【正文】 基座結(jié)構(gòu)設(shè)計 基座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，是支撐機(jī)械手全部重量的構(gòu)件。根據(jù)總體設(shè)計中換刀機(jī)械手的設(shè)計要求，本機(jī)械手的基座采用落地固定式。所以采用一個連接組件，將機(jī)械手立柱以上的重量和傾覆力矩由機(jī)架來承擔(dān)?，F(xiàn)對已解決的問題總結(jié)如下： l、根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，即換刀機(jī)械手的工作環(huán)境以及工作過程，并依此確定了機(jī)械 手坐標(biāo)形式和自由度以及各關(guān)節(jié)運(yùn)動參數(shù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍使用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，與傳統(tǒng)氣壓驅(qū)動不同的是，運(yùn)用電氣伺服閥實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的伺服系統(tǒng)控制，由齒輪齒條機(jī)構(gòu)檢測到機(jī)械手的位移，通過電位器轉(zhuǎn)換成電信號，反饋到電氣伺服閥，控制壓縮空氣的流量，從而控制氣缸的位移量。 當(dāng)然，在對機(jī)械手設(shè)計的過程中，也用到了很多技術(shù)，典型的技術(shù)就是伺服技術(shù)，這之中不僅包括氣動伺服，還有電氣伺服，這是推動機(jī)械手運(yùn)作的裝置，就好像心臟一般，有著不可或缺的作用！ 與此同時，正如上文機(jī)械手的發(fā)展背景所講，隨著時代的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用越來越普遍，它已成為各個產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一部分，它能代替人們完成很多需要復(fù)雜加工的工序，同時，還能使加工出來的部件更加完美。由于時間的限制，一些問題未來得及研究，具體有： 機(jī)械手的力控制問題 當(dāng)機(jī)械手在空間跟蹤軌跡運(yùn)動時，可采用位置控制，但當(dāng)末端執(zhí)行器與機(jī)械手工作環(huán)境發(fā)生碰撞時，純粹的位置控制已經(jīng)不適用了。使用機(jī)械手完成裝配任務(wù)要求零件之間的位置精度非常高。 由于使用相對測量方法，機(jī)械手和被操作對象的絕對位置誤差不像它們在純位置控制系統(tǒng)中那樣重要了。相反，應(yīng)該允許用戶通過簡單的描述來指定機(jī)械手的期望運(yùn)動，然后由系統(tǒng)來完成詳細(xì)的計算。在氣壓伺服系統(tǒng)的控制方法上，需廣泛的引入現(xiàn)代控制理論和智能控制等方法。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝 ! 在我即將完成學(xué)業(yè)之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授 參考文獻(xiàn) 25 參考文獻(xiàn) 1. 陸祥生，楊秀蓮編 .機(jī)械手理論及應(yīng)用 .北京：中國鐵道出版社， 1985 2. 機(jī)電傳動與控制 (第三版 )/程憲平 主編 — 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2021— 9 3. 孫樹棟 .工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) .西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 2021 4. 孫好章 .基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究 .無錫：江南大學(xué)， 2021 5. 李文明 .曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的研究與設(shè)計 .武漢：華中科技大學(xué)， 2021 6. 鄧康一 .氣動機(jī) 械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計及伺服控制研究 .西安：西安建筑科技大學(xué)，2021 7. 《工業(yè)機(jī)械手編寫設(shè)計基礎(chǔ)》編寫組 .工業(yè)機(jī)械手設(shè)計基礎(chǔ) .天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社， 1979 8. 李超 .氣動通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā) [D].西安：陜西科技大學(xué)， 2021 9. 王承義 .機(jī)械手及其應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1981 10. 戚昌滋，楊紅旗，雷文字 .機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué) .北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987 11. 肖瓏 .液壓與氣動傳動技術(shù) .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021 12. 李建藩 .氣壓傳動系統(tǒng)動力學(xué) .廣東：華南理工大學(xué)出版社， 1991 13. 天津大學(xué)《工業(yè)機(jī) 械手設(shè)計基礎(chǔ)》編寫組 .工業(yè)機(jī)械手設(shè)計基礎(chǔ) .天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社， 1980. 14. 徐灝 . 機(jī)械設(shè)計手冊第 5 卷 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1992. 15. 齊進(jìn)凱 .氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析及控制的研究 [D].上海：東華大學(xué)， 2021 16. 李超 .氣動通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā) [D].西安：陜西科技大學(xué)， 2021 17. 加騰 一 郎 .機(jī)械手圖冊 .上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1979 18. SMC(中國 )有限公司 .現(xiàn)代實(shí)用氣動技術(shù) (第 2 版 ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 。薛老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。此外，如果能簡單地把機(jī)械手運(yùn)動的期望目標(biāo)點(diǎn)告訴機(jī)械手系統(tǒng)，讓系統(tǒng)自行決定所需中間點(diǎn)的位置和數(shù)量，以使機(jī)械 手到達(dá)目標(biāo)而不碰到任何障礙，這將是非常方便的。 機(jī)械手運(yùn)動軌跡的生成 為了進(jìn)一步提高機(jī)械手的通用性，就要解決如何通過人機(jī)交互指定機(jī)械手通過空間的一條軌跡或路徑。高精度機(jī)械手只能以尺第四章 總結(jié)與展望 23 寸、重量和成本為代價來實(shí)現(xiàn)。顯然工業(yè)機(jī)械手的下一個大量應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?是在裝配線作業(yè)中執(zhí)行一個或多個零件的裝配任務(wù)。 所以說機(jī)械手使以后的工作更加有效率，是未來機(jī)械工業(yè)發(fā)展的趨勢。同時，在此之前，還 做了大量的方案，這對設(shè)計過程提供了很大的助力。對自動換刀機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計。另外，推力軸承要選擇公稱尺寸相對較大一些的，這樣可以更好地承受傾覆力矩。如果水平缸、垂直缸和手部機(jī)構(gòu)直接安裝到擺動氣缸輸出軸上，機(jī)構(gòu)雖然簡單，但擺動氣缸的軸向受力增大，對氣缸的自身要求較高，容易造成擺動氣缸的損壞。基座結(jié)構(gòu)從形式上可分為落地式和懸掛式，或分為固定式、可移動式和行走式。淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 20 擺動氣缸有齒輪齒條式和葉片式兩大類。時間 t=，依據(jù)公式 (34)，得： st SQ mD /24 342 10 ???? ? 立柱升降模塊 立柱是安裝在與基座連接的轉(zhuǎn)臺之上，用以支撐手臂并帶動它升降和移動的機(jī)構(gòu)。 (3)小臂升降氣缸計算 根據(jù)換刀機(jī)械手立柱升降氣缸運(yùn)動過程的要求，氣缸收縮時承受的外力 F≤15N，行程為 30mm，伸出或縮回的時間為 。 當(dāng)活塞桿輸出拉力克服載荷做功時 dFpD 224 ?? ?? （ 32） 式中： F2— 活塞桿的拉力 (N)； d— 根據(jù)拉力預(yù)先估定的活塞桿直徑。 (1)氣缸內(nèi)徑的確定 由作用在活塞桿上的工作載荷和初選的工作壓力，利用下述公式可計算出缸徑 D。手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計重點(diǎn)是驅(qū)動力的計算。 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。 (3) 在保證本身剛度，強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，以利于減輕手臂負(fù)載。所 選擇的元件既要滿足淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 16 系統(tǒng)的性能要求，又不能浪費(fèi)。另外，采用噴嘴擋板控制的菌狀提動閥，抗污染性能強(qiáng)，不容易堵塞。本機(jī)械手采用噴嘴擋板式的電氣伺服閥，來確保連接機(jī)械手手臂的氣壓缸按所要求的控制規(guī)律和定位精度工作，工作過程大致如下： 如圖 33 所示，若伺服放大器輸出的偏差信號 (即設(shè)定的指令信號與反饋信號之差 )經(jīng)放大后，加到氣壓伺服閥的電磁線圈上，則永久磁鐵和電磁線圈間產(chǎn)生相吸或相斥的電磁力，使端部裝有擋板的桿件偏離中間平衡位置繞支點(diǎn)左右擺動，擋板使對稱布置的兩個轉(zhuǎn)換器 (結(jié)構(gòu)原理如圖 34)噴嘴處的氣體流量發(fā)生不均等的 變化，因而造成一側(cè)噴嘴背壓腔壓力升高，另一側(cè)轉(zhuǎn)換器噴嘴背壓腔壓力降低，則負(fù)載氣缸左右腔壓力不等，活塞桿 (連接機(jī)械手手臂 )移動，實(shí)現(xiàn)工作要求的運(yùn)動規(guī)律。它是利用電磁力作用在轉(zhuǎn)換元件的可動部件上，通過其中的彈性元件轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰?，通過此位移淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 14 來調(diào)節(jié)氣動放大器 (放大元件 )的節(jié)流面積，從而控制通過氣動放大器的氣體壓力或流量。當(dāng)數(shù)字控制裝置發(fā)出反向脈沖時，步進(jìn)電動機(jī)逆時針方向轉(zhuǎn)動，手臂縮回。這時，壓縮空氣經(jīng)閥的開口進(jìn)入氣缸的左腔，推動活塞桿連同機(jī)械手手臂一起向右運(yùn)動。電位器觸頭產(chǎn)生的微弱電壓，經(jīng)放大器放大后對電氣伺服閥進(jìn)行控制。下面以機(jī)械手伸縮運(yùn)動為例闡述伺服系統(tǒng)的工作原理。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與 CPU連接 維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄漏無影響 體積較大 中、小型專用機(jī)械手或機(jī)械手都有應(yīng)用 結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低 液壓驅(qū)動 壓力高，可獲得大的輸出力 油液不可壓縮 ,壓力、流量均容易控制，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火 在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動方式小 中小型專用機(jī)械手或機(jī)械手都有應(yīng)用，中型機(jī)械手多為液壓驅(qū)動 液壓元件成本較高，油路也較復(fù)雜 電力驅(qū)動 異步電動機(jī)、直流電動機(jī) 輸出力較大 控制性能較差，慣性大，不易精確定位 維修 使用方便 要減速裝置，體積較大 適用于速度低、抓重大物體的專用機(jī)械手 成本低 步進(jìn)或伺輸出力較小 容易與 CPU連接，控制性能維修使用較復(fù)雜 體積較小 可用于程序復(fù)雜、運(yùn)成本較高 第二章 機(jī)械手總體設(shè)計方案 11 服電機(jī) 好，響應(yīng)快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜 動軌跡要求嚴(yán)格的工業(yè)機(jī)械手 機(jī)械聯(lián)動 輸出力較 大 速度較高，速度與加速度均由機(jī)構(gòu)控制。伺服電動機(jī)和步進(jìn)電機(jī)因其輸出力 矩較小，側(cè)控制性能相對較好，可以對速度和位置的精確控制，適用于中、小規(guī)模的機(jī)器中。 (3)與液壓控制系統(tǒng)相比，其工作壓力比較低。 但液壓系統(tǒng) 由于 產(chǎn)生泄露而 造成 運(yùn)動精度 不高 。 液壓驅(qū)動 機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動，有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： (1)能夠輸 出較大的力和力矩，同時能夠快速響應(yīng)，定位精度比較高。為了滿足 4 個自由度的要求，本機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)形式。 當(dāng)機(jī)械手完成換刀動作后，刀架上的推爪把刀具從 刀架的一端推向另一端，到此，就將機(jī)械手的整個換刀動作完成。 (7)豎直下降、松開 —— 小臂升降機(jī)構(gòu)下行 30mm，將刀具放在刀架上，同時手部機(jī)構(gòu)松開工件。 (4)豎直上升 —— 待刀柄被夾緊后，小臂升降 機(jī)構(gòu)上行 30mm，將刀具提出刀庫。為了機(jī)械手和刀具恰好對齊，本控制系統(tǒng)采用刀座編碼法對各種刀具進(jìn)行編碼，并根據(jù)需要使刀庫旋轉(zhuǎn)適適當(dāng)?shù)慕嵌取? 機(jī)械手工作過程及工步時間分配 確