【正文】 .................................................... 24 對(duì)氣動(dòng)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(jī)械手臂控制部分設(shè)計(jì) ................................................ 28 PLC型號(hào)的選擇 ....................................................... 28 初始位置程序的編寫(xiě) .................................................. 28 機(jī)械手臂的指揮動(dòng)作循環(huán)程序 .......................................... 29 機(jī)械手臂肩部的轉(zhuǎn)動(dòng) .............................................. 29 機(jī)械手臂大臂、肘部、腕部的轉(zhuǎn)動(dòng) ................................... 30 外接電路驅(qū)動(dòng)電磁換向閥 ............................................... 34 恢復(fù)初始位置控制 ..................................................... 35 ............................................. 36 7 總結(jié) .................................................................... 37 參考文獻(xiàn) .................................................................. 38 致謝 ...................................................................... 39 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 1 1 前言 機(jī)械手的發(fā)展史 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。商名為 Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。 1962 年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 Vewrsatran 機(jī)械手。1 毫米。自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。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。 現(xiàn)代研究趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)械手共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。編程技術(shù) 不僅 進(jìn)一步提高在線(xiàn)編程的可操作性，離線(xiàn)編程的實(shí)用化 也 將成為研究氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 2 重點(diǎn)。 (5) 機(jī)械手遙控及監(jiān)控技術(shù)，半自主和自主技術(shù)，多個(gè)機(jī)械手和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)械手遙控系統(tǒng)，在有延時(shí)的情況下，建立預(yù)先顯示 從而 進(jìn)行遙控等。 (8) 軟機(jī)械手技術(shù) :主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂(lè)場(chǎng)合。改革開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前基本掌握了機(jī)械手的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng) 的 硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃 等 技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出了噴漆、弧焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)械手。以上原因主要是 沒(méi)有實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的高度產(chǎn)業(yè)化。每一支 動(dòng)作靈敏的 機(jī)械手，都是一個(gè)知識(shí)密集和技術(shù)密集的高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品。 圖 2— 1 五 自由度機(jī)器人簡(jiǎn)圖 如圖所示機(jī)器人手臂在 xo1y平面存在三 個(gè)分別沿 o2z和 o3z及 o5z軸的轉(zhuǎn)動(dòng) σ2和 σ3及 σ5，在肩部還有一個(gè)沿 o1y 軸的轉(zhuǎn)動(dòng) σ1，同時(shí) 腕部 還存在一個(gè)在 o4x 的轉(zhuǎn)動(dòng) σ4。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 5 機(jī)械手臂的工作速度 機(jī)械手的工作速度對(duì)于模擬人的指揮是至關(guān)重要的，這一過(guò)程 同樣也需要事先用軟件進(jìn)行模擬 ， 從而 才能真正的對(duì)機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié) 的 運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行設(shè)定。 (2) 功能強(qiáng) PLC 不但具有開(kāi) 關(guān)量控制、模擬量控制、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)通信、中斷控制等功能，還能 很方便地進(jìn)行功能及容量的擴(kuò)展。與氣壓驅(qū)動(dòng)相近還有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)有如下特點(diǎn)： (1) 壓縮空氣黏度小， 比較 容易達(dá)到高速（ 1m/s）； (2) 可 用工廠(chǎng)集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備； (3) 空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)； (4) 氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造成本 也比液壓元件低； (5) 不足之處是，壓縮空氣常用壓力為 ~，若要獲得較大的力，其 外型 結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大； (6) 空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性 較 差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制比較 困難； (7) 壓縮空氣的 水分 問(wèn)題是一個(gè)很重要的問(wèn)題，處理不當(dāng)會(huì)使剛類(lèi)零件生銹，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。因?yàn)檫x擇了氣壓 這種驅(qū)動(dòng)方式，所以機(jī)械手臂的分辨率不會(huì)高，但模擬指揮同樣也不需要高的分辨率，所以這點(diǎn)也不會(huì)造 成影響。在模型的建立完成后，對(duì)各驅(qū)動(dòng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，并選擇最佳方案。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 8 圖 3— 1 仿真模型 首先通過(guò)前期設(shè)計(jì)要求做出模型，然后對(duì)各個(gè)部分的驅(qū)動(dòng) 參數(shù) 進(jìn)行修改，從而讓整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬人的指揮動(dòng)作（其中黑色空間曲線(xiàn)為指揮棒末端所畫(huà)出的軌跡）。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 11 運(yùn)動(dòng)仿真參數(shù)分析 在對(duì)某一數(shù)據(jù)采集后，進(jìn)入 PostProcess 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖（ 3— 3） ~圖（ 3— 10）所示。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 12 圖 3— 5 B 缸位移曲線(xiàn) 根據(jù)圖（ 3— 5）中曲線(xiàn)可以得出， B 的幅值 41mm，其控制部分為 大臂 部 位 的旋轉(zhuǎn)。 圖 3— 8 C 缸速度曲線(xiàn) C 的速度 是 肘部 的旋轉(zhuǎn) 速度 。 根據(jù)圖（ 3— 10）中的曲線(xiàn)可以得出其 有效 角速度是 。 然后 通過(guò)軟件對(duì)指揮棒末端的位移、速度、加速度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)進(jìn)行繪制，從而大體了解其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 18 4 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬設(shè)計(jì)相應(yīng)的氣動(dòng)回路 因?yàn)樵谶@個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)中控制部分由 PLC 來(lái)完成，所以該氣動(dòng)系統(tǒng)只由氣壓傳動(dòng)部分組成。各氣缸所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)部分是： A 缸對(duì)應(yīng)的是 O1 處的轉(zhuǎn)動(dòng)。 E 缸對(duì)應(yīng)的是 O5 處的運(yùn)動(dòng) 根據(jù)模擬結(jié)果繪制氣動(dòng)系統(tǒng)的邏輯原理圖和氣動(dòng)回路圖，如圖（ 4— 1）和圖（ 4— 2）。接下來(lái)壓縮空氣進(jìn)入過(guò)濾器，在通過(guò)過(guò)濾器時(shí)壓縮空氣被進(jìn)一步的被干燥和凈化過(guò)濾。氣缸伸縮一個(gè)來(lái)回，就形成了運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期。 型號(hào) a b c d1 d2 d3 d4 e f n 6M QGB1—75 20 15 Ф 17 Ф 30 110 70 13 16 6 M8 深12 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 22 圖 5— 2 B 缸裝配 圖 表 5— 2 氣缸 B 基本尺寸 通過(guò)以上數(shù)據(jù)知， B 缸耗壓縮空氣量 Q壓 =103 *A*s*n= /min 對(duì) C 缸的選取 通過(guò)模擬試驗(yàn)， C 處的氣缸行程 為 41mm，氣缸的外形尺寸如圖（ 5— 3）和表 （ 5— 3）所示。 對(duì)氣動(dòng)三聯(lián)件的選擇 在氣動(dòng)三聯(lián)件的選擇方面，重要的是選擇 在 最高工作壓力 仍可安全工作 的即可，這里配合氣源 要求選擇 QLPY系列三聯(lián)件，型號(hào)為 QLPY1，其公稱(chēng)通徑為 6mm。 圖 5— 6 單向節(jié)流閥 裝配圖 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 26 表 5— 7 外型尺寸 減壓閥的選擇 同樣通過(guò)工作壓力和公稱(chēng)通徑選擇， 選擇減壓閥的 型號(hào)為 QP1 06— 01 5— P，它的主要技術(shù)參數(shù)如表（ 5— 8）其外形及安裝尺寸如圖（ 5— 7）和表（ 5— 9） 表 5— 8 減壓閥主要技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 最 高 工作壓力/MPa 保 證 耐壓力 /MPa 使用溫度 范 圍/0C 調(diào)壓范圍/MPa 公稱(chēng)通徑/mm 接口螺紋 額定流量/ QP1 1 5~60 ~ 6 G1/4 800 圖 5— 7 減壓閥裝配圖 表 5— 9 減壓閥基本尺寸 安全閥的選擇 安全閥 選擇 PQ— L10 型，它的 主要技術(shù)參數(shù)如表（ 5— 10），外形和安裝尺寸如圖（ 5— 8）和表（ 5— 11）。 圖 6— 2 PLC 接線(xiàn)圖 機(jī)械手臂的指揮動(dòng)作循環(huán)程序 機(jī)械手臂肩部的轉(zhuǎn)動(dòng) PLC 程序運(yùn)行過(guò)程如圖（ 6— 3）。如圖（ 6— 8） 所示， 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 35 圖 6— 8 外接電路驅(qū)動(dòng)電磁換向閥 恢復(fù)初始位置控制 當(dāng)想要停止運(yùn)行循環(huán)動(dòng)作時(shí)， 只需按下 SB2 便可停止機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)手臂處在運(yùn)動(dòng) 過(guò)程 中的任意位置，為 方便 下次的重新啟動(dòng)，我們需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，此時(shí)按下 SB13不放，所有氣缸同時(shí)縮 回，當(dāng)所有氣缸恢復(fù)到初始位置時(shí)，安全閥自動(dòng)卸荷，此時(shí)松開(kāi) SB13即可。 (4) 氣動(dòng)元件選型，在之前研究的基礎(chǔ)上，對(duì)各氣動(dòng)元件進(jìn)行選型， 應(yīng)注意盡量降低制造正本，盡量減輕系統(tǒng)重量。 *老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、平易近人，無(wú)論在思想上還是在學(xué)術(shù)上，都對(duì)我有很大的影響。在此對(duì)導(dǎo)師的悉心培養(yǎng)謹(jǐn)致以最衷心的感謝 ! 同時(shí)，在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，得到了 ***， ***等 同學(xué)的幫助，在此深表感謝