【正文】 題研究內(nèi)容：工業(yè)機械手是一種以手部動作為主的機械手系統(tǒng)。對機械手的定位控制分析，采用電氣氣壓伺服定位技術設計機械手的驅(qū)動系統(tǒng)，氣動執(zhí)行元件根據(jù)輸入系統(tǒng)的電氣信號而動作，從而驅(qū)動負載輸出相應的物理量。課題研究計劃：查找資料掌握三菱FX系列PLC相關知識；設計繪制主電路和PLC控制電路圖；繪制相應的零件圖與裝配圖；設計相應PLC梯形圖；上機調(diào)試；撰寫相應畢業(yè)論文，整理相關圖紙；制作答辯PPT。2013年5～6月初：撰寫論文，并準備論文答辯。 5月初回學校完成論文的撰寫，并準備論文答辯。文題相符，論點突出，論述緊扣主題,語言表達不是很流暢。 指導教師評定等級指導教師簽字：2013年6月5日皖西學院本科畢業(yè)論文（設計）評閱教師意見表系別：機械與電子工程學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化畢業(yè)論文（設計）題目：自動換刀機械手結(jié)構(gòu)設計及PLC控制研究學生姓名武金鵬學 號2009011644評閱教師杜成濤職 稱講師評閱教師評語：該論文按論文設計方案和指導教師的修改意見完成了論文撰寫，該論文立論正確、設計合理，層次較清晰；摘要簡練完整，論文結(jié)構(gòu)相應符合要求；文理較通順，用語基本符合規(guī)范，邏輯性較強。 評閱教師評定等級評閱教師簽字：2013年6月5日備注：皖西學院本科畢業(yè)論文（設計）評閱教師意見表系別：機械與電子工程學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化畢業(yè)論文（設計）題目：自動換刀機械手結(jié)構(gòu)設計及PLC控制研究學生姓名武金鵬學 號2009011644評閱教師吳從兵職 稱講師評閱教師評語：論文表明，該同學閱讀了較多的參考文獻，對該研究領域較熟悉，具備了一定的文獻綜述能力。 評閱教師評定等級評閱教師簽字：2013年6月5日備注：皖西學院本科畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表（小組答辯）系別：機械與電子工程學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化畢業(yè)論文（設計）題目：自動換刀機械手結(jié)構(gòu)設計及PLC控制研究學生姓名武金鵬學 號2009011644指導教師翁志剛職 稱講師答辯小組成員簽字：答辯記錄：杜成濤老師：如何判斷機械手已經(jīng)將刀具夾緊？答：應采用壓力傳感器來檢測機械手是否將刀具夾緊，而不是用限位開關來實現(xiàn)。（3）與液壓控制系統(tǒng)相比，其工作壓力比較低。在論文答辯過程中，能簡明扼要、重點突出地闡述所撰寫論文的研究背景和科學意義、主要結(jié)論和創(chuàng)新工作，對答辯小組提出的問題能準確回答，概念清晰，思維敏捷，邏輯性強。同時系統(tǒng)發(fā)熱量比較大，很難找出小的故障。翁志剛老師：為什么機械手采用氣壓驅(qū)動而不是液壓驅(qū)動？答：因為采用氣壓驅(qū)動具有以下優(yōu)點：(1)機械結(jié)構(gòu)簡單，氣體選取方便，并且干凈環(huán)保。論文表明，該同學專業(yè)知識掌握較好，語言文字功底扎實，具備一定的獨立從事科研的能力，達到了本科生的培養(yǎng)目標，但該同學未能夠?qū)⒋舜卧O計與其它相關領域結(jié)合起來，缺乏一定的發(fā)散思維。但缺乏一些必要的計算過程，引用他人結(jié)論、設計時并未詳細注明其出去。符合答辯要求，準予答辯。該生查閱文獻資料能力較強，能較為全面收集關于自動換刀機械手設計的資料，寫作過程中能綜合運用所學知識，全面分析該設計方面的問題，綜合運用知識能力較強。 已經(jīng)初步完成自動換刀機械手的機械結(jié)構(gòu)的原理設計。2013年1～2月：進行自動換刀機械手的機械結(jié)構(gòu)的原理設計。其主要內(nèi)容包括：掌握三菱FX系列PLC的使用與編程；掌握自動換刀機械手工作原理； 設計基于三菱FX系列PLC的自動換刀機械手控制系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)設計與相應的梯形圖程序設計）。文章采用模塊化設計思路，將機械手分為若干個模塊，并對各個模塊分別進行設計，然后把這些模塊拼裝起來組成機械手，可滿足不同工作條件的需要，對各執(zhí)行元件了分別進行參數(shù)化設計。當然，根據(jù)模塊化和參數(shù)化的原理，機械手的設計具有普遍性的意義。綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。二、以改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。隨著科學技術的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應用。這種裝置既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力。課題研究目的：工業(yè)機械手技術是近年來新技術發(fā)展的重要領域之一，是以微電子技術為主導的多種新興技術與機械技術交叉、融合而成的一種綜合性的高新技術。把機床設備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應性很強。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。同時要提高精度，減少沖擊，定位準確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。為了促進國內(nèi)機械手工業(yè)的發(fā)展，必須在以市場需求的前提下，國家在政策上給以指導和鼓勵。我國于 1972 年開始研制工業(yè)機械手，數(shù)十家研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、組合式、液壓伺服通用機械手，并開始了機構(gòu)學、計算機控制和應用技術的研究。隨著生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，氣動技術會逐漸展現(xiàn)小型化、集成化；組合化、智能化；精密化；高速化；無油、無味、無菌化；高壽命、高可靠性和自診斷功能；節(jié)能、低功耗；機電一體化；滿足某些行業(yè)的特殊要求；應用新技術、新工藝、新材料；標準化；安全性等的特點?？蓪崿F(xiàn)工業(yè)機械手自動化工作要求的自動控制方式目前有許多種，其中包括氣動和電子一體化的氣電裝置、液壓和電氣、電子組合的液電裝置和電氣、電子的機電裝置等，側(cè)重利用它們各自的優(yōu)點，組合最合適的控制方式。畢業(yè)論文（設計）要求及應完成的工作：⒈查找資料掌握三菱FX系列PLC相關知識；⒉設計繪制主電路和PLC控制電路圖；⒊繪制相應的零件圖與裝配圖；⒋設計相應PLC梯形圖；⒌上機調(diào)試；⒍撰寫相應畢業(yè)論文，整理相關圖紙⒎制作答辯PPT。再次表示感謝！參 考 文 獻[1]液壓與氣壓傳動/劉延俊 主編 ―：機械工業(yè)出版社,[2]電氣控制與可編程序控制器應用技術/郁漢琪主編 ―2版 一南京：東南大學出版社，[3]陸祥生，：中國鐵道出版社，1985[4]機電傳動與控制(第三版)/程憲平 主編 一武漢：華中科技大學出版社，[5]機械原理/孫恒，陳作模，葛文杰 主編；西北工業(yè)大學 ：高等教育出版社，[6]機械設計（第八版）/濮良貴、紀名剛主編；西北工業(yè)大學 ：高等教育出版社，[7]：華中科技大學，2007[8]：西安建筑科技大學，2008[9]：中國輕工業(yè)出版社，1999[10]《工業(yè)機械手編寫設計基礎》：天津科學技術出版社，1979[11][D].西安：陜西科技大學，2003[12]：機械工業(yè)出版社，1981[13]：上?？茖W技術出版社，1979[14]勞俊，伍世虔，1994[15]施進發(fā)，游理華，：重慶出版社，1997[16]戚昌滋，楊紅旗，：中國建筑工業(yè)出版社，1987[17]：西安電子科技大學出版社，2007[18]K R Symon, Mechanics [M].3rd : 1971[19]理查德在設計過程中，遇到不懂的地方，我也經(jīng)常與同事、同學進行討論，解決難題。在設計過程中，我查閱了大量的圖書資料以及網(wǎng)絡上的資料，包括機械零件、材料力學、液壓控制、幾何量公差與測量、機械制圖、機械手設計基礎等等，尤其是在從對各類設計手冊的查閱中，我的知識面得到了很大的提高；通過對該課題的獨立設計，使我對機械知識有了一個更加深入的了解，對機械這門學科有了進一步的理解。重新啟動后，由于急停時機械手位置的不確定性，要進行復位工作。 ⑩ 到達最上端后，機械手開始左轉(zhuǎn)，真到左轉(zhuǎn)限位開關檢測到信號，此時機械手已加到初始位置。 ⑥ 右移完成后，機械手開始右轉(zhuǎn)，直到右轉(zhuǎn)限位開關檢測到信號。 ② 運行到最左端后，機械手開始向下運動。(2)復位工作控制原理如下： ① 機械手首先上移，直到運動到最上端。經(jīng)過各方面分析比較，本課題采用三菱FX2N系列PLC作為控制器，并配有相應的控制模塊，來實現(xiàn)整個機械手的控制功能。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低。PLC 控制有以下優(yōu)點：可靠性高PLC不需要大量的活動元件和連接電子元件，它的連線大大減少。該連接組件主要由四個部分組成：雙向推力球軸承、底座、轉(zhuǎn)臺和扣罩，如圖36所示，采用雙向推力球軸承可以方便地將軸承內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺連接，外環(huán)用扣罩固定在底座上。換刀機械手立柱模塊需要一個旋轉(zhuǎn)模塊，擺動氣缸則應固定在基座上。對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。其主要尺寸的確定如下：(1)缸徑D的計算取d/D=，依據(jù)公式(33)取P=, ?=，即2)耗氣量計算缸徑D=16mm，行程S=100mm，t=，依據(jù)公式(34)，得：手臂的回轉(zhuǎn)模塊擺動氣缸是利用壓縮空氣驅(qū)動輸出軸在一定角度范圍內(nèi)作往復回轉(zhuǎn)運動的氣動執(zhí)行元件，用于物體的轉(zhuǎn)位、夾緊、閥門的開閉以及機械手的手臂動作等。其主要尺寸的確定如下：（1)缸徑D的計算取d/D=，依據(jù)公式(33)，取P=，?=，即(2)耗氣量計算水平缸缸徑D=32mm，行程S=70mm。忽略氣缸管道容積時，則氣缸的單位時間壓縮空氣消耗量按下式計算 （34）式中：Q—每秒鐘壓縮空氣消耗量(）、—氣缸無、有活塞桿端進氣時壓縮空氣消耗量（）D、d—缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑(m)—氣缸活塞桿伸出與縮回時所需時間(s)S—氣缸的行程(m)。氣缸動態(tài)性能要求一般，工作頻率較低時，～。氣缸活塞桿的穩(wěn)定性與工作壓力、安裝形式、最大行程有關，即使氣缸不受橫向載荷也需要加上導向裝置，保證氣缸按正確方向運行。對手臂結(jié)構(gòu)的要求：一是重量盡量輕，以達到動作靈活、運動速度高、節(jié)約材料和動力，同時減少運動的沖擊；二是要有足夠的剛度，以保證運動精度和定位精度。圖35為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(2) 手指應具有一定的張開范圍，以便于抓取工件。氣動元件的計算與選擇，對整個氣動系統(tǒng)有著至關重要的作用。它的作用是根據(jù)偏差信號大小改變補償流量增益的變化，確保氣缸定位精度的穩(wěn)定。氣動放大器的結(jié)構(gòu)形式有滑閥、噴嘴擋板閥等。由于電氣元件具有多方面的適應性，信號的檢測、傳輸、綜合、放大等都很方便，而且?guī)缀醺鞣N物理量都能轉(zhuǎn)換成電量，故氣動伺服系統(tǒng)中的輸入量以電信號居多，轉(zhuǎn)換元件便以電磁式居多，其典型代表便是比例電磁鐵。手臂移動的行程決定于脈沖數(shù)量，速度決定于脈沖頻率。圖31 機械手伸縮運動電氣一氣壓伺服系統(tǒng)原理圖機械手伸縮運動伺服系統(tǒng)的工作原理是：由數(shù)字控制裝置發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，使步進電機帶動電位器的動觸頭轉(zhuǎn)過一定的角度(假定為順時針方向轉(zhuǎn)動)，動觸頭偏離電位器中位，產(chǎn)生微弱電壓，經(jīng)放大器放大后，輸入給電氣伺服閥的控制線圈，使伺服閥產(chǎn)生一定的開口量。當它偏離這個位