【正文】 101 ?,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個半徑 mmr 50? 的圓盤上， 那么轉(zhuǎn)動慣量： 221rmJ? 2 2?? ? （ ） 工件的質(zhì)量為 5kg ,質(zhì)量分布于長 mml 100? 的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量 ).(1212222mkgmlJc???? 。 第一階段是初始化處理。然后， CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。它的手臂具有三個自由度，即水平方向的伸、縮 。 機(jī)械手控制程序 35 36 第八章 結(jié)論 本次設(shè)計的是氣動通用機(jī)械手，相對于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由 度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。感謝父母 、家人，感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，感謝 廣東海洋 大學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境。 12個輸出點，標(biāo)號為 05000511. 33 梯形圖設(shè)計 (如附圖所示 ) 根據(jù)機(jī)械手的邏輯時序圖及 1/0分配，畫出控制梯形圖，如附圖所示。程序設(shè)計 (包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試 )也可在別的工具上進(jìn)行。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各 I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運算和處理，最后將結(jié)果寫入 I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。考慮到本機(jī)械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中選擇了OMRON公司的 C28P型可編程序控制器。 AR , BR 處的支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解， 根據(jù) 0?? ）（ FMA ,得 : 33lGlRB ? ? lGlG 122 ? BR ? l lGlGlG 332211 ?? 同理，根據(jù) BM? (F) 0? ,得 : l llGllGllGR A )()()( 332211 ?????? 式中 : 2G 的重量 (N) 321 , llll ,— 如圖 41所示的長度尺寸 (cm). 轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞 x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實 19 現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油 (氣 )缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右 回轉(zhuǎn)和 降 (或俯仰 )運動。雖然氣動技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由 于氣動機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，對氣動機(jī)械手、氣動機(jī)器人的實用性和前景存在不少疑慮。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高 。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。機(jī)械手的立 I因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱 。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 21所示。設(shè)計了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 ?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運動， 并記憶 人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。國外已有模塊化 8 裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000m水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種 :在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 .本次設(shè)計的機(jī)械手是通用氣動上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設(shè)備，動強(qiáng)度大和操 作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。該機(jī)械手最大移動速度設(shè)計為 sm/ 。 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種 :按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。 氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。 若 工 件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量 1J 為 : gGJJ c 11 ?? 21e 式中 : cJ 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )..( 2scmN : 1G 工件的重量 (N)。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因 素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和 布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。開機(jī)時， CPU首先使 I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。 (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)中全部動作的相互關(guān)系。其中旋轉(zhuǎn)運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。 通過對氣壓傳動 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)省了大量時間和避免了不必要的重復(fù)勞動，同時做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。可以根據(jù) 機(jī)械手的動作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。另外，除抓放外，其余六個動作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測動作是否 到位，如果某動作沒有到位，則出錯指示燈亮。對簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。 第二階段是處理輸入信號階段。 平衡裝置 26 在本設(shè)計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓 一 側(cè) 重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。 t? 起動過程所需的時間 (s)。 3,缸筒壁厚的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。同理，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。平均移動速度為 sm/ 。由于本機(jī)械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。在易燃、 易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。 進(jìn)入 21世紀(jì)，隨著我國人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的 9 缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，降低工人的勞動強(qiáng)度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，本設(shè)計的目的就是設(shè)計一個氣動搬運機(jī)械手，應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。器件集成度提高，控制柜日見小巧，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。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。 本文對機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運 到指定的位置 .工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 (一 )按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨立控 制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。 電力傳動機(jī)械手 即有特殊 結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的 械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。 (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變化。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為 :由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精度定位比較困難 (尤其在高速情況下，似乎更難想象 )。 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。除了運動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。 問題 (一 )具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣 15 性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動 作要求。 3e 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm) 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則 11eG 0? . 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 封M ?封M )(2 12 dRdRf BA ? ( cmN? ) 21 式中 : 1d ， 2d 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 (cm)。 29 30 第七章 機(jī)械手的 PLC控制設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制 .當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變 PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 第三階段是程序處理階段。這項工作在編程器上 進(jìn)行。至此，一個工作循環(huán)完畢。在此，我首先向?qū)煴硎菊\摯的感謝，并致以崇高的敬意 !在課題的研究和開發(fā)階段，得到了 工程 學(xué)院老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表示衷心的感謝。 工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。繞豎直軸的順時針方向旋轉(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 (2)I/0分配 即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號 。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為 I/0狀態(tài)表 .該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。 在此處估計 封M 為 摩M 的 3倍， 封M ? 3? 摩M ? ? ? ).( mN ? 封摩偏慣驅(qū) MMMMM ???? ? ??? ? ).(29 mN MM〈驅(qū) ?設(shè)計