【正文】 21 對 A缸的選取 .................................................... 21 氣動指揮機械手臂設計 IV 對 B缸的選取 .................................................... 21 對 C缸的選取 .................................................... 22 對 D缸的選取 .................................................... 23 對 E缸的選取 .................................................... 23 對電磁換向閥進行選型 ................................................ 23 對氣壓的要求 ........................................................ 24 對氣動三聯(lián)件的選擇 ................................................... 24 單向節(jié)流閥的選擇 ..................................................... 25 減壓閥的選擇 ......................................................... 26 安全閥的選擇 ........................................................ 26 6 指揮機械手臂控制部分設計 ................................................ 28 PLC型號的選擇 ....................................................... 28 初始位置程序的編寫 .................................................. 28 機械手臂的指揮動作循環(huán)程序 .......................................... 29 機械手臂肩部的轉動 .............................................. 29 機械手臂大臂、肘部、腕部的轉動 ................................... 30 外接電路驅動電磁換向閥 ............................................... 34 恢復初始位置控制 ..................................................... 35 ............................................. 36 7 總結 .................................................................... 37 參考文獻 .................................................................. 38 致謝 ...................................................................... 39 氣動指揮機械手臂設計 1 1 前言 機械手的發(fā)展史 機械手首先是從美國開始研制的。 1958 年美國聯(lián)合控制 公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為 Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司 ,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962 年美國機械制造公司也實驗成功一種叫 Vewrsatran 機械手。該機械手的中央 立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。 1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯(lián)合研制一種 UnimateVicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于 177。1 毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從 1970 年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。 日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自 1969 年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應用機械手，至 1977 年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進口。目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。 第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(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)。 現(xiàn)代研究趨勢 目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機械手共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面 : (1) 工業(yè)機械手的優(yōu)化設計 并探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高負載與自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展。 (2) 機械手控制技術 :重點研究開放化 ，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機械手控制器的標準化和網(wǎng)絡化，以及 VC 機網(wǎng)絡控制器己成為研究熱點。編程技術 不僅 進一步提高在線編程的可操作性，離線編程的實用化 也 將成為研究氣動指揮機械手臂設計 2 重點。 (3) 多傳感器系統(tǒng) :為進一步提高機械手的智能和適應性，多種傳感器的 配合 使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器信息融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器信息融合算法。 (4) 機械手的結構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 (5) 機械手遙控及監(jiān)控技術，半自主和自主技術，多個機械手和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡建立大范圍內(nèi)的機械手遙控系統(tǒng)，在有延時的情況下，建立預先顯示 從而 進行遙控等。 (6) 虛擬機械手技術，基于多傳感器、多媒體 和虛擬現(xiàn)實以及臨場 傳 感技術，實現(xiàn)機械手的虛擬遙控操作和人機交互。 (7) 多智能體調(diào) 控技術 :這是目前機械手研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。 (8) 軟機械手技術 :主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機械手設計未考慮與人緊密共處，因此其結構材料多為金屬或 其他 硬性材料，軟機械手技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機械手意外地與環(huán)境或人 發(fā)生 碰撞時是安全 的 ，機器人對人是友好的。 (9) 仿人和仿生技術 :這是機械手技 術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行 了 一些基礎 性 研究。 國內(nèi)發(fā)展狀況 國內(nèi)機械行業(yè)應用的機械手絕大部分為專用機械手，附屬于某一設備，其工作程序是固定的，通用機械手也有所發(fā)展 。改革開放以來，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前基本掌握了機械手的設計制造技術、控制系統(tǒng) 的 硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃 等 技術，生產(chǎn)了部分機械手關鍵元器件，開發(fā)出了噴漆、弧焊、裝配、搬運等機械手。但是，我國的機械手技術及其應用程度和發(fā)達國家相比還有很大的差距，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 。機械手應用工程起步較晚，應用領域 還 比較 窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距 。在應用規(guī)模上遠 不及 發(fā)達國家。以上原因主要是 沒有實現(xiàn)機械手的高度產(chǎn)業(yè)化。當前我國機械手的生產(chǎn)幾乎都是應用戶 要求，“一個客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周 期長、成本高， 且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn) 定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，做 好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。 機械手研究領域 機械手技術是集機械工程學、計算機科學、控制工程、電子技術、傳感器技術、 人機工程 學等學科為一體的綜合技術，它是多學科科 技革命的必然結果。每一支 動作靈敏的 機械手，都是一個知識密集和技術密集的高科技機電一體化產(chǎn)品。 本文主要研究內(nèi)容 本文提 出了一種 比較新穎 的研究設計方法，即通過應用軟件先對不確定的 運動進行模氣動指揮機械手臂設計 3 擬，選擇最佳方案進行設計計算，從而 實現(xiàn) 設計要求。本文將通過以下幾個內(nèi)容進行論述： (1) 氣動指揮機械手臂的整體設計； (2) 機械手臂的 運動模擬 ； (3) 氣動回路設計； (4) 氣動元件的 選擇 ； (5)機械手臂 PLC 控制部分設計； 氣動指揮機械手臂設計 4 2 氣動指揮機械手臂 的整體設計 根據(jù)設計要求，對指揮機械 手臂類型選擇為非伺服多關節(jié)型。 機械手臂的主要技術參數(shù)設計 機械手臂的自由度 要想達到模仿人類的音樂指揮動作，通過仿生原理我最終采用 5 自由度的機械手臂來完成這一動作，其機器人機構簡圖如圖（ 2— 1）。 圖 2— 1 五 自由度機器人簡圖 如圖所示機器人手臂在 xo1y平面存在三 個分別沿 o2z和 o3z及 o5z軸的轉動 σ2和 σ3及 σ5，在肩部還有一個沿 o1y 軸的轉動 σ1，同時 腕部 還存在一個在 o4x 的轉動 σ4。機 器人的自由度越多