【正文】 ] 陶湘廳 袁銳波 ， 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 ， 20208，機(jī)床與液壓，第（ 8）期， 256258 [6] 楊振球 易孟林，高精度氣動(dòng)機(jī)械手的研發(fā)與應(yīng)用， 2020，中文核心期刊要目總覽，22 [7] 宋文奇 李佳麗，仿 人關(guān)節(jié)式氣動(dòng)機(jī)械手機(jī)其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型的研究， 1986，昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版），第（ 3）期， 89 [8] 王偉 彭光正，基于 PC/104 總線的嵌入式氣動(dòng)機(jī)械手控制器研究， 2020，中文核心期刊要目總覽， 1~3 [9] 王巍 汪玉鳳，基于 PLC 的氣動(dòng)機(jī)械手研究， 2020，中文核心期刊要目總覽， 1~5 [10] 于復(fù)生 范文麗 李彥鳳，基于氣動(dòng)機(jī)械手綜合試驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用， 2020，中文核心期刊要目總覽， 1~5 [11] 李軍英 劉艷香 焦冬梅，三菱 PLC 在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用， 2020， CJFD 收錄刊 ，1~6 [12] 鮑燕偉 吳玉蘭，一種通用氣動(dòng)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)， 2020， CJFD 收錄刊 ， 1~8 [13] 丁學(xué)恭，電器控制與 PLC， 20208，浙江大學(xué)出版社，浙江， 65~135 [14] 齊占慶，機(jī)床電氣控制技術(shù)， 20206 第三版，機(jī)械工業(yè)出版社，北京， 132~171 [15] 周萬珍 高鴻斌， PLC 分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用， 20201，電子工業(yè)出版社，北京， 41~43 [16] Jennie H. Dong, Ren G. 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缸是與指揮桿直接接觸的汽缸，其運(yùn)動(dòng)的幅值較小為 32mm， 故選取與B 缸同一系列的汽缸，其裝配圖如圖（ 5— 2），其基本外型尺寸如表（ 5— 5） 表（ 5— 5） 汽缸 E 基本尺寸 通過以上數(shù)據(jù)知， E 缸耗壓縮空氣量 Q壓 =103 *A*s*n= cm3 /min 對(duì)電磁換向閥進(jìn)行選型 由于機(jī)械手臂是在無載荷 （只有自重） 條件 下工作，所以工作壓力 較 低，根據(jù)這種情況選擇 QDC 系列的三位五通電磁換向閥，其型號(hào)為 Q25D2C6，主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱通徑為 6mm 有效截面積 大于 5mm2 工作介質(zhì)為經(jīng)過濾的壓縮空氣、 有無潤(rùn)滑均可 工作壓力范圍 — 溫度范圍是 10— 55oC（ 不結(jié)冰條件下） 換向時(shí)間 小于 工作電壓為 AC： 220/50Hz DC： 24V 電壓波動(dòng)范圍 15— +10V 電功率為 3W，其外形及安裝尺寸如圖（ 5— 4）所示。 壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣缸活塞桿運(yùn)動(dòng)過程 壓縮空氣經(jīng)過一系列的處理后進(jìn)入各分支系統(tǒng)，以 B 缸為例，當(dāng)電磁換向閥 FB 不 處于中位時(shí)，氣缸的進(jìn)氣口和出氣口同時(shí)閉合，氣缸處于保壓狀態(tài)，當(dāng) YB1 得電，這時(shí)電磁換向閥處于左位，壓縮空氣由氣缸左端進(jìn)入推動(dòng)活塞，從而使氣缸活塞桿伸出。 C 缸對(duì)應(yīng)的是 O3 處的運(yùn)動(dòng)。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 16 圖 3— 13 指揮棒末端位移隨時(shí)間的曲線 圖 3— 14 指揮棒末端速度隨時(shí)間的曲線 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 17 圖 3— 15 指揮棒末端加速度隨時(shí)間的曲線 通過 以上各組 數(shù)據(jù)可以計(jì)算出氣缸所需行程。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 14 圖 3— 9 D 缸隨時(shí)間的角度變化曲線 根據(jù)圖（ 3— 9）中曲線可以得出， D 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度幅值 57deg，其控制部分為 手腕 的轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 3— 4 A 缸 角 速度曲線 A 的 角 速度是 肩 部的旋轉(zhuǎn) 速度 。如圖（ 3— 1）所示，在用軟件進(jìn)行模擬的過程中，可以通過改變各氣缸的運(yùn)動(dòng)方程來調(diào)節(jié)各部分的運(yùn)動(dòng)，用改變調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)選項(xiàng)中 STEP SIZE和 END TIME 的方法 調(diào)整 整體 運(yùn)動(dòng)的速度 和仿真運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 ，從而配合每種不同速度的音樂。 綜合所述，可以選用氣壓驅(qū)動(dòng)這種驅(qū)動(dòng)方式。 機(jī)械手臂的控制方式 由于是要求同時(shí)控制 五 個(gè)氣缸的運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)運(yùn)動(dòng)的周期還有較高要求，所以我選擇用PLC 進(jìn)行控制。本文將通過以下幾個(gè)內(nèi)容進(jìn)行論述： (1) 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì)； (2) 機(jī)械手臂的 運(yùn)動(dòng)模擬 ； (3) 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)； (4) 氣動(dòng)元件的 選擇 ； (5)機(jī)械手臂 PLC 控制部分設(shè)計(jì)； 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 4 2 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂 的整體設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)指揮機(jī)械 手臂類型選擇為非伺服多關(guān)節(jié)型。機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域 還 比較 窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 。 (7) 多智能體調(diào) 控技術(shù) :這是目前機(jī)械手研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。 (2) 機(jī)械手控制技術(shù) :重點(diǎn)研究開放化 ，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 Working speed。在設(shè)計(jì)過程中提出了一種新的設(shè)計(jì)思路，即 對(duì) 不 確定 的 各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的 擬人 動(dòng) 作機(jī)械人進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，從模擬試驗(yàn)中得到所需的各參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì) 主要針對(duì)機(jī)械手臂的自由度、工作空間、工作速度、控制方式和驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行講述； 機(jī)械手臂的模擬運(yùn)動(dòng)將利用 ADAMS 運(yùn)動(dòng)仿真 軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和數(shù)據(jù)采集 ； 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)中將 針對(duì)模擬結(jié)果的要求 對(duì)系統(tǒng)的氣動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在后面 的章節(jié)中對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行選型； 最后的手臂控制部分設(shè)計(jì)中，采用了 可編程控制器（ PLC） 控制的方法來 實(shí)現(xiàn) 各氣缸的順序 和周期 動(dòng)作。 The mode of control。 1962 年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于 177。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。機(jī)械手控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及 VC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制器己成為研究熱點(diǎn)。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。在應(yīng)用規(guī)模上遠(yuǎn) 不及 發(fā)達(dá)國(guó)家。 機(jī)械手臂的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) 機(jī)械手臂的自由度 要想達(dá)到模仿人類的音樂指揮動(dòng)作，通過仿生原理我最終采用 5 自由度的機(jī)械手臂來完成這一動(dòng)作，其機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖（ 2— 1）。 PLC 有以下特點(diǎn)： (1) 可靠性高 PLC 采用了許多抗干擾措施，如對(duì) CPU 模 塊進(jìn)行電磁屏蔽、在電源和 I/O 模塊中設(shè)置濾波電路等等， 具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 6 機(jī)械手臂的精度、重復(fù)精度和分辨率 因?yàn)槭悄M人的指揮動(dòng)作，所以對(duì)精度要求并不高， 但是需要重復(fù)的運(yùn)動(dòng) ，因?yàn)橹貜?fù)的精度越高，指揮動(dòng)作的可重復(fù) 次數(shù)也就越多，所以要求還是要盡可能的提高重復(fù)精度。通過該軟件還可以容易的繪制出指揮棒末端的軌跡，并對(duì)各轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的相對(duì)位移、速度、加速度等 相關(guān) 物理量進(jìn)行測(cè)量。 因?yàn)樵趯?shí)際的操作過程中無法輸出正弦信號(hào)，所以這里只對(duì)氣缸作近似計(jì)算，選其 有效值 作為參照標(biāo)準(zhǔn)，從圖（ 3— 4）中的曲線可以得出其 有效 速度是 。 圖 3— 10 D 缸 角 速度曲線 D 的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是 手腕 的轉(zhuǎn)動(dòng) 速度 。同時(shí)通過對(duì)運(yùn)動(dòng)的模擬，初步得到相關(guān)數(shù)據(jù)，這 為 接下來 氣缸的 選擇和 PLC 程序編制 奠定 了 基礎(chǔ)。 D 缸對(duì)應(yīng)的是 O