二维搬运平台及其控制系统设计.doc

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1、工业大学（威海）机电综合课程设计二维搬运平台及其控制系统设计：XXx班级：学号：专业：机械设计制造及其自动化指导老师：XXX同组人：时间：2010.11.29-2010.12.16目录设计任务书41总体方案设计51.1机构示意图51.2运动方式详细分析61.3设计方案说明61.3.1驱动系统71.3.2传动元件71.3.3气动系统71.3.4支撑系统71.3.5控制系统82机械系统设计82.1滚珠丝杠的选择82.1.1运动参数确定82.1.2运动规律简图及其计算82.1.3滚珠丝杠的选择92.1.4滚珠丝杠的选型102.2支撑导轨—光杠的参数计算102.2.1光杠材料选择

2、102.2.2光杠最小直径的确定102.3气缸参数的计算和确定112.4电机选型123气动系统设计134控制系统设计144.1I/O口的分配154.2程序设计154.3电路接线原理图165总结与心得17参考文献18设计任务书1．课程设计目的：通过本次课程设计，综合运用所学的机械和控制相关知识，分析和解决实际工程问题，培养和锻炼学生的动手能力。2．设计容：设计用于生产线搬运码垛的二维平动机械手，其中X轴由伺服电机驱动的丝杠驱动，Z轴由气缸驱动，气缸的末端装有抓取单元（抓取单元无需设计），用于抓取工件。生产线的规格为：传送带高度为1.2m1000mm，宽度0.5m，工件平面尺

3、寸D=100mm，传输速度：0.01m/s，工件质量：17kg3kg。设计容包括：1）机械系统的设计：设计该二维平动机械手，完成装配图的三维设计，绘制二维装配图和零件图；2）气动系统的设计：设计机械手的气动系统原理图；3）控制系统的设计：完成伺服电机的选型计算，设计机械手气动系统的控制原理图，编制相应的PLC程序并完成调试。3．设计要求：1）机械三维示意图A4图纸1，二维总装图1、零件图1；气动系统原理图A4图纸1；控制系统原理图A4图纸1；梯形图程序图1；2）控制系统设计两种运行模式：手动模式和自动模式，在手动模式下可以用按钮控制气缸的伸缩，在自动模式下，按下启动按钮后

4、，气缸的动作过程为：在抓取工作位（初始位置）下行，下行到位后停留1S（等待抓取单元稳定），然后上升，上升到位后停留2S（等待X轴运行到码垛位），然后下行，下行到位后停留0.5S（等待抓取单元松开），然后上升，上升到位后停留2S（等待X轴回到初始位置），至此完成一个工作循环，如此反复。3）设计说明书5000字，包括：各类设计计算，标准件的选型，控制及气动系统的设计过程等。4．时间安排（共三周，15个工作日）：1）清点备品，准备工作：1天；2）查阅资料：2天；3）机械系统设计：5天；4）电气、控制系统设计：5天；5）说明书撰写：1天；.6）答辩：1天；1总体方案设计1.1机构

5、示意图根据课程设计任务书的二维搬运平台及其控制系统设计要求，现给出其机构三维示意图如下所示：图中显示出了机械手的二维运动，包括气缸吊在传动丝杠上实现X轴的运动和气缸的收缩实现对工件的夹取和移动，挂接在气缸下部的抓取装置未为画出。图中的丝杠现准备采用滚珠丝杠由伺服电机驱动带动气动系统传动工件，而系统的导轨用两根平行的光杠支撑，以避免滚珠丝杠承受径向力而发生弯曲。1.2运动方式详细分析因为控制系统要控制气缸的运动，所以要弄清气缸的整个运动循环过程，一个工作循环可以拆分为四个行程。电磁阀不通电时，活塞杆处于上位，因为此时气泵已经开启，电磁阀为二位五通阀，因此活塞杆必定处于一个位

6、置，假定它处于上位，以后编制的PLC程序也是据此设定初始位置。（1）行程1通电之后，活塞杆下行，到达底部时，霍尔传感器发出信号，在下位停留1s，等待抓取零件。（2）行程2活塞杆上行，到达上位，等待2s。（3）行程3活塞杆下行，到达下位，等待0.5s，松开零件。（4）行程4活塞杆上行，到达上位，停留2s，回到初始位置。这就构成一个完整的工作循环，不断重复。如图所示：1.3设计方案说明1.3.1驱动系统伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。整个系统采用伺服驱动系统。伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输

7、出。1.3.2传动元件传动元件采用滚珠丝杠。传动的原理就是通过伺服马达的带动，丝杆做高速转动，通过螺母来带动固定在螺母上面的机械，特点是滚珠丝杆的精度比较高，误差小。滚珠丝杠螺母副传动摩擦系数小，无滑移，一般不能自锁，传输效率高。与普通螺纹副传动相比传动精度更高，并且可以有效消除回程误差，实现准确定位与传动。1.3.3气动系统工件的上升与下降通过气缸的伸缩与收回来实现。气压传动具有以下优点：1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道；  2）因空气的粘度很