【正文】 在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。本文采用模塊化氣動(dòng)機(jī)械手，對(duì)基座、立柱、手臂、手部等模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)模塊選擇與組合，以構(gòu)成一定范圍內(nèi)的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新任務(wù)分配時(shí)，可以允許方便地改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用，便于機(jī)械手的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和使用。文章篇幅和格式基本上符合學(xué)院規(guī)定，內(nèi)容較為完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)合理，主要觀(guān)點(diǎn)突出，邏輯關(guān)系清楚。(2)在管路中壓縮空氣流動(dòng)速度比較快，所以該系統(tǒng)動(dòng)作響應(yīng)比較快。綜合以上分析，該文達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文水平，同意該生參加畢業(yè)論文答辯。 自動(dòng)換刀系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)還在進(jìn)行研究中。對(duì)于不同的工作情況，只需選取必要的模塊，對(duì)氣動(dòng)元件和機(jī)械零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，即可滿(mǎn)足不同工作條件的設(shè)計(jì)要求。從某種意義上說(shuō)，機(jī)械手是機(jī)器進(jìn)化過(guò)程的產(chǎn)物，是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。另外，對(duì)于高端機(jī)械手，國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了相關(guān)的研究，如上海交通大學(xué)機(jī)械手研究所開(kāi)發(fā)了 SMA 六足微小型仿嶂螂機(jī)械手，在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快，一般的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)相當(dāng)成熟，預(yù)計(jì)在 2005 年到 2008 年間，全球工業(yè)機(jī)械手銷(xiāo)量預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng) %，到 2008 年增至 萬(wàn)臺(tái)。由于氣動(dòng)技術(shù)是以空氣為介質(zhì)，它具有防火、防爆、防電磁干擾、不受放射線(xiàn)及噪聲的影響，且對(duì)振動(dòng)及沖擊也不敏感，和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)氣動(dòng)技術(shù)得到迅速的發(fā)展及普遍應(yīng)用。也使我獨(dú)立設(shè)計(jì)的能里有了極大的提高。 ③ 到達(dá)最下端后，機(jī)械手開(kāi)始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時(shí)間由定時(shí)器控制。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短，采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，如：冗余的設(shè)計(jì)、斷電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等。擺動(dòng)氣缸有齒輪齒條式和葉片式兩大類(lèi)。(1)氣缸內(nèi)徑的確定由作用在活塞桿上的工作載荷和初選的工作壓力，利用下述公式可計(jì)算出缸徑D。所選擇的元件既要滿(mǎn)足系統(tǒng)的性能要求，又不能浪費(fèi)。當(dāng)數(shù)字控制裝置發(fā)出反向脈沖時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，手臂縮回。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接維修簡(jiǎn)單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄漏無(wú)影響體積較大中、小型專(zhuān)用機(jī)械手或機(jī)械手都有應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能源方便，成本低液壓驅(qū)動(dòng)壓力高，可獲得大的輸出力油液不可壓縮,壓力、流量均容易控制，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對(duì)溫度變化敏感，油液泄漏易著火在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動(dòng)方式小中小型專(zhuān)用機(jī)械手或機(jī)械手都有應(yīng)用，中型機(jī)械手多為液壓驅(qū)動(dòng)液壓元件成本較高，油路也較復(fù)雜電力驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)輸出力較大控制性能較差，慣性大，不易精確定位維修使用方便要減速裝置，體積較大適用于速度低、抓重大物體的專(zhuān)用機(jī)械手成本低步進(jìn)或伺服電機(jī)輸出力較小容易與CPU連接，控制性能好，響應(yīng)快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜維修使用較復(fù)雜體積較小可用于程序復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的工業(yè)機(jī)械手成本較高機(jī)械聯(lián)動(dòng)輸出力較大速度較高，速度與加速度均由機(jī)構(gòu)控制。下面將三種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分析比較。機(jī)械手要把刀具送到刀架上，需要完成以下幾個(gè)動(dòng)作：(1)、水平伸出——機(jī)械手水平機(jī)構(gòu)伸出70mm，到達(dá)刀庫(kù)正上方。5．其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較難以控制，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較困難，不適合用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。6．很難對(duì)各滑動(dòng)部件進(jìn)行密封，側(cè)容易受到污染。(2)圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手手臂 可以沿X和Z兩個(gè)直角坐標(biāo)軸移動(dòng)，以及繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，我們叫做機(jī)械手的前后伸縮、上下升降和左右擺動(dòng)。有一些簡(jiǎn)單的工作總是機(jī)械式的重復(fù)操作，時(shí)間長(zhǎng)了很容易造成工人的極度疲勞或疏忽，很容易造成一些不必要的人身事故。機(jī)械手之所以更好的結(jié)合機(jī)械和自動(dòng)化技術(shù)，得力于電子計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，使得機(jī)械手的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一門(mén)新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。特將其分為若干個(gè)模塊，其包括：立柱、基座、手臂、手部、手腕等模塊。根據(jù)機(jī)械手的工作原理制定相應(yīng)的控制方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位和無(wú)級(jí)變速。而柔性生產(chǎn)系統(tǒng)比較適用于產(chǎn)品更新?lián)Q代比較快的品種，這樣既可以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，又能更好的適用于市場(chǎng)發(fā)展的需求。第2章 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案、機(jī)械手類(lèi)型、根據(jù)機(jī)械手的應(yīng)用范圍分類(lèi)(l)專(zhuān)用機(jī)械手一般沒(méi)有單獨(dú)的控制系統(tǒng)，而且只有固定的控制程序。即小臂可繞大臂上下擺動(dòng)，同時(shí)大臂也可繞機(jī)體多角度擺動(dòng)。5．直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)模的密封性、防塵及防御腐蝕性較差6．手臂收縮時(shí)，手臂后端只能在一定的工作范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。為了彌補(bǔ)立柱升降過(guò)程中造成的較大的震動(dòng)和手臂的伸縮造成的機(jī)械剛度不足，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)具有短行程升降的小臂結(jié)構(gòu)，從而使機(jī)械手將刀具從刀庫(kù)中拔出，即在豎直方向上增加了一個(gè)自由度。(6)、擺動(dòng)——機(jī)械手逆時(shí)針擺動(dòng)，使機(jī)械手正對(duì)刀架。但液壓系統(tǒng)由于產(chǎn)生泄露而造成運(yùn)動(dòng)精度不高。機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)的電氣與氣壓伺服控制系統(tǒng)原理圖如圖31所示，1一放大器、2一電氣伺服閥、3一氣缸、4一機(jī)械手手臂、5一齒輪齒條機(jī)構(gòu)、6一電位器和7一步進(jìn)電機(jī)等元件組成，它組成了一個(gè)電氣與氣壓伺服控制系統(tǒng)。電氣伺服閥是由電機(jī)械轉(zhuǎn)換器(轉(zhuǎn)換元件)和氣動(dòng)放大器(放大元件)所組成。(4) 應(yīng)保證手抓的夾持精度。估定活塞桿直徑d/D=～。無(wú)論哪一種形式，機(jī)械手工作時(shí)基座應(yīng)給予以固定。編程方法的多樣性使編程簡(jiǎn)單、應(yīng)用而拓展。 ⑧ 運(yùn)行到最低位置后，機(jī)械手把工件松開(kāi)，一直到放松限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)。當(dāng)然，由于本人設(shè)計(jì)水平有限、在課程中沒(méi)有接觸過(guò)機(jī)械手的相關(guān)課程，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不足，以及時(shí)間上的限制，在設(shè)計(jì)中難免存在一些錯(cuò)誤。近十幾年來(lái)，歐洲的德國(guó)、意大利、法國(guó)及英國(guó)的機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快。機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。其他部門(mén)，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。對(duì)機(jī)械手的定位控制分析，采用電氣氣壓伺服定位技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，氣動(dòng)執(zhí)行元件根據(jù)輸入系統(tǒng)的電氣信號(hào)而動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載輸出相應(yīng)的物理量。文題相符，論點(diǎn)突出，論述緊扣主題,語(yǔ)言表達(dá)不是很流暢。（3）與液壓控制系統(tǒng)相比，其工作壓力比較低。論文表明，該同學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握較好，語(yǔ)言文字功底扎實(shí)，具備一定的獨(dú)立從事科研的能力，達(dá)到了本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，但該同學(xué)未能夠?qū)⒋舜卧O(shè)計(jì)與其它相關(guān)領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)，缺乏一定的發(fā)散思維。 已經(jīng)初步完成自動(dòng)換刀機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)的原理設(shè)計(jì)。當(dāng)然，根據(jù)模塊化和參數(shù)化的原理，機(jī)械手的設(shè)計(jì)具有普遍性的意義。這種裝置既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位準(zhǔn)確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。可實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手自動(dòng)化工作要求的自動(dòng)控制方式目前有許多種，其中包括氣動(dòng)和電子一體化的氣電裝置、液壓和電氣、電子組合的液電裝置和電氣、電子的機(jī)電裝置等，側(cè)重利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)，組合最合適的控制方式。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了大量的圖書(shū)資料以及網(wǎng)絡(luò)上的資料，包括機(jī)械零件、材料力學(xué)、液壓控制、幾何量公差與測(cè)量、機(jī)械制圖、機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等等，尤其是在從對(duì)各類(lèi)設(shè)計(jì)手冊(cè)的查閱中，我的知識(shí)面得到了很大的提高；通過(guò)對(duì)該課題的獨(dú)立設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)械知識(shí)有了一個(gè)更加深入的了解，對(duì)機(jī)械這門(mén)學(xué)科有了進(jìn)一步的理解。 ② 運(yùn)行到最左端后，機(jī)械手開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。PLC 控制有以下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高PLC不需要大量的活動(dòng)元件和連接電子元件，它的連線(xiàn)大大減少。其主要尺寸的確定如下：(1)缸徑D的計(jì)算取d/D=，依據(jù)公式(33)取P=, ?=，即2)耗氣量計(jì)算缸徑D=16mm，行程S=100mm，t=，依據(jù)公式(34)，得：手臂的回轉(zhuǎn)模塊擺動(dòng)氣缸是利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)輸出軸在一定角度范圍內(nèi)作往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件，用于物體的轉(zhuǎn)位、夾緊、閥門(mén)的開(kāi)閉以及機(jī)械手的手臂動(dòng)作等。氣缸活塞桿的穩(wěn)定性與工作壓力、安裝形式、最大行程有關(guān)，即使氣缸不受橫向載荷也需要加上導(dǎo)向裝置，保證氣缸按正確方向運(yùn)行。氣動(dòng)元件的計(jì)算與選擇，對(duì)整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。手臂移動(dòng)的行程決定于脈沖數(shù)量，速度決定于脈沖頻率。各種驅(qū)動(dòng)方式及特點(diǎn)如表22所示：表22 各種驅(qū)動(dòng)方式及特點(diǎn)的比較驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍制造成本氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓壓力低，輸出力較小，如需輸出力大時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大可高速，沖擊較嚴(yán)重，精確定位困難。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖24所示：圖24 氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、氣動(dòng)式、和電動(dòng)式。為了機(jī)械手和刀具恰好對(duì)齊，本控制系統(tǒng)采用刀座編碼法對(duì)各種刀具進(jìn)行編碼，并根據(jù)需要使刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)適適當(dāng)?shù)慕嵌取?．電動(dòng)機(jī)比較容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的提供。5．必須在較大的空間進(jìn)行安裝。我叫做機(jī)械手的前后伸縮、上下升降和左右移動(dòng)。機(jī)器人基本上可以代替人的大量機(jī)械式重復(fù)勞動(dòng)，這樣不僅可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以改善勞動(dòng)條件，提高工人的安全性。、選題背景機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一種新型裝置。為了提高機(jī)械手的應(yīng)用范圍，讓每一個(gè)機(jī)械手擁有不同的使用特性，所以對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)換刀機(jī)械手、PLC、電氣氣壓伺服控制系統(tǒng)。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造成本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單且工作量比較大的場(chǎng)合。機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式如圖21所示:圖21 機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式、按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)(l)以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手(2)以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手(3)直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手(4)將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式叫做機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。三、球坐標(biāo)型1．工作范圍較大的地方在中心支架附近。所以，機(jī)械手總共具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。(7)、豎直下降、松開(kāi)——小臂升降機(jī)構(gòu)下行30mm，將刀具放在刀架上，同時(shí)手部機(jī)構(gòu)松開(kāi)工件。同時(shí)系統(tǒng)發(fā)熱量比較大，很難找出小的故障。當(dāng)電位器的觸頭處于中位時(shí)，觸頭上沒(méi)有電壓輸出。驅(qū)動(dòng)電機(jī)械轉(zhuǎn)換器的功率一般只需幾瓦，而氣動(dòng)放大器的輸出氣流的功率可達(dá)幾千瓦。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿式，夾緊裝置采用常開(kāi)式夾緊裝置，他在氣壓的控制下實(shí)現(xiàn)手抓的閉合。把d/D=～ （33）將式(31)與式(33)相比，D取大值，(2)氣缸耗氣量氣缸耗氣量與氣缸直徑D、行程S、缸的動(dòng)作時(shí)間和換向閥到氣缸管道的容積有關(guān)。根據(jù)總體設(shè)計(jì)中換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手的基座采用落地固定式。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。 ⑨ 工件松開(kāi)后，機(jī)械手開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。懇請(qǐng)老師給予以批評(píng)以及指正。目前，世界上機(jī)械手無(wú)論是從技術(shù)水平上，還是從已裝備的數(shù)量上，優(yōu)勢(shì)集中在以日美為代表的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：一、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。系統(tǒng)采用三菱FX系列 PLC作為控制核心，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定控制方案，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的任意點(diǎn)定位和無(wú)級(jí)調(diào)速。但格式不太符合規(guī)范要求；參考的文獻(xiàn)資料不夠多。同時(shí)液壓系統(tǒng)由于產(chǎn)生泄露而造成運(yùn)動(dòng)精度不高。論文語(yǔ)言較通順，結(jié)構(gòu)合理，基本觀(guān)點(diǎn)正確，給出的相關(guān)設(shè)計(jì)分析有一定的參考價(jià)值。完成情況： 已完成論文的總體設(shè)計(jì)計(jì)劃書(shū)的制定，并完成了開(kāi)題報(bào)告的編寫(xiě)。具體參數(shù)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體