【正文】 .................................................... 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。商名為 Unimate（即萬能自動）。 1962 年美國機械制造公司也實驗成功一種叫 Vewrsatran 機械手。1 毫米。自 1969 年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。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。 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。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。 (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。 (8) 軟機械手技術 :主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。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。以上原因主要是 沒有實現(xiàn)機械手的高度產(chǎn)業(yè)化。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。 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。 氣動指揮機械手臂設計 5 機械手臂的工作速度 機械手的工作速度對于模擬人的指揮是至關重要的，這一過程 同樣也需要事先用軟件進行模擬 ， 從而 才能真正的對機械手臂的各個關節(jié) 的 運動速度進行設定。 (2) 功能強 PLC 不但具有開 關量控制、模擬量控制、算術運算、數(shù)據(jù)通信、中斷控制等功能，還能 很方便地進行功能及容量的擴展。與氣壓驅動相近還有液壓驅動，氣壓傳動與液壓傳動相比，氣壓驅動有如下特點： (1) 壓縮空氣黏度小， 比較 容易達到高速（ 1m/s）； (2) 可 用工廠集中的空氣壓縮機站供氣，不必添加動力設備； (3) 空氣介質對環(huán)境無污染，使用安全，可直接應用于高溫作業(yè)； (4) 氣動元件工作壓力低，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 結構就要相對增大； (6) 空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性 較 差，速度控制困難，要達到準確的位置控制比較 困難； (7) 壓縮空氣的 水分 問題是一個很重要的問題，處理不當會使剛類零件生銹，導致機器人失靈。因為選擇了氣壓 這種驅動方式，所以機械手臂的分辨率不會高，但模擬指揮同樣也不需要高的分辨率，所以這點也不會造 成影響。在模型的建立完成后，對各驅動的參數(shù)進行調(diào)試，并選擇最佳方案。 氣動指揮機械手臂設計 8 圖 3— 1 仿真模型 首先通過前期設計要求做出模型，然后對各個部分的驅動 參數(shù) 進行修改，從而讓整體運動狀態(tài)模擬人的指揮動作（其中黑色空間曲線為指揮棒末端所畫出的軌跡）。 氣動指揮機械手臂設計 11 運動仿真參數(shù)分析 在對某一數(shù)據(jù)采集后，進入 PostProcess 模塊進行數(shù)據(jù)處理，如圖（ 3— 3） ~圖（ 3— 10）所示。 氣動指揮機械手臂設計 12 圖 3— 5 B 缸位移曲線 根據(jù)圖（ 3— 5）中曲線可以得出， B 的幅值 41mm，其控制部分為 大臂 部 位 的旋轉。 圖 3— 8 C 缸速度曲線 C 的速度 是 肘部 的旋轉 速度 。 根據(jù)圖（ 3— 10）中的曲線可以得出其 有效 角速度是 。 然后 通過軟件對指揮棒末端的位移、速度、加速度隨時間的變化曲線進行繪制，從而大體了解其運動規(guī)律。 氣動指揮機械手臂設計 18 4 氣動回路設計 通過對運動狀態(tài)的模擬設計相應的氣動回路 因為在這個氣動系統(tǒng)中控制部分由 PLC 來完成，所以該氣動系統(tǒng)只由氣壓傳動部分組成。各氣缸所對應的運動部分是： A 缸對應的是 O1 處的轉動。 E 缸對應的是 O5 處的運動 根據(jù)模擬結果繪制氣動系統(tǒng)的邏輯原理圖和氣動回路圖，如圖（ 4— 1）和圖（ 4— 2）。接下來壓縮空氣進入過濾器，在通過過濾器時壓縮空氣被進一步的被干燥和凈化過濾。氣缸伸縮一個來回，就形成了運動的一個周期。 型號 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 氣動指揮機械手臂設計 22 圖 5— 2 B 缸裝配 圖 表 5— 2 氣缸 B 基本尺寸 通過以上數(shù)據(jù)知， B 缸耗壓縮空氣量 Q壓 =103 *A*s*n= /min 對 C 缸的選取 通過模擬試驗， 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。 對氣動三聯(lián)件的選擇 在氣動三聯(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，型號為 QLPY1，其公稱通徑為 6mm。 圖 5— 6 單向節(jié)流閥 裝配圖 氣動指揮機械手臂設計 26 表 5— 7 外型尺寸 減壓閥的選擇 同樣通過工作壓力和公稱通徑選擇， 選擇減壓閥的 型號為 QP1 06— 01 5— P，它的主要技術參數(shù)如表（ 5— 8）其外形及安裝尺寸如圖（ 5— 7）和表（ 5— 9） 表 5— 8 減壓閥主要技術參數(shù) 型號 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 接線圖 機械手臂的指揮動作循環(huán)程序 機械手臂肩部的轉動 PLC 程序運行過程如圖（ 6— 3）。如圖（ 6— 8） 所示， 氣動指揮機械手臂設計 35 圖 6— 8 外接電路驅動電磁換向閥 恢復初始位置控制 當想要停止運行循環(huán)動作時， 只需按下 SB2 便可停止機械手臂的運動，但此時手臂處在運動 過程 中的任意位置，為 方便 下次的重新啟動，我們需對系統(tǒng)進行復位，此時按下 SB13不放，所有氣缸同時縮 回，當所有氣缸恢復到初始位置時，安全閥自動卸荷，此時松開 SB13即可。 (4) 氣動元件選型，在之前研究的基礎上，對各氣動元件進行選型， 應注意盡量降低制造正本，盡量減輕系統(tǒng)重量。 *老師治學嚴謹、平易近人，無論在思想上還是在學術上，都對我有很大的影響。在此對導師的悉心培養(yǎng)謹致以最衷心的感謝 ! 同時，在本次的畢業(yè)設計中，得到了 ***， ***等 同學的幫助，在此深表感謝