【正文】 ．井按設(shè)定的程序軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具進(jìn)行操作的機(jī)電一體化自動化裝置。工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)是通過控制氣缸電磁換向閥，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)不同的動作的，有采用單片機(jī)控制的，也有采用可編程控制器來控制的，若采用單片機(jī)控制．由于電磁的工作電壓高于單片機(jī)的+5伏電源．所需驅(qū)動電流較大．因而須設(shè)計功率接口電路．還要進(jìn)行抗干擾及其可靠性的設(shè)計。而采用PLC控制，則無需考慮上述問題。ＰＬＣ有著極大的靈活性，易于模塊化，當(dāng)機(jī)械手工藝流程改變時，只要對Ｉ／Ｏ點(diǎn)的接線稍作修改，或Ｉ／Ｏ繼電器重新分配，程序中作簡單修改，補(bǔ)充擴(kuò)展即可。機(jī)械手的速度、電機(jī)運(yùn)行所需的脈沖數(shù)都可以根據(jù)給定的要求給予置。用ＰＬＣ控制的機(jī)械手將更具靈活性、可靠性、降低成本，提高效率，有著很好的經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計機(jī)械手采用ＰＬＣ控制。 機(jī)器手控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對控制功能的基本要求23工業(yè)機(jī)器人具有多個自由度，每個自由度一般包括一個伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般可用單片機(jī)，PLC，計算機(jī)等來實(shí)現(xiàn)。在作業(yè)中機(jī)器人的工作任務(wù)是要求操作機(jī)的末端執(zhí)行器按點(diǎn)位或軌跡運(yùn)動，并保持設(shè)定的姿態(tài)。在運(yùn)動中或在規(guī)定的某點(diǎn)位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。 在機(jī)器人的各類作業(yè)中，運(yùn)動和控制方式主要有兩種。 1）點(diǎn)位控制方式（PTP控制） 這種控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運(yùn)動過程中只在某些規(guī)定的點(diǎn)上進(jìn)行操作，因此只要求末端執(zhí)行器在目標(biāo)點(diǎn)處保證準(zhǔn)確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。而對達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡（包括移動的路徑和運(yùn)動的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，這種控制方式易于實(shí)現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點(diǎn)保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中； 2）連續(xù)軌跡控制方式（CP控制） 這種控制方式要求末端執(zhí)行器嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡和速度在一定精度要求內(nèi)運(yùn)動，以完成作業(yè)要求，這種必須保證機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動，可看成是若干密集軌跡曲線。若設(shè)定的點(diǎn)足夠密，就能用點(diǎn)位控制的方法實(shí)現(xiàn)所需精度的連續(xù)軌跡運(yùn)動。本設(shè)計機(jī)械手用于棒料的點(diǎn)對點(diǎn)搬運(yùn)，對運(yùn)動軌跡沒太大要求。所以選用點(diǎn)位控制方式。 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計機(jī)械手控制系統(tǒng)的基本功能：本機(jī)械手要具有回原點(diǎn)、手動{點(diǎn)動)和自動{單步、連續(xù)1控制的操作方式；手動操作 用按鈕操作對機(jī)械手的每一種運(yùn)動單獨(dú)進(jìn)行控制；回原點(diǎn)操作方式 按下回原點(diǎn)啟動按鈕，機(jī)械手自動返回原點(diǎn)位置。自動操作 包括單步操作和連續(xù)運(yùn)行兩種操作方式。操作前提是機(jī)械手須處在原點(diǎn)位置上；1)單步操作 每按一次按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止；2)連續(xù)運(yùn)行 系統(tǒng)一旦啟動，機(jī)械手的動作將自動地連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。期間若按停止按鈕，要完成一個完整的動作循環(huán)才停止。為方便控制系統(tǒng)適應(yīng)各具體工作情況作小幅，整個控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以方便指令中的IST狀態(tài)初始化指令來進(jìn)行設(shè)計。總軟件系統(tǒng)包括初始化電路、故障報警程序、點(diǎn)動操作程序、回原點(diǎn)程序及自動操作程序五大模塊構(gòu)成，分別解決單個問題．然后再進(jìn)行綜合。本機(jī)械手中驅(qū)動部分由電機(jī)與氣動兩部分組成，其中電機(jī)部分由PLC直接控制。24而氣動部分則由PLC控制電磁筏來實(shí)現(xiàn)控制。下圖13為氣動部分原理圖：圖 13 氣動原理Fig13 Pneumatic principles 為了使機(jī)械手在作過程中實(shí)現(xiàn)自動或手動運(yùn)行及運(yùn)行的安全可靠，擺動氣缸，手臂升降都選用限位開關(guān)控制，以給相應(yīng)的電磁闌傳遞通、斷信息。而氣爪，伸縮氣缸則運(yùn)用其內(nèi)部的位置傳感器作為位置的控制。將其傳感器的信息傳遞給PLC，以實(shí)現(xiàn)PLC對其位置的控制。而底座旋轉(zhuǎn)通過帶傳動帶動底座位置傳感器，從而將位置信息傳給PLC實(shí)現(xiàn)控制7 手臂驗(yàn)算與機(jī)械手參 手臂平衡的驗(yàn)算手臂工作長度較大，而且手臂伸縮端安裝有氣爪，氣爪夾緊工件。此處對絲桿力矩較大。所以應(yīng)該作平衡驗(yàn)算。手臂氣爪端對絲桿的力矩： (30)()gbgzMLG??式中：M g——手臂工件端對絲桿的力矩（ ） ；Nm? Gb——擺動氣缸的重力（N）,本設(shè)計為 ； Gg——工件的重力（N）, 本設(shè)計為 ； Gz——?dú)庾Φ闹亓Γ∟）, 本設(shè)計為 ； L——手臂氣爪端對絲桿的力矩（ m）, 本設(shè)計為 。把以上數(shù)據(jù)代入 得:()gbgzMLG??)????手臂端蓋端對絲桿的力矩： (31) d25式中：M d——手臂端蓋端對絲桿的力矩（ ） ；Nm? Gd——端蓋端的重力（N）,本設(shè)計為其質(zhì)量為 ,得重力為；L1——手臂端蓋對絲桿的力臂（ m）, 本設(shè)計為 。把以上數(shù)據(jù)代入 得:1dMLG? ???由此得手臂端蓋端與手臂工件端的合力矩為 gdM?代入得: (32).9..gd?，由單個螺栓承受此力矩時其受的拉力為 Fl=M/L2式中：L 2——螺栓到絲桿的力臂（m） ，本設(shè)計為 ； M——手臂端蓋端與手臂工件端的合力矩 ，由前計算得 M=?N?把以上數(shù)據(jù)代入 Fl=M/L2得:Fl==底座選用的安裝螺栓為 M10 可得其最大工作條件下的應(yīng)力 1/FA?? 式中：A——螺栓的截面面積， 2252/?????(33)代入 得：1/FA?? 547./??普通的螺栓的抗拉強(qiáng)度都大于 450 ，可見螺栓能滿足要求。aMP機(jī)械手工作能達(dá)到平衡。 機(jī)械手參數(shù)氣爪夾力為 表 5 機(jī)械手的最終運(yùn)動設(shè)計參數(shù)： Table 5 Final motion of the manipulator design parameters :機(jī)械手機(jī)構(gòu) 工作范圍 工作速度底座 轉(zhuǎn)動角度 2400 轉(zhuǎn)動速度 10/minr伸縮手臂 伸縮距離 300mm 伸縮速度 80mm/s手臂升降 升降距離 320mm 升降速度 35mm/s26氣爪擺動 擺動角度 1800 轉(zhuǎn)動速度 30/minr 表 6 機(jī)械手工作精度：Table 6 Accuracy of the robot work :機(jī)械手機(jī)構(gòu) 工作精度底座 伸縮手臂 手臂升降 氣爪擺動 通過擋塊定位結(jié)束語到此近 90 天的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，我大學(xué)階段的學(xué)習(xí)也將畫上句號。通過本次畢業(yè)設(shè)計的學(xué)習(xí)，牢固了自己所學(xué)的專業(yè)知識，提高了獨(dú)立思考解決問題的能力，同時也真正初步了解一個機(jī)械設(shè)計的設(shè)計過程。也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助。在設(shè)計過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題。從中使我認(rèn)識到自己在很多地方的不足。有很多東西還要慢慢學(xué)習(xí)。由于本人水平有限以及畢業(yè)設(shè)計時間有限，本設(shè)計難免有不合理或不太準(zhǔn)確的地方，懇請各位老師批評指正。參考文獻(xiàn)[1] [M].第 3 ：:5～8[2] 張鐵,][M].廣州::15～24[3] [M].北京::78～98[4] [M].北京：:11～41[5] [M].北京: :89～123[6] [M].北京：:156～177[7] 吳克堅,于曉紅,[M].北京::11～53[8] 鄭堤,[M].北京::22～65[9] 陸一心,氣壓與氣動技術(shù)[M]. 北京：:29～44[10] (第五版) [M]. 北京：:32～69[11] [M].北京：:234～27827[12] [M].:21～56[13] 馮開平，[M].廣州::34～98[14] Robert J. Schilling.[Fundamentals of RoboticsAnalysis and Control].New Jersey:Prentice Hall,1990:123～ 154 [15]紀(jì)名剛，陳國定. 機(jī)械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社 .2022:26～55 致 謝在此衷心感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師4年來給我的教育和培養(yǎng)，特別要感謝向陽老師，熊瑛老師在我的畢業(yè)設(shè)計期間給予的諸多指導(dǎo)。設(shè)計過程中，遇到了很多問題，有軟件的也有硬件的，有屬于粗心大意造成的，也有的是因?yàn)橹R水平所限。在老師的指導(dǎo)下，將其一一排除，增長了知識，積累了經(jīng)驗(yàn)。最后感謝工學(xué)院全體老