步序控制位控制模型以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型。

因此，步进驱动控制器实际上就是按上述的控制方式所规定的顺序送脉冲序列，即可实现驱动步进电机三相六拍方式的转动。

输入顺序脉冲序列的速率就是步进电机的速率。

使用控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统功率放大是驱动系统最为重要的部分。

步进电机在定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流而样本上的电流均为静态电流。

平均电流越大电激励矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。

因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式般有以下几种恒压恒压串电阻高低压驱动恒流细分数等。

第二节步进电机的计算及选型提升机构步进电机的计算及选型等效转动惯量计算计算简图见图。

传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下式进行计算式中步进电机转子转动惯量，齿轮，的转动惯量滚珠丝杠转动惯量参考数控机床，初选反应式步进电机，该步进电机转子的转动惯量代入上式考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。

满足惯量匹配的要求。

二电机力矩的计算机械手在不同的工况下，所需转动力矩不同，下面分别按各阶段进行计算。

快速空载起动力矩。

在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下上式中传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量电机最大角加速度电机最大转速运动部件最大快进速度脉冲当量步进电机步距角运动部件从停止起动加速到最大速度所需时间起动加速时间摩擦力矩上式中导轨的摩擦力导轨摩擦系数运动部件总重量齿轮降速比，按计算传动链总效率，般取折算到电机上的摩擦力矩附加摩擦力矩式中滚珠丝杠预加负载，般取，为进给率引力滚珠丝杠导程滚珠丝杠未预紧时的传动效率，般取