【文章內(nèi)容簡介】 c,uh)0jb。5wT8 本實(shí)驗用機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是采用的外卡夾持式，其傳力結(jié)構(gòu)是由方形 SDAJ氣缸實(shí)現(xiàn)的，可 實(shí)現(xiàn)對工件的夾取 ， 機(jī)械手可運(yùn)動物體的重量不小于 1kg。 手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位（即姿勢）。 手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。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(yùn)到指定位置。機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運(yùn)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(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動。 按照抓取工件的要求，機(jī)械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運(yùn)動。本實(shí)驗用機(jī)械手手臂各種運(yùn)動都是由氣缸來實(shí)現(xiàn)的。 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降（或俯仰）運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故 起支 撐和連接的作用。 （二）驅(qū)動系統(tǒng) 在普通的機(jī)械手運(yùn)動中，機(jī)械的驅(qū)動一般有氣壓傳動、液壓傳動、電機(jī)傳動等。本文名為實(shí)驗氣動夾緊裝置，顯然，采用的是氣壓傳動，優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大；速度響應(yīng)高；結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動；成本低，使用方便。缺點(diǎn)：氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速高精度的連續(xù)軌跡控制；防爆性能好，高于 1000KPa（ 10 個大氣壓）時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性；適用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手。 （三）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械 手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。目前機(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?？刂葡到y(tǒng)一般采用電氣控制，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息（如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)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)動作有誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 南京工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)工程中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 9 氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理 氣動系統(tǒng)原理圖如圖 所示。整個氣動系統(tǒng)就是要對 4 個氣缸的動作進(jìn)行控制 , 其中 升降缸采用的是 MSAL 型鋁合金迷你氣缸 ， 氣動手爪 由方形 SDAJ 系列氣缸實(shí)現(xiàn) 。 氣動執(zhí)行元件的動作 均是 通過電磁閥控制進(jìn)出氣的方向達(dá)到控制效果。 電磁閥 電磁閥的結(jié)構(gòu)原理 直動式電磁閥 有常閉型和常開型二種。常閉型斷電時呈關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)線圈通電時產(chǎn)生電磁力，使動鐵芯克服彈簧力同靜鐵芯吸合直接開啟閥，介質(zhì)呈通路；當(dāng)線圈斷電時電磁力消失，動鐵芯在彈簧力的作用下復(fù)位，直接關(guān)閉閥口，介質(zhì)不通。結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，在零壓差和微真空下正常工作。常開 型正好相反。如小于φ 6 流量通徑的電磁閥。（圖 是典型結(jié)構(gòu)圖） 分步直動式電磁閥 該閥采用一次開閥和二次開閥連在一體，主閥和導(dǎo)閥分步使電磁力和壓差直接開啟主閥口。當(dāng)線圈通電時，產(chǎn)生電磁力使動鐵芯 和靜鐵芯吸合，導(dǎo)閥口開啟而導(dǎo)閥口設(shè)在主閥口上，且動鐵芯與主閥芯連在一起，此時主閥上腔的壓力通過導(dǎo)閥口卸荷，在壓力差和電磁力的同時作用下使主閥芯向上運(yùn)動，開啟主閥介質(zhì)流通。當(dāng)線圈斷電時電磁力消失，此時動鐵芯在自重和彈簧力的作用下關(guān)閉導(dǎo)閥孔，此時介質(zhì)在平衡孔中進(jìn)入主閥芯上腔，使上腔壓力升 高，此時在彈簧復(fù)位和壓力的作用伸縮缸 升降缸 夾緊缸 旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 圖 氣動原理圖 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT10 下 關(guān)閉主閥，介質(zhì)斷流。結(jié)構(gòu)合理，動作可靠，在零壓差時工作也可靠。如： ZQDF，ZS， 2W 等。（圖 是典型結(jié)構(gòu)圖） 圖 電磁閥 間接先導(dǎo)式電磁閥 該系列電磁閥由先導(dǎo)閥和主閥芯聯(lián)系著形成通道組合而成；常閉型在未通電時，呈關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)線圈通電時，產(chǎn)生的磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合，導(dǎo)閥口打開，介質(zhì)流向出口，此時主閥芯上腔壓力減少，低于進(jìn)口側(cè)的壓力，形成壓差克服彈簧阻力而隨之向上運(yùn)動，達(dá)到開啟主閥口的目的，介質(zhì)流通。 當(dāng)線圈斷電時，磁力消失，動鐵芯在彈簧力作用下復(fù)位關(guān)閉先導(dǎo)口，此時介質(zhì)從平衡孔流入，主閥芯上腔壓力增大，并在彈簧力的作用下向下運(yùn)動，關(guān)閉主閥口。常開式原理正好相反。如：SLA， DF（φ 15 以上口徑）， ZCZ 等。（圖 .3 是典型結(jié)構(gòu)圖） 性能分析 一：適用性 管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標(biāo)定的介質(zhì)一致 。 流體的溫度必須小于選用電磁閥的標(biāo)定溫度 。 電磁閥允許液體粘度一般在 20CST 以下，大于20CST 應(yīng)注明。工作壓差，管路最高壓差在小于 時應(yīng)選用如ZS,2W,ZQDF,ZCM 系列等直動式和分步直動式；最低工作壓差大于 時 可選用先導(dǎo)式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應(yīng)小于電磁閥的最大標(biāo)定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。流體清潔度不高時應(yīng)在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質(zhì)要求清潔度要好。 態(tài) 態(tài) 南京工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)工程中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關(guān)兩位控制；條件允許請安裝旁路管，便于維修；有水錘現(xiàn)象時要定制電磁閥的開閉時間調(diào)節(jié)。 注意環(huán)境溫度對電磁閥的影響 ， 電源電流和消耗功率應(yīng)根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許177。 10%左右，必須注意 交流起動時 VA 值較高。 二、可靠性 電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關(guān)閉；但在開啟時間很長關(guān)閉時很短時要選用常開型了。 壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選用電磁閥廠家時慎重。 動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。 三、安全性 一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，工廠可以定做。 電磁閥的最高標(biāo)定公稱壓力一定要超過管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會縮短或產(chǎn)生其它意外情況。 有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強(qiáng)腐蝕性流體宜選用塑料王（ SLF）電磁閥。 爆炸性環(huán)境必須選用相應(yīng)的防爆產(chǎn)品。 [2] 電磁閥的動作是由繼電器來控制的。原理如圖 所示：當(dāng)繼電器通電時，因為電磁感應(yīng)的原理，繼電器的銜鐵吸合，則所對應(yīng)的電磁閥得電，它將驅(qū)動與其對應(yīng)的液壓缸動作。 圖 電磁閥原理圖 實(shí)驗 機(jī)械手總體 控制 設(shè)計方案 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT12 機(jī)械手的控制面板的控制系統(tǒng)就相當(dāng)于人的大腦，它指揮機(jī)械手的動作。機(jī)械手的工作順序、應(yīng)達(dá)到的位置。如手臂的升降、伸縮、回轉(zhuǎn)、 手指的開閉動作，以及各個動作的時間、當(dāng)前在狀態(tài)的 LCD 顯示等，都是通過控制面板的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 本次設(shè)計的主要內(nèi)容就是通過控制面板上的按鈕控制來實(shí)現(xiàn)自動和手動完成工作行程。具體工作循環(huán)流程設(shè)計圖 所示： 步進(jìn) 初始位置 手臂伸 手臂下降 手爪張開 手爪夾緊 手臂上升 右 轉(zhuǎn) 手臂縮回 手臂縮回 左 轉(zhuǎn) 手爪夾緊 手臂上升 手爪張開 手臂下降 手臂伸出 快進(jìn) 起始位置 手臂伸出、下降，手爪張開 手爪閉合 右 轉(zhuǎn) 手臂縮回、上 升 ，手爪閉合 手爪張開 手臂伸出、下降 左轉(zhuǎn) 手臂縮回、上升 圖 步進(jìn)、快進(jìn)流程圖 氣缸的控制設(shè)計 如圖 所示由兩個液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作， 它們分別通過一對兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，機(jī)械手 爪 的升 、 降； 機(jī)械手的伸縮缸和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的原理也基本相同 。 南京工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)工程中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 13 機(jī)械手的控制要求 為了便于 生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動和自動操作，其中自動操作中包括了： 步進(jìn)和快進(jìn)兩種。 手動操作：供維修用，即用按鈕對機(jī)械手的每一步動作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動操作時，按下上升 /下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動作，其它動作以此類推。 復(fù) 位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到初始 位置。 步進(jìn) ：供試用，即 按設(shè)計的工作流程系統(tǒng)在程序的控制下一步步一次完成 。 快進(jìn) ：正常使用 時 ， 為了提高工作 效率而設(shè)計一步完成多個動作。 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT14 第三章 主控制器和外圍器件 本控制面板設(shè)計的主控器件即控制的核心是單片機(jī)，外圍器件有繼電器、反相器和功率放大器等。 AT89S52 單片機(jī) AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央 處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 圖 AT89C52 引腳功能圖 如圖 所示， AT89C52 有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存 儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 8k 可反復(fù)擦寫 (1000次） Flash ROM 南京工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)工程中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 32個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2個外部中斷源 共 6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 繼電器 電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流。較低的電壓去控制較大電流。較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 圖 實(shí)物圖 本設(shè)計 電路板上使用的是直流電磁繼電器。 直流繼 電器 有兩種，一種是中間繼電器，一種是驅(qū)動繼電器。 圖 繼電器示意圖 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT16 繼電器工作原理 繼電器就是電子機(jī)械開關(guān)，它是用漆包銅線在一個圓