【正文】 將結(jié)束的最后的日子里，我們?cè)僖淮悟?yàn)證了團(tuán)結(jié)就是力量這句真理，把一個(gè)龐大的，從來(lái)沒(méi)有上手的課題，圓滿的完成了。 知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯，而傳授知識(shí)的各位老師則是我們登上階梯的領(lǐng)路人，沒(méi)有各位老師的辛勤教育，便不會(huì)有我們今天的累累果實(shí)。她教給我的不僅是進(jìn)入社會(huì)后生存 的本領(lǐng)，更重要的是艱苦樸實(shí)，求實(shí)進(jìn)取的精神力量，遇到困難不懈不妥，多一份堅(jiān)持少一份浮躁，這將鼓勵(lì)我在人生的道路上不斷前進(jìn)。 最后還要感謝我的母校 —— 鄭州輕工業(yè)學(xué)院輕工職業(yè)學(xué)院三年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)。雖然畢業(yè)在即，我們各自心中通過(guò)這次實(shí)習(xí)更加增進(jìn)了友誼，心中更加多了一份不舍，使我們更加珍惜這段晚來(lái)的友誼。感謝你們?cè)诖舜碎g對(duì)我的關(guān)懷和幫助，這份幫助使我在這段日子里可以專心于設(shè)計(jì)，使我真正體會(huì)到 師生之間的友誼，這種感覺(jué)是那嘛的美好，再次感謝老師的鼓勵(lì)和幫助。作為以為?？频漠厴I(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，很多時(shí)候會(huì)走一些彎路，如果沒(méi)有老師的指導(dǎo)，以及一起設(shè)計(jì)的同學(xué)們的幫助，想要完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是不容易的。 通過(guò)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度， 節(jié)省了大量時(shí)間和避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。 采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。由梯形圖可以看出 : (1)手臂左轉(zhuǎn)的條件 :左轉(zhuǎn)不到位 (0003為 OFF)，收縮到 位 (0006為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON),無(wú)右轉(zhuǎn)命令 (0501為 OFF). (2)手臂右轉(zhuǎn)的條件 :右轉(zhuǎn)不到位 (0004為 OFF)，上升到位 (0007為 ON),收縮到位 (0006為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON)，手爪放松 (0002為 OFF),無(wú)左轉(zhuǎn)命令 (0500為 OFF). (3)手臂伸長(zhǎng)的條件 :伸長(zhǎng)不到位 (0005為 OFF)，無(wú)收縮命令 (0503為 OFF)，并且滿足下列條件之一 :1)右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON)，下降到位 (0008為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪放松(0002為 OFF)。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)械手有如下動(dòng)作 : 先右轉(zhuǎn)至右限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作 (1DT通電 ) ?下降至下限位開(kāi)關(guān) (5DT通電 ) ?手腕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 90? (7DT通電 ) ?手臂伸長(zhǎng)至限位開(kāi)關(guān) (3DT通電 ) ?檢查有無(wú)物品，若有物品，手爪四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 34 抓緊 (9DT通電 ) ?手臂收縮至限位開(kāi)關(guān) (4DT通電 ) ?上升至上限位開(kāi)關(guān) (6DT通電 ) ?左轉(zhuǎn)至左限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作 (2DT通電 ) ?手腕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 900 (8DT通電 ) ?手臂伸長(zhǎng)至最長(zhǎng)(3DT通電 ) ?手爪松開(kāi) (IODT通電 ) ?延時(shí) ? 手臂收縮最短 (4DT通電 )。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。豎直方向的上、下 。如 IBMPC機(jī)，只要這個(gè)機(jī)器配有相應(yīng)的軟件。 (5)編制程序 即檢查程序中每條語(yǔ)法錯(cuò)誤，若有則修改。 (3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖 概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。 可編程序控制器的使用步驟 在可編程序控制器與被控對(duì)象 (機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程 )構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行 : 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 33 (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 即確定被控對(duì)象的動(dòng)作及動(dòng)作順序。 第四階段是輸出處理階段。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在 I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此 不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。開(kāi)機(jī)時(shí)， CPU首先使 I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連， CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問(wèn)是針對(duì)輸入輸出狀態(tài) 暫存器而言的。 可編程序控制器的工作過(guò)程 可編程序控制器是通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。 電磁閥的通經(jīng)，使根據(jù)各工作氣缸的尺寸 、行程、數(shù)度計(jì)算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來(lái)確定的。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸安裝兩個(gè)快速排氣閥，可加快起動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全過(guò)程上的速度。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 mmb 120? ,氣缸內(nèi)徑為 mmD 2101 ? ,半徑 R=105mm,軸徑mmD 402 ? 半徑 mmR 20? ,氣缸運(yùn)行角速度 ? = s/90? ，加速度時(shí)間 t? ? ,壓強(qiáng) MPaP ? , 則力矩： 2 )( 22 rRpbM ?? ).(2 55 2)0 ( 226mN????? 尺寸校核 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 30 1．測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 kgm 1201 ? ,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 mmr 200? 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 21rmJ? 2 2?? ? （ ） tJM ?? ?.慣 ).(108 mN??? 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) ?k , 慣摩 MkM .? ）（ ? ?? 總驅(qū)動(dòng)力矩 摩慣驅(qū) MMM ?? ）（ ? ?? MM〈驅(qū) ? 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等， 在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。在此處估計(jì) 封M 為 摩M 的 3倍， 封M ? 3? 摩M ? ? 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 27 ? ).( mN ? 封摩偏慣驅(qū) MMMMM ???? ? ??? ? ).(29 mN MM〈驅(qū) ?設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。 上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。 cm） 。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。 f 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 ?f ，對(duì)于滑動(dòng)軸承 ?f 。 t? 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間 (s)。 下面以圖 41所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算 : 手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 M悅 若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為 t? ，則 : 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 23 ).(1 cmNtJJM ??? ?）（慣 式中 :J 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )..( 2scmN 。 圖 41手腕回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài) Bear Force Condition of Wrist When Rotating 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算 : 封摩偏慣驅(qū) MMMMM ???? 式中 : 驅(qū)M 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 ( cmN? )。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。 3,缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。N tg? ?????? 所以 Rbp 2? N )(245N? 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 19 (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : ? 21KKpp ?實(shí)際 I,因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取 ?? ，并取 ?K 。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 (二 )手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 16 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 抓重 : kg5 自由度數(shù) :4個(gè)自由度 座標(biāo)型式 :圓柱座標(biāo) 最大工作半徑 : mm1400 手臂最大中心高 : mm1250 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) : 伸縮行程 mm1200 伸縮速度 smm/400 升降行 程 mm120 升降速度 smm/250 回轉(zhuǎn)范圍 ?? 1800 ? 回轉(zhuǎn)速度 s/90? 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 ?? 1800 ? 回轉(zhuǎn)速度 s/90? 手指夾持范圍 :棒料 : mmmm 15080 ?? ? 定位方式 :行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 定位精度 : mm1? 1驅(qū)動(dòng)方式 :氣壓傳動(dòng) 1控制方式 :點(diǎn)位程序控制 (采用PLC) 圖 26 機(jī)械手的工作范圍 Work Range of Manipulator 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 17 3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部 :如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu) . 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所組成。手臂升降行程定為 mm120 。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。平均移動(dòng)速度為 sm/ 。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由 于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是 :充分分析作業(yè)對(duì)象(工件 )的作業(yè) 技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件 。 (4)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的 設(shè)計(jì)，并繪出氣動(dòng)原理圖。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越， 而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器 :介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題 . （ 2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空 氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小 (一般不卜澆塞僅為油路的千分之一 )，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。 (3)因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。 進(jìn)入 21世紀(jì)，隨著我國(guó)人口老齡化的提前到來(lái) ，近來(lái)在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平勢(shì)在必行，本設(shè)計(jì)的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò) “七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)