【正文】 答辯小組評語：該機械手的設計，得到了有意義的、深刻的結果，有一定的創(chuàng)新性，表明該同學基礎扎實，具有較強的分析論證能力和綜合應用能力，得到很好的科研訓練。(2)在管路中壓縮空氣流動速度比較快，所以該系統(tǒng)動作響應比較快。綜合以上分析，該文達到了學士學位論文水平，同意該生參加畢業(yè)論文答辯。該論文總體符合本科畢業(yè)論文的答辯要求，準予答辯。 畢業(yè)論文（設計）分工情況：（多人合作時填寫，包括本人研究的內容及其在課題中所占份量）根據(jù)論文設計任務書，開題報告要求，并在指導老師的指導下，該生獨立完成畢業(yè)論文設計任務。文章篇幅和格式基本上符合學院規(guī)定，內容較為完整，層次結構安排科學合理，主要觀點突出，邏輯關系清楚。 自動換刀系統(tǒng)的PLC程序設計還在進行研究中。2013年3～4月：完成自動換刀系統(tǒng)的PLC程序設計并進行上機調試。自動換刀機械手控制要求：設計下圖結構所示的換刀機械手，設計其結構與基于PLC控制的梯形圖。本文采用模塊化氣動機械手，對基座、立柱、手臂、手部等模塊進行結構設計，通過模塊選擇與組合，以構成一定范圍內的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產品，并且在產品變化或臨時對機械手進行新任務分配時，可以允許方便地改動或重新設計其新部件，能很快地投產，降低安裝和轉換工作的費用，便于機械手的標準化生產和使用。對于不同的工作情況，只需選取必要的模塊，對氣動元件和機械零件進行參數(shù)化設計，即可滿足不同工作條件的設計要求。本課題的目的是研究關于自動換刀氣動伺服機械手的結構設計和控制的一些普遍性問題。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實理。從某種意義上說，機械手是機器進化過程的產物，是工業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。這一技術在工業(yè)、農業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公自動化及生活服務等眾多領域有著越來越多的應用。當工件變更時，柔性生產系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產品質量，更好地適應市場競爭的需要。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力。另外，對于高端機械手，國內也進行了相關的研究，如上海交通大學機械手研究所開發(fā)了 SMA 六足微小型仿嶂螂機械手，在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快，一般的工業(yè)機械手技術相當成熟，預計在 2005 年到 2008 年間，全球工業(yè)機械手銷量預計年均增長 %，到 2008 年增至 萬臺。目前，國內機械手的發(fā)展方向主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。20 世紀 80 年代，我國機械手技術的發(fā)展得到政府的重視和支持，機械手步入了跨越式發(fā)展時期。機械手技術的研究與應用水平，反映著一個國家的經濟實力和科技發(fā)展水平，國內外對發(fā)展這一技術都很重視，紛紛投入大量力量對機械手進行研究。由于氣動技術是以空氣為介質，它具有防火、防爆、防電磁干擾、不受放射線及噪聲的影響，且對振動及沖擊也不敏感，和結構簡單、工作可靠、成本低、壽命長等優(yōu)點，近幾年來氣動技術得到迅速的發(fā)展及普遍應用。進度安排畢業(yè)論文（設計）各階段名稱起 止 日 期1查找資料第1—2周2硬件設計第3—4周3程序設計第5—7周4上機調試第8—10周5撰寫論文，準備答辯第11—12周應收集的資料、主要參考文獻及實習地點：[1]液壓與氣壓傳動/劉延俊 主編 ―：機械工業(yè)出版社,[2]電氣控制與可編程序控制器應用技術/郁漢琪主編 ―2版 一南京：東南大學出版社，[3]機電傳動與控制(第三版)/程憲平 主編 一武漢：華中科技大學出版社，[4]機械原理/孫恒，陳作模，葛文杰 主編；西北工業(yè)大學 ：高等教育出版社，[5]機械設計（第八版）/濮良貴、紀名剛主編；西北工業(yè)大學 ：高等教育出版社，[6]：西安建筑科技大學，2008[7]、分析及控制的研究[D].上海：東華大學，2006[8]數(shù)控技術 李斌 李曦 ：華中科技大學出版社，2010年4月指導教師簽字: 年 月 日學院院長簽字：年 月 日 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計）開題報告系別：機械與電子工程學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化學生姓名武金鵬學號2009011644指導教師翁志剛職稱講師所選題目名稱：自動換刀機械手結構設計及PLC控制研究課題研究現(xiàn)狀：工業(yè)機械手最早應用在汽車制造業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。摩雷,夏恩卡感謝父母 、家人對我的教育，感謝所有關心我的朋友和老師，同時感謝我校的良好的學習環(huán)境是我避免了很多的彎路。也使我獨立設計的能里有了極大的提高。、PLC的硬件I/O接口原理圖圖43 三菱FX2N PLC接口電路圖、自動換刀系統(tǒng)PLC程序的設計、編程軟件采用三菱公司編程軟件FXGP/WINC,其界面如下所示圖44 編程軟件界面圖、PLC的控制流程圖圖45 自動控制流程框圖、梯形圖圖46 梯形圖、指令表圖47 指令表致謝本次設計是在我尊敬的指導老師翁志剛老師悉心指導下完成的。(4) 該系統(tǒng)進行自動連續(xù)循環(huán)工作。 ⑦ 右轉完成后，機械手下移。 ③ 到達最下端后，機械手開始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時間由定時器控制。 ② 上移后，機械手開始右移。、機械手的PLC控制系統(tǒng)限位開關的布局示意圖圖41 限位開關的布局示意圖、機械手自動換刀系統(tǒng)的工作流程如下圖所示單個工作流程示意圖：圖42 自動控制原理圖機械手移動刀具的單個工作流程由復位到初始位置、將機械手移動到刀庫處、夾緊刀具、將刀具移動到目標位置、放下刀具和移動到初始位置6個過程組成。靈活性PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能圖、功能模塊和語句描述編程語言。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短，采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，如：冗余的設計、斷電保護、故障診斷和信息保護及恢復等。另外，推力軸承要選擇公稱尺寸相對較大一些的，這樣可以更好地承受傾覆力矩。如果水平缸、垂直缸和手部機構直接安裝到擺動氣缸輸出軸上，機構雖然簡單，但擺動氣缸的軸向受力增大，對氣缸的自身要求較高，容易造成擺動氣缸的損壞?；Y構從形式上可分為落地式和懸掛式，或分為固定式、可移動式和行走式。擺動氣缸有齒輪齒條式和葉片式兩大類。時間t=，依據(jù)公式(34)，得：立柱升降模塊立柱是安裝在與基座連接的轉臺之上，用以支撐手臂并帶動它升降和移動的機構。(3)小臂升降氣缸計算根據(jù)換刀機械手立柱升降氣缸運動過程的要求，氣缸收縮時承受的外力F≤15N，行程為30mm。當活塞桿輸出拉力克服載荷做功時 （32）式中：F2—活塞桿的拉力(N)；d—根據(jù)拉力預先估定的活塞桿直徑。(1)氣缸內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，利用下述公式可計算出缸徑D。手臂的結構設計重點是驅動力的計算。圖35 滑槽杠桿式手部結構、手臂結構設計手臂是機械手的主要部分，它是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。(3) 在保證本身剛度，強度的前提下，盡可能使結構緊湊，重量輕，以利于減輕手臂負載。所選擇的元件既要滿足系統(tǒng)的性能要求，又不能浪費。另外，采用噴嘴擋板控制的菌狀提動閥，抗污染性能強，不容易堵塞。本機械手采用噴嘴擋板式的電氣伺服閥，來確保連接機械手手臂的氣壓缸按所要求的控制規(guī)律和定位精度工作，工作過程大致如下：如圖33所示，若伺服放大器輸出的偏差信號(即設定的指令信號與反饋信號之差)經放大后，加到氣壓伺服閥的電磁線圈上，則永久磁鐵和電磁線圈間產生相吸或相斥的電磁力，使端部裝有擋板的桿件偏離中間平衡位置繞支點左右擺動，擋板使對稱布置的兩個轉換器(結構原理如圖34)噴嘴處的氣體流量發(fā)生不均等的變化，因而造成一側噴嘴背壓腔壓力升高，另一側轉換器噴嘴背壓腔壓力降低，則負載氣缸左右腔壓力不等，活塞桿(連接機械手手臂)移動，實現(xiàn)工作要求的運動規(guī)律。它是利用電磁力作用在轉換元件的可動部件上，通過其中的彈性元件轉變?yōu)槲灰疲ㄟ^此位移來調節(jié)氣動放大器(放大元件)的節(jié)流面積，從而控制通過氣動放大器的氣體壓力或流量。當數(shù)字控制裝置發(fā)出反向脈沖時，步進電動機逆時針方向轉動，手臂縮回。這時，壓縮空氣經閥的開口進入氣缸的左腔，推動活塞桿連同機械手手臂一起向右運動。電位器觸頭產生的微弱電壓，經放大器放大后對電氣伺服閥進行控制。下面以機械手伸縮運動為例闡述伺服系統(tǒng)的工作原理。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄漏無影響體積較大中、小型專用機械手或機械手都有應用結構簡單，能源方便，成本低液壓驅動壓力高，可獲得大的輸出力油液不可壓縮,壓力、流量均容易控制，可無級調速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅動方式小中小型專用機械手或機械手都有應用，中型機械手多為液壓驅動液壓元件成本較高，油路也較復雜電力驅動異步電動機、直流電動機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、抓重大物體的專用機械手成本低步進或伺服電機輸出力較小容易與CPU連接，控制性能好，響應快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復雜維修使用較復雜體積較小可用于程序復雜、運動軌跡要求嚴格的工業(yè)機械手成本較高機械聯(lián)動輸出力較大速度較高，速度與加速度均由機構控制。普通交、直流電動機驅動需要用減速機構來獲得較大的輸出力矩,但是因為其慣性力矩比較大，所以要實現(xiàn)精確控制比較困難，適用于重型機械的控制。(2)在管路中壓縮空氣流動速度比較快，所以該系統(tǒng)動作響應比較快。(4)液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)自我潤滑，過載保護方便，使用壽命長。下面將三種驅動方式進行分析比較?？傆?、機械手的結構設計方案本方案采用模塊化的設計方法，機械手包括以下幾個模塊：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪幾個模塊。(9)、擺動——機械手順時針擺動，回到初始位置。(5)、水平收縮——水平機構快速收縮70mm，整個機構回到初始位置。機械手要把刀具送到刀架上，需要完成以下幾個動作：(1)、水平伸出——機械手水平機構伸出70mm，到達刀庫正上方。圖中換刀機械手的初始位置在與刀架垂直90176。我們稱升降行程比較大部分為立柱，行程較小的升降部分為小臂。為了使機械手具有升降、伸縮和回轉運動，故選用圓柱坐標型機械手，因此機械手得到三個自由度。5．其運動狀態(tài)比較難以控制，機械結構的設計比較困難，不適合用液壓進行驅動。四、多關節(jié)坐標型1．工作空間比較寬廣，并且動作叫靈活。3．需要較大的工作空間。4．機械手的氣爪部所能到達的空間受到限制，很難接觸到立柱和地面的位置。6．很難對各滑動部件進行密封，側容易受到污染。2．機械結構簡單。本課題要求機械手具有較高的的定位精度、較快的反應速度，比較大的承載能力，以及工作空間比較寬廣和靈活的自由度，并具有自動定位的能力?？梢杂勉q鏈將大小臂以及大臂和機體進行連接起來。(2)圓柱坐標式機械手手臂 可以沿X和Z兩個直角坐標軸移動，以及繞 Z 軸的轉動，我們叫做機械手的前后伸縮、上下升降和左右擺動。這種機械手因手指結構可以根據(jù)需要更換，程序可以由用戶改換，可用于中、小批次的生產。(2)通用機械手具有獨立專門的控制系統(tǒng)，并且控制程序可以根據(jù)需要進行修改。綜上所述，機械手使以后的工作更加有效率，是未來機械工業(yè)發(fā)展的趨勢。有一些