【正文】 同時，也感謝您在生活上對我的關(guān)懷備至，讓我在學習和生活方面都有了全新的感悟和認識。不斷冒出的新名詞讓我對未來制造充滿了幻想、對應(yīng)用于未來工廠的智能機械手、對服務(wù)于未來社會的超智能機器人充滿了無限的期待。通過此次課題的研究讓我對整個機械行業(yè)有了更深入的了解、對機械專業(yè)的相關(guān)知識有了更深入的學習，與此同時也掌握了更多與機械相關(guān)的專業(yè)技能，為以后的工作積累了更多的經(jīng)驗。⑶在優(yōu)化機械手運行速度時，要同時考慮動作過程中的需要的時間、產(chǎn)生的慣性沖擊以及震動數(shù)值，使得機械手的綜合指數(shù)達到最優(yōu)值。具體NS流程圖的設(shè)計如下：⑴設(shè)計主程序NS控制原理圖如圖51所示：操作信號PLC旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)氣缸大臂旋轉(zhuǎn)機械手伸縮氣缸驅(qū)動器升降氣缸驅(qū)動器夾放氣缸驅(qū)動器收縮氣缸升降氣缸夾放氣缸小臂伸縮小臂升降氣爪夾放檢測信號圖51 主程序NS控制原理圖⑵設(shè)計自動控制NS流程圖自動運行就是在按下啟動鍵后，機械手從原點出發(fā)在執(zhí)行對物體進行搬運的整個過程后，接著回到原點自動進行下一次，直到按下停止鍵后停止工作，把機械手動作過程中的啟動、完成一個完整的工作循環(huán)之后再返回到原點以及停機等各個彼此間相互獨立的動作過程分成若干個模塊進行分單元設(shè)計，具體NS圖如圖52所示：開始機械手復(fù)位機械手復(fù)位小臂沿大臂向前伸前伸到指定位置?氣爪松開,小臂下降下降到指定位置?氣爪夾緊是否夾緊?小臂上升上升到指定位置?小臂沿大臂向后收縮收縮到指定位置?大臂順時針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)到指定位置?小臂沿大臂向前伸前伸到指定位置?小臂下降下降到指定位置?氣爪松開,小臂上升上升到指定位置?機械手復(fù)位圖52 自動控制NS流程圖在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，我們通過把一個完整的動作過程分解成若干個彼此間相互獨立的動作模塊，然后在分別對各個獨立模塊進行NS流程圖設(shè)計，這樣不僅可以形象、直觀、清晰的表示程序復(fù)雜的運行過程，而且方便程序設(shè)計者在設(shè)計過程中對程序的分析與設(shè)計以及后期對程序的調(diào)整與修改。⑶把預(yù)先編寫好的程序?qū)懭肟删幊炭刂破鱌LC的動態(tài)存儲器ＲＡＭ中，然后再對程序進行運行和調(diào)試[14]。不過，根據(jù)本論文所研究的四自由度搬運機械手的特點最終決定選用模塊式的PLC結(jié)構(gòu)，具體型號為德國西門子Ｓ７２００ＣＮＣＰＵ２２６ＣＮ ＡＣ＼ＤＣ＼ＰＬＹ型，因為該型ＰＬＣ是模擬數(shù)據(jù)塊運算，輸入＼輸出口為２４＼１４ ，不僅完全滿足本論文所研究的機械手的控制要求而且還便于功能的擴展。此外，因其在基本單元內(nèi)也接有部分擴展單元因而也具有部分擴展功能，可是相比較模塊式的PLC其仍然具有一定局限性。 PLC類型的選擇及I/O點的確定 PLC類型的選擇不同的PLC產(chǎn)品由于其性能與規(guī)格的各不相同,所以按其結(jié)構(gòu)形式、功能差異的不同分為如下幾類： ⑴根據(jù)各PLC產(chǎn)品功能差異的不同，可將PLC分為高檔、中檔和低檔。 ⑵確定和分配可編成控制器PLC的控制系統(tǒng)的輸出以及輸入設(shè)備，簡單來說就是對于能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能的PLC信號我們要確定其輸入口和輸出口的分配和布置。⑶壓力控制閥的選擇壓力控制閥顧名思義就是用來控制回路中氣流壓力大小的，基本上是氣壓回路中必用氣壓元件，根據(jù)壓力控制閥的功用可以分為：①減壓閥；②順序閥；③溢流閥（安全閥）。由于本課題研究的機械手要滿足自動控制的要求以及氣缸工作時的具體要求最終選擇先導(dǎo)性2位5通電磁換向閥。 ⑴方向控制閥的選擇方向控制閥主要是在氣壓回路中控制執(zhí)行元件（氣缸）的啟動、停止和方向的控制類元件，它的工作原理是通過改變壓縮氣體的通斷和方向來控制氣壓回路中的執(zhí)行元件完成預(yù)定的工作要求。 氣動系統(tǒng)的工作原理總的來說首先是由氣泵來提供氣流,然后再經(jīng)過各種控制閥、氣動回路、執(zhí)行氣動缸等的設(shè)計使其完成既定的工作要求和任務(wù)。為了方便計算我們一般忽略氣缸管道內(nèi)的容積、氣缸的直徑D、行程S、換向閥到氣缸管道的容積以及氣缸的動作時間等因素這些都直接影響氣缸的換氣量Q，所以在單位時間內(nèi)氣缸內(nèi)空氣耗氣量Q的計算過程如下：Q=Q1或Q=Q2 Q1=πD2S4t1，Q2=πD2d24t2 （41）式中：Q表示在單位時間內(nèi)氣缸壓縮氣體的消耗量(m3s)； Q1表示無活塞桿端氣缸進氣時壓縮氣體的消耗量（m3s)； Q2表示有活塞桿端氣缸進氣時壓縮氣體的消耗量（m3s)； D為氣缸內(nèi)部的直徑（m）； d為氣缸內(nèi)活塞桿的直徑（m）； t1和t2分別表示氣缸內(nèi)活塞的往返程時間（s）； S表示氣缸內(nèi)活塞的行程（m）； 水平臂氣缸內(nèi)的壓縮空氣耗氣量計算過程如下： 時間t=，行程S=60mm，缸徑D=13，由公式41可得：Q=πD2S4t=132≈豎直臂氣缸內(nèi)的壓縮空氣耗氣量計算過程如下[10]： 時間t=，行程S=70mm，缸徑D=35mm，由公式41可得：Q=πD2S4t=352≈102m3s綜合以上計算,本課題最終決定選用的氣壓泵為上海日豹，其具體性能參數(shù)為：LB:。驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計就是指對于驅(qū)動系統(tǒng)動力源的選擇以及對于驅(qū)動系統(tǒng)傳動機構(gòu)的設(shè)計，此外還包括對于驅(qū)動元件的選型和設(shè)計校核。 機械手底座結(jié)構(gòu)的設(shè)計本課題研究的機械手出于對其成本和應(yīng)運場景的考慮，故決定設(shè)計為固定式機械手，這就要求它的底座采用固定式，如此不僅有利于降低成本，對于機械手整體剛性的提高也非常重要。機械手手臂是保證機械手爪部按照指定路線移動的重要運動部件，機械手四自由度就是由手臂的結(jié)構(gòu)來保證的，因此我們對于機械手手部運行軌跡和定位精度的要求都要通過手臂來保證，所對于手臂我們有如下要求：①要求手臂的重量盡可能輕，這樣可以大大降低手臂運動時的慣性沖擊、使動作更加靈活，同時還可以大大節(jié)約材料。圖33 機械手手部結(jié)構(gòu)簡圖 機械手手部結(jié)構(gòu)（夾持爪）的計算夾持氣爪的選擇要根據(jù)氣爪的具體工作環(huán)境而定，包括夾持氣爪所搬運貨物的重量、尺寸以及氣爪的工作行程和空間范圍等，本課題所研究的機械手在工作時搬運的標準器件其具體參數(shù)為：M=60g,Dmax=32mm,夾持點距轉(zhuǎn)軸中心的最大力臂為46mm, 由此計算并確定夾持氣爪的規(guī)格?；旧蠙C械手的整個設(shè)計工作都是以執(zhí)行機構(gòu)為中心,首先根據(jù)目的功能來進行執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計，然后再通過執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，最后整個設(shè)計工作完成[6]。圖31 機械手的整體結(jié)構(gòu)簡圖 機械手的總體設(shè)計流程由于本課題研究的機械手主要用于器件的搬用，所以只有首先確定了機械手搬用器件的有效重量,之后才能確定相關(guān)的力、力矩等技術(shù)參數(shù)，然后才能進行整個機構(gòu)及其各個模塊的設(shè)計，最后才能對模塊進行組合以及結(jié)構(gòu)的調(diào)整和修改，實現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計和完善。通過對機構(gòu)零部件標準化和功能模塊化的有機統(tǒng)一，充分實現(xiàn)產(chǎn)品的可變性和系列化，滿足不同的工作要求，大大提高機械手的通用性。由此可見它們之間的關(guān)系是相對的，隨二者出現(xiàn)的先后次序而改變。⑸模塊的劃分必然會對其產(chǎn)品的質(zhì)量（精度、剛度等）產(chǎn)生一定的影響，所以我們在劃分過程中應(yīng)充分考慮這一影響。 機械手結(jié)構(gòu)模塊劃分所遵循的原則在模塊化的設(shè)計思想中需要將產(chǎn)品劃分為若干個彼此間相互獨立的單元體，對于模塊的劃分一般遵循如下基本原則：⑴模塊數(shù)的劃分不是越多越好，在減少模塊自身復(fù)雜程度的同時，還應(yīng)盡量減少模塊總數(shù)，這樣有利于降低設(shè)計時的工作量和設(shè)計后期的模塊組合復(fù)雜度。手指夾放夾放范圍φ60~90mm回轉(zhuǎn)速度10rmin轉(zhuǎn)動速度30r/min機械手的最大工作半徑1700mm機械手手臂的最大中心高度1000mm機械手的抓取重量2kg3機械手的傳動機構(gòu)以及執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計 機械手機構(gòu)的模塊化設(shè)計模塊化的設(shè)計思想就是將一個系統(tǒng)和機構(gòu)組成復(fù)雜的機械產(chǎn)品在設(shè)計時劃分為若干個彼此相互獨立的單元體，對每個單元體單獨設(shè)計，這樣可以大大降低機械產(chǎn)品的設(shè)計難度。以上機械手的各部件動作形式在工作過程相互獨立，通過PLC可編程控制器的有效控制，實現(xiàn)各部件之間的動作相互組合且有序進行，從而完成具體的工作要求。 ③豎直升降機械手大臂在立柱上通過氣壓缸的伸縮可以達到320mm的升降行程，這個行程可以有效避開工作過程中的大多障