五邑大學(xué)

機(jī)電系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

題目：廢品分揀單元設(shè)計(jì)

班級(jí)：130908班

組員：鄭曾雄（組長(zhǎng)）、張光凡、張揚(yáng)、陳立

指導(dǎo)老師：康獻(xiàn)民

摘要

機(jī)電一體化是以電子技術(shù)特別是微電子技術(shù)為主導(dǎo)、多重新興技術(shù)與機(jī)械技

術(shù)交叉、融合而形成的綜合性高技術(shù)。其目的是不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕人們

的體力勞動(dòng)，逐步代替部分腦力勞動(dòng)。通過(guò)這種技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的是種類(lèi)繁多的機(jī)

電一體化產(chǎn)品，這些產(chǎn)品被廣泛地應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科技活動(dòng)、國(guó)防建設(shè)和人民

生活等各個(gè)領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)的是基于自動(dòng)化生產(chǎn)線中機(jī)械手及分揀單元模塊，系

統(tǒng)在生產(chǎn)線中完成的是工件的工位轉(zhuǎn)移及按需分揀的過(guò)程。整個(gè)系統(tǒng)采用PLC

進(jìn)行控制，機(jī)械手模塊將工件搬運(yùn)到分揀單元指定位置，有升降和90度旋轉(zhuǎn)兩

個(gè)自由度。在分揀單元中，利用輸送帶輸送工件、通過(guò)使用光電傳感器完成對(duì)材

質(zhì)、顏色的檢測(cè)，區(qū)分出金屬工件以及黑色的非金屬工件，在氣缸的作用下，利

用分揀器達(dá)到目的。

關(guān)鍵詞：分揀；機(jī)械手；PLC控制

I

目錄

摘要..............................................................I

第1章緒論.......................................................1

1.1設(shè)計(jì)目的..................................................1

1.2機(jī)械手的發(fā)展史.............................................1

1.3分揀系統(tǒng)的發(fā)展史...........................................1

1.4本文主要研究的內(nèi)容.........................................2

第2章自動(dòng)廢品分揀單元的介紹.....................................2

2.1皮帶輸送機(jī).................................................2

2.290。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手.............................................3

2.3控制單元..................................................3

第3章氣動(dòng)元件的選擇.............................................3

3.1擺動(dòng)氣缸的選擇.............................................3

3.2機(jī)械手升降氣缸的選擇.......................................4

3.3電磁閥的選擇..............................................5

3.4氣動(dòng)接線圖................................................5

第4章電氣元件的選擇.............................................6

4.1蝸輪蝸桿減速器的選擇.......................................6

4.2直流電機(jī)的選擇.............................................7

4.3諧波減速器的選擇..........................................8

4.4步進(jìn)電機(jī)的選擇............................................9

4.5步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選擇..........................................10

4.6交流電機(jī)的選擇............................................11

4.7三菱變頻器的選擇..........................................11

4.8三菱PLC可編程控制器的選擇................................13

4.9光電開(kāi)關(guān)的選擇............................................14

4.9.1光電開(kāi)關(guān)的型號(hào)1（對(duì)射）..............................14

492E包陜j開(kāi),2（彳西.）?????????????????????????????????????????????[5

第5章三菱PLC程序編程..........................................16

5.1I/O分配口.................................................16

5.2PLC接線圖.................................................17

5.3PLC動(dòng)作控制順序圖.........................................18

5.4PLC程序梯形圖.............................................19

結(jié)束語(yǔ)...........................................................32

致謝.............................................................32

參考文獻(xiàn).........................................................33

第1章緒論

1.1設(shè)計(jì)目的

這次課程設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教

學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決專(zhuān)業(yè)

范圍內(nèi)的工程技術(shù)問(wèn)題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工

作和未來(lái)事業(yè)的開(kāi)拓都具有一定意義。

其主要目的：

一、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專(zhuān)業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能

力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。

二、培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)

的一般程序規(guī)范和方法。

三、培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖

冊(cè)工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力。

四、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)

習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。

1.2.機(jī)械手的發(fā)展史

機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它是機(jī)器

人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造

和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性（王希敏，

1992）?在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中。

機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)

機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)

構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又

試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。978年美

國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型

工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1

毫米。聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。

目前，機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主

要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控

制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感

覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò)

程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系

統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)節(jié)。

1.3分揀系統(tǒng)的發(fā)展史

自動(dòng)分揀裝置是按照預(yù)先設(shè)定的計(jì)算機(jī)指令對(duì)物品進(jìn)行分揀，并將分檢出的

物品送達(dá)指定位置的機(jī)械。隨著激光掃描、條碼及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)

分揀機(jī)在物流中的使用日益普遍。在郵政部門(mén)自動(dòng)信函分揀機(jī)及自動(dòng)包裹分揀機(jī)

已經(jīng)使用多年。

從分揀技術(shù)水平上說(shuō)，歐美各國(guó)發(fā)展最早，技術(shù)比較成熟，目前處于世界領(lǐng)

先地位。日本則在第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展很快，到1985年自動(dòng)分揀機(jī)總量達(dá)366

套，號(hào)稱世界上擁有自動(dòng)分揀機(jī)最多的國(guó)家，從19701985年有338臺(tái)自動(dòng)分揀

機(jī)投入運(yùn)行，其中58.32%用于儲(chǔ)運(yùn)業(yè)，17.15%用于銷(xiāo)售業(yè)。日本一位物流專(zhuān)家

認(rèn)為，在用戶需求表現(xiàn)為多品種小批量的時(shí)代，物流技術(shù)的三大措施是自動(dòng)分揀

機(jī)。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和無(wú)人自動(dòng)牽引車(chē)。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)是基本成熟的產(chǎn)品，無(wú)人自動(dòng)牽

引車(chē)是發(fā)展中產(chǎn)品，自動(dòng)分揀機(jī)是接近成熟的產(chǎn)品。

我國(guó)自動(dòng)分揀技術(shù)起步較晚，目前已能與世界先進(jìn)水平保證同步，但缺少技

術(shù)創(chuàng)新能力，使用自動(dòng)分揀技術(shù)的物流系統(tǒng)也較少，大部分小型超市配送中心仍

然依靠人工分揀。在20世紀(jì)80年代，我國(guó)最初是一些郵政局采用小型的半自動(dòng)

翻盤(pán)分揀機(jī)，由于郵政分揀。

但目前我國(guó)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力已有很大的發(fā)展，目前大型分系統(tǒng)大

多能分揀幾十個(gè)到幾百個(gè)種類(lèi)物品，分揀能力達(dá)到每小時(shí)萬(wàn)件以上。國(guó)外分揀系

統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進(jìn)給臺(tái)、信號(hào)盤(pán)、分揀機(jī)、分揀信息識(shí)別系統(tǒng)、設(shè)備控

制系統(tǒng)等幾大部分，還要配備外圍大的各種運(yùn)輸和裝卸機(jī)械，組成一個(gè)龐大而復(fù)

雜的系統(tǒng)。自動(dòng)分揀系統(tǒng)大部分與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)連接起來(lái)，配合自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)、

拖鏈小車(chē)等其他工具組成復(fù)雜的系統(tǒng),分揀系統(tǒng)在總體布置上，可以說(shuō)千變?nèi)f化。

1.4本文主要研究的內(nèi)容

本單元由鋁合金工作臺(tái)、皮帶輸送機(jī)、三工位廢品槽、三公位啟動(dòng)阻擋裝置、

電磁閥組、90°轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手、單元PLC控制系統(tǒng)、單元觸摸屏與支架等組成。

功能通過(guò)總控單元轉(zhuǎn)運(yùn)承接加工檢測(cè)完畢的工作。如果合格品則通過(guò)本單元

皮帶輸送機(jī)直接輸送至下一單元，不合格工件根據(jù)顏色材質(zhì)等不同因素通過(guò)啟動(dòng)

定位阻擋裝置進(jìn)行三工位分揀操作。

啟動(dòng)定位阻擋裝置由旋轉(zhuǎn)氣缸安裝連接板組成，不合格工件輸送時(shí)，檢測(cè)光

電傳感器信號(hào)觸發(fā)，氣缸動(dòng)作，連接板下落，擋住工件并在輸送帶的作用下使工

件滑向廢品槽。

第2章自動(dòng)廢品分揀單元的介紹

2.1皮帶輸送機(jī)

皮帶輸送機(jī)是由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿減速器減速帶動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)皮

帶。

皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)要求:

長(zhǎng)度810mm

有效工作寬度100mm

皮帶輸送機(jī)速度4m/min

電機(jī)直流電機(jī)

皮帶、蝸輪蝸桿減速器、鏈輪、鏈條

2.290°轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手

機(jī)械手為鋁型材料底座，“步進(jìn)電機(jī)直接諧波減速器驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)末端連桿旋

轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上部連桿末端垂直安裝導(dǎo)桿氣缸。氣缸末端水平安裝氣動(dòng)手爪，通過(guò)旋

轉(zhuǎn)，升降進(jìn)行90°工件抓取轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)。

90。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù):

機(jī)構(gòu)形態(tài)旋轉(zhuǎn)升降式

自由度（不含手爪）2

負(fù)載2kg

動(dòng)作范I軸電動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)范圍90度

圍II軸氣缸升降行程30mm

驅(qū)動(dòng)部電機(jī)步進(jìn)電機(jī)

分減速器諧波減速器

本體重量4kg

2.3控制單元

控制單元是由三菱PLC可編程控制器控制，接收總控制的信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)單機(jī)

/聯(lián)機(jī)的切換，控制皮帶輸送機(jī)和90。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手，進(jìn)行廢品件傳輸，檢測(cè)到廢

品后，根據(jù)顏色設(shè)置響應(yīng)的氣缸擋下來(lái)，傳送帶運(yùn)行，將工件導(dǎo)到滑道內(nèi)，進(jìn)入

廢品槽。

第3章氣動(dòng)元件的選擇

3.1擺動(dòng)氣缸的選擇

選擇擺動(dòng)氣缸的型號(hào)為：SMCCDRBU2W40-90S

如圖所示：

擺動(dòng)氣缸/自由安裝型

旋轉(zhuǎn)氣缸是用來(lái)帶動(dòng)擋板使不合格工件落入廢品槽中的。根據(jù)旋轉(zhuǎn)氣缸的技

3

術(shù)參數(shù)如下：

1.工作介質(zhì)干燥的含有油霧潤(rùn)滑的潔凈壓縮空氣。

2.工作壓力0.1-0.8MPa；

3.耐壓1.2MPa；

4.環(huán)境相對(duì)濕度W95%

5.使用環(huán)境溫度-5~60℃（但在不凍結(jié)的情況下）；

6.旋轉(zhuǎn)頻率W10r/s;

7.行程W15mm

擋板是用長(zhǎng)為200mm,寬為50mm,高為2mm的鋁材制作的，密度為2.72g/cm3,

則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=mr2=9.792x104kg.m%選用旋轉(zhuǎn)氣缸型號(hào)為CRB2BWU40-90S,

為基本型可調(diào)轉(zhuǎn)角的90°葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸，缸徑為40mm。

磁性開(kāi)關(guān)安裝位置可以移動(dòng)到任意位置。

可直接安裝。

配管方向有缸體側(cè)面和軸向兩種。（帶有磁性開(kāi)關(guān)和角

度調(diào)整的配管方向只能選擇缸體側(cè)面）

特長(zhǎng)

最低使用壓力：0.2MPa（缸徑10）0.15MPa（缸徑15?40）

帶角度調(diào)整的可以調(diào)整到任意角度。

附帶磁性開(kāi)關(guān)（CDRBU2系列：CDRBU2W,CDRBU2WU）

3.2機(jī)械手升降氣缸的選擇

選擇機(jī)械手手爪氣缸的型號(hào)為：SMC標(biāo)準(zhǔn)型MHZ2-20D

如圖所示：

直線導(dǎo)軌平行移動(dòng)型氣H

4

根據(jù)工件尺寸要求及負(fù)載情況，選用氣缸手爪型號(hào)為MHZ2-20D,缸徑為20mm

的平行雙動(dòng)型氣缸手爪。

3.3電磁閥的選擇

選擇電磁閥的型號(hào)為：AIRTAC4V110-06-B二位五通電磁閥

技術(shù)參數(shù)如下圖所示：

工作介策空SU健40um渡輛遇流）

作勤方式先尊式

接管口役1遺氯=出M=M5度氟=出赳=PT1/8

2212

有效能面稹5.5mm5.0mm12.0mm9.0mm

(Cv=0.31)(Cv=0.28)(Cv=0.67)(Cv=0.50)

位置數(shù)五口二位五口三位五口二位五口三位

使用屢力麓鬧O.0O.8MPa(21~114Psi)

保鏤耐座力1.5MPa(215Psi)

工作溫度七-20-70

本81材雷第合金

潤(rùn)滑②不品慳

量高作勤1?率③5次/秒3次/秒5次/秒

4V11O-M5:120g4V110-06:120g

Kfl200g200g

4V120-M5:175g4Vl20-06:175g

產(chǎn)品特性:

1、先導(dǎo)方式：外部與內(nèi)部可選；

2、滑柱式結(jié)構(gòu)，密封性好，反應(yīng)靈敏;

3、可與底座集成閥主，節(jié)省安裝空間;

4、附設(shè)手動(dòng)裝置，利與安裝調(diào)試；

5、無(wú)需加油潤(rùn)滑等。

3.4氣動(dòng)接線圖如下圖所示:

5

第4章電氣元件的選擇

4.1蝸輪蝸桿減速器的選擇

選用蝸輪蝸桿減速器的型號(hào)：NMRV30-30GB10085-88

選用蝸輪蝸桿減速器中心距為30mm，傳動(dòng)比為i=30o

NMRV系列蝸輪減速機(jī)目前已廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、輸送、水利、化工、

食品、飲料、紡織、煙草、包裝、環(huán)保等眾多行業(yè)和領(lǐng)域工藝裝備的機(jī)械減速裝

置，深受用戶的好評(píng)、是目前現(xiàn)代工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)大速比低噪音、高穩(wěn)定機(jī)械減速

傳動(dòng)控制裝置的最佳選擇。

該類(lèi)蝸輪蝸桿減速器吸取國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)科技，獨(dú)具新穎一格的“方箱型”外

結(jié)構(gòu)，箱體外形美觀，以優(yōu)質(zhì)鋁合金壓鑄而成。

1.機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積輕巧、小型高效；

2.熱交換性能好，散熱快；

3.安裝簡(jiǎn)易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護(hù)檢修；

4.傳動(dòng)速比大、扭矩大、承受過(guò)載能力高；

5.運(yùn)行平穩(wěn),噪音小,經(jīng)久耐用；

6.適用性強(qiáng)、安全可靠性大。

蝸輪蝸桿減速器適用于快速、精確定位機(jī)構(gòu)：

6

(1)適用于精密加工機(jī)床、印刷機(jī)械，食品機(jī)械、紡織機(jī)械，印花機(jī)械，自動(dòng)

化產(chǎn)業(yè)、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療檢驗(yàn)、精密測(cè)試儀器和自動(dòng)化高精度的機(jī)電產(chǎn)品行業(yè)

等；

(2)適用于工廠自動(dòng)化快速移載機(jī)構(gòu)、機(jī)器人手臂抓取機(jī)構(gòu)、智能立體倉(cāng)庫(kù)等。

蝸輪蝸桿減速器的附圖如下：

RV030系列配90ZYT電機(jī)，63B14法竺

O

4.2直流電機(jī)的選擇

選擇直流電機(jī)的型號(hào)：90ZYT02

具體計(jì)算如下：

(1)帶輪機(jī)構(gòu)：皮帶與工作物的總重量ml=2kg

滑動(dòng)面的摩擦系數(shù)口=0.3

滾輪的直徑D=50mm

滾輪的重量m2=lkg

皮帶滾輪的效率n=0.9

皮帶的速度V=4mm/s

電機(jī)電源單相220V50HZ

工作時(shí)間：1天24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)

(2)決定減速箱的減速比：

7

減速比輸出軸轉(zhuǎn)速：n=(VX60)/(nxD)=(4X60)/(nX

50)=25.47[r/min]

因電機(jī)(4極)在50Hz時(shí)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min左右，所以應(yīng)選擇

在此范圍內(nèi)的

減速比i=60o

減速箱的減速比i為：i=(1500)/NG=(1500)/(25.47)=59

(3)計(jì)算必要轉(zhuǎn)矩：

輸送帶起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩為最大。先計(jì)算起動(dòng)時(shí)的必要轉(zhuǎn)矩。

滑動(dòng)部的摩擦力F=um?g=0.3X30X10=9[N]

負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=F?D/2?n=9X25X0.9=0.202[N?m]

此負(fù)載轉(zhuǎn)矩為減速箱輸出軸的數(shù)值，因此需換算成電機(jī)輸出軸的數(shù)值。電機(jī)

輸出軸的必要轉(zhuǎn)矩TM

TM=TL/i?nG=0.202/(60X0.66)

=0.00510[N?m]=5.10[mN?m]

注：(減速箱的傳導(dǎo)效率nG=0.66)

按使用電源電壓波動(dòng)(220V±10%)等角度考慮，設(shè)定安全率為2倍。

5.10X2^10.2[mN?m]

電機(jī)所需功率Pm=(l.5~2.5)?TL?Pn?LP

取系數(shù)為2,則

Pm=2T-2nn=2X0.0102X2XnX1500/60=3.204W

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為10.2N?m以上的電機(jī)，可參閱標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)型號(hào)/性能表來(lái)選擇。

故選擇電機(jī)的型號(hào)為：90ZYT02,再選用可與(寫(xiě)電機(jī)型號(hào))組合的減

速箱的型號(hào)為：NMRV30-30GB10085-88

4.3諧波減速器的選擇

選擇諧波減速器的型號(hào)：XBS80-80(單級(jí)諧波傳動(dòng)減速器)

諧波齒輪減速器是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來(lái)的一種新型減速器。諧波

齒輪傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱諧波傳動(dòng))，它是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)

動(dòng)的一種行星齒輪傳動(dòng)。

其特點(diǎn)：

1.承載能力高諧波傳動(dòng)中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)(重

疊系數(shù))比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動(dòng)形式高。

2.傳動(dòng)比大單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可達(dá)i=70-500o

3.體積小、重量輕。

4.傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)。

5.傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)沖擊，無(wú)噪音，運(yùn)動(dòng)精度高。

6.由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對(duì)柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和

熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。

主要用于各類(lèi)輕型工業(yè)機(jī)器人/機(jī)械臂、刷/造紙機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、測(cè)量/

分析/試驗(yàn)機(jī)器、大型望遠(yuǎn)鏡、精密包裝機(jī)械、半導(dǎo)體制造裝置、FPD制造裝置、

通信裝置、航空航天機(jī)器、數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)多種衛(wèi)星地面站等對(duì)體積有要求的精

密傳動(dòng)系統(tǒng)。

選用諧波減速器型號(hào)XBS80-80,其傳動(dòng)比為80。

8

諧波齒輪減速器選擇的附圖如下:

尺寸(靴:麻)

Diaensionstm)

卿述比AEKS

BCDFGHIJLN0PQRTUX

SizeRatio(h6)(H7)(JS9)(H7)(H7)

22927&

2563(p4012.5926甲16Ip67(|?117.5(P6911(p358-93M2.5912.0叭6-q)2.7Ml54

n.4i01

326-!80ip5015.5(p33920(p9;28.58(f15113(pio914.5(p448P3.5M3915.5(p36-tp3.5M35

13.8f

408010096017.5941925(pio332.59(p20134(fl2?17.5(f5412-IP3.5M3(pi9(p36R1.5M36

80(p-19制

5097018.5932916333.510.592413.5516.3o91492!(p6212-?3.5M3927/8-95.0M38

84100125q)51

100120150(p61種i9

60i?85219-10920S371392813620.8。(P1893097512-f4.5M4934/8-96.0典

80160”19.5

41

8080100135160200(pno25<p82952悄3.2441792815.5620.8o(fl89io910012-IP5.5M5(f45SR9垢12

SO120160(f9727.3*

10041353096493245321?S618.58950912012-96.5M6(p56/8R11M615

84100125168200(pl02

80100120150200(pl2318

120ip17037980MO5642621827.3勺24(p60915012R9M8968/8R15.5US

160ipi2818.5

43.3:'

16080100134160200267(f215?17.5fl63<pi(H(f526.58734(p563212(p40980919512-tpilMIO(f90/8R18MS24

XBS單級(jí)諧波傳動(dòng)減速器組件-A型

4.4步進(jìn)電機(jī)的選擇

選擇步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)：57BYG41

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移信號(hào)的執(zhí)行元件，沒(méi)接收一個(gè)電

脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移與輸入脈沖的個(gè)數(shù)

成正比，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比，轉(zhuǎn)向取決于繞組的通電相序。因此只要

9

控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速

及轉(zhuǎn)向。

其特點(diǎn)

1.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：?jiǎn)?dòng)和運(yùn)行頻率較高，斷電時(shí)無(wú)定位，消耗功率較大。

2.永磁式步進(jìn)電機(jī)：消耗功率較反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)小，需要正負(fù)脈沖供電，啟

動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，有定位轉(zhuǎn)矩。

3.混合式步進(jìn)電機(jī)：?jiǎn)?dòng)和運(yùn)行頻率較高，需要正負(fù)脈沖供電，消耗功率較

小，有定位轉(zhuǎn)矩。

4.直線步進(jìn)電機(jī)：提供直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣量小。

選用混合式步進(jìn)電機(jī)型號(hào)57BYG41,相數(shù)2,步距角0.9/1.8。，保持轉(zhuǎn)矩

0.4N.m,定位轉(zhuǎn)矩0.021N.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.120kg.cm2,電壓12V。

等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

TejTm/ns

「為減速器輸出軸的負(fù)載力矩

n,為減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速

n”為電機(jī)轉(zhuǎn)速

選用諧波減速器型號(hào)XBS80-80,其傳動(dòng)比為80,輸入軸轉(zhuǎn)速為1500r/min

是，輸出軸的負(fù)載力矩為12N.m,輸出軸轉(zhuǎn)速為18.75r/min

則Teq=Tn/n?=12xl8.75/1500=0.15N.m

等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算

2

Jeq=Ji(ni/nB)

Ji為轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

機(jī)械手負(fù)載為2kg,r為機(jī)0mm,Ji=mr2=2x0.22=0.08kg.m2

則J,產(chǎn)Ji(ni/n,,,)2=0.08x(18.75/1500)2=1.25x1O-5

電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL=Je,+Jm

J”為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

可以根據(jù)計(jì)算出的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，按照步進(jìn)電機(jī)的

最大靜轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量選擇步進(jìn)電機(jī)。

T電機(jī)2(2.5-4)幾，JJJ.W4

因此所得步進(jìn)電機(jī)符合要求。

4.5步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選擇

選擇步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)：KZ-2H8060DA

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接

收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為

“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)

數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控

制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速和定位的目的。

我們選用型號(hào)為KZ-2H8060DA的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，其參數(shù)如下：

1、供電電壓:DC18-36V/3A

2、細(xì)分?jǐn)?shù)可選：1,2、4、8、32、64o

3、最大輸出電流：4.2Ao

4、自動(dòng)半流功能。

10

5、具有過(guò)熱、過(guò)流等保護(hù)功能等。

4.6交流電機(jī)的選擇

選擇交流電機(jī)的型號(hào)：CNGL41K25GN-C

該電機(jī)也用于輸送帶的拖動(dòng)，故其參數(shù)與直流電機(jī)選取的參數(shù)相似。

電機(jī)性能參數(shù)Specifications

發(fā)零起功好矩臉錯(cuò)電粉Mit

功率mHM

糧用FrequencStirtmgRMed

Power選爾CurrentQ

yToerqpeTorque二pi

w(W)(V)(A)Tne

W(Kgcm)(Kgan)(Rjen)

4DC25AA叱

25H11050052IS20$1300

4nQ5GNAConunue

4IK25A-C遭掇

IS50025IS205im

4K25GN-CContinue

4IK25A-S武

XWK50on40181300

4K25GN-SContinue

4DO5A-U隹g

25二珈50on401SO1300

4DO5WUCotiunue

4.7變頻器的選擇

選擇三菱變頻器的型號(hào)：VFD-002EL0.2KW220V

臺(tái)灣臺(tái)達(dá)DELTA臺(tái)達(dá)變頻器多功能低功率盤(pán)面式泛用型變頻器是結(jié)合現(xiàn)代

電力電子與微電腦控制技術(shù)所設(shè)計(jì)的一款高科技產(chǎn)品。

主要應(yīng)用于各種小型設(shè)備的變頻傳動(dòng)場(chǎng)合。具有安裝方便、接線簡(jiǎn)單和體積

小巧等特點(diǎn)。如下：

1、輸出頻率0.r600Hz

2、3點(diǎn)任意V/F曲線

3、內(nèi)置PID回授控制

4、RFI-switch應(yīng)用于非接地電源系統(tǒng)

5、內(nèi)置EMI濾波器(230V1phaseand460V3phase機(jī)種)

11

6、采用RS-485通信界面(RJ-45),標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議

7、多樣化通訊模塊，支持多種通訊協(xié)議，如Profibus,DeviceNet,LonWorks

及CANopen

8、完整保護(hù)功能

9、可選購(gòu)數(shù)字操作面板及監(jiān)控軟件

主要參數(shù)如下圖:

端入電相等級(jí)230V

型號(hào)VFD-_EL002004007015022037

適用電機(jī)功率(kW)0.20.40.751.52.23.7

適用電機(jī)功率(HP)0.250.51.02.03.05.0

I■定■出害It(kVA)0.61.01.62.94.26.5

1IS定就出電流(A)

1.62.54.27.511.017

?大修出電壓(V)三相對(duì)應(yīng)輸入電用

1看出鎮(zhèn)率霜事(Hz)

0.1-600HZ

|?麗喃揖蒯Z)

2-12

|XXXEL,入電流(A)4.96.59.316.724-

21A額定電壓，地率單相電諫200-240V.50/60HZ

QXXXEL輸入電流(A)

1.92.74.991520.6

23A額定電壓.頻率三相電凜200-240V.50/60HZ

容許■入電壓變功范例：10%(180.264V)

i5%(47-63Hz)

冷卻散熱系筑自然風(fēng)冷錄制風(fēng)冷

?l(kg)1.21.21.21.71.71.7

12

制勤重陽(yáng)（遇事）

|BUEI

1工如慢箱由ML

R(L1)U(T1)

S(L2)

V(T2)

T(L3)

W(T3)

?E

RB

A多Ml麗接更箱出

RB

*|j*CQQ

RC?出廉出定及次M指示

出姓枝定扁NPN

+24V

Mil

?■/A-MI2

—理苑今2

多-一?fi-3

AFM多tt!疑演比出海子

MI6K

—0-10Vdc72mA

DCM

ACM

“比仁英共同X

E?

出幅段走金幡出翔率

?10V

箱率公定用重公

?10V3mA

PIN1俁越

2-OAVI/ACI

AVIPIN2:EV

主速指令PIN3:GND

0-10V(47kn)PIN4SG-

RS465

w”A，4~20mA

ACt"-由男均以PIN5:SG+

出?股定明AVIACMPIN6:保的

蒙比倡奴共同渡PIN7:保.

E③PIN8:(Stt

◎王i?子?？刂频?子TTwg?

4.8三菱PLC可編程控制器的選擇

選擇三菱PLC可編程控制器的型號(hào)：FX2N-32MT-001

控制規(guī)模：32點(diǎn)MR/MT

?內(nèi)置8K容量的RAM存儲(chǔ)器，最大可以擴(kuò)展到16K

?CPU運(yùn)算處理速度0.08uS/基本指令

?在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊

?基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高20kHz定位功能（晶體管輸出型）

?簡(jiǎn)單介紹

?開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要一一模擬I/O,高速計(jì)數(shù)器。

?對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊

?定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開(kāi)發(fā)了溫度模塊。

網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信

連接到世界上最流行的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)CC-Link,ProfibusDp和DeviceNet

或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決您的通信需要。

13

4.9光電開(kāi)關(guān)的選擇

4.9.1光電開(kāi)關(guān)的型號(hào)1(對(duì)射)：SICKGPSE18.塑料外殼

選用光電開(kāi)關(guān)SICKGPSE18,塑料外殼

檢測(cè)范圍：0至10m

輸出類(lèi)型：NPN

連接：2m4芯電纜，pvc

激光型光電傳感器，可廣泛應(yīng)適用于機(jī)械自動(dòng)化、化工、造紙、輕工、防盜

等行業(yè)作限位、定位、檢測(cè)、計(jì)數(shù)、測(cè)速、人員通過(guò)、等其它工業(yè)自動(dòng)化感測(cè)用

途。

特點(diǎn)：

1.激光對(duì)射光電開(kāi)關(guān)，性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、抗沖擊、耐振動(dòng)、光擾小、

超長(zhǎng)壽命。

2.對(duì)射型檢測(cè)距離遠(yuǎn)，可見(jiàn)光調(diào)節(jié)方便，精準(zhǔn)度高。

3.檢測(cè)距離可選范圍廣，從5mm-15m,以適用不同使用要求，圓柱形

(M12/M18)o

4.發(fā)射激光，直線式光束，可檢測(cè)微小物體，如花生，黃豆，小鐵片等。

5.可檢測(cè)各種不同的物體，如：玻璃、鐵、塑膠、木材、液體...等等，

根據(jù)光量的反射與接收進(jìn)行檢測(cè)。

6.可廣泛應(yīng)適用于機(jī)械、化工、造紙、輕工等行業(yè)作限位、定位、檢測(cè)、計(jì)

數(shù)、測(cè)速、等其它工業(yè)自動(dòng)化感測(cè)用途。

選用光電開(kāi)關(guān)G12A-M1001/2,如下圖：

9

LNEW]

14

4.9.2光電開(kāi)關(guān)的型號(hào)2（微型）：AutonicsBS5-T2M

主要特性：

1、超小型，內(nèi)置放大器,NPN集電極開(kāi)路輸出

2、多種型號(hào)