【正文】 。四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活使我受益良多，我扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)以及良好的學(xué)習(xí)方法無不歸功于各位教導(dǎo)過我的老師，這些我將銘記在心，終生不能忘卻。不僅拓寬了我的知識(shí)面，還使我分析問題、解決問題的能力也得到很大提高。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，又深深地感染和激勵(lì)著我，給了我無盡的啟迪，讓我受益匪淺。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行過程中，*老師為我提供了很多的資料，從畢業(yè)課題的研究方向選擇、研究方案的確定與指導(dǎo)，最后論文的評(píng)審、批閱與修改等諸多具體的細(xì)節(jié)問題無一不包含著遲老師的心血和汗水。(5) PLC 控制，在明確所有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過編寫 PLC 程序?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，使運(yùn)動(dòng)更加靈活，精確。(3) 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過所需的運(yùn)動(dòng)要求，對(duì)氣壓驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)36 機(jī) 械 手 臂 各 部 分 的 單 獨(dú) 控 制如果想要單獨(dú)控制手臂的某一部分時(shí)，只要不在循環(huán)動(dòng)作期間按下相應(yīng)得按鈕便可，對(duì)應(yīng)標(biāo)示如下：SB3—A 缸的伸出即手臂向上轉(zhuǎn)動(dòng) SB4—A 缸的縮回即手臂向下轉(zhuǎn)動(dòng)SB5—B 缸的伸出即大臂向側(cè)向抬起 SB6—B 缸的縮回即大臂向側(cè)落下SB7—C 缸的伸出即肘部伸直過程 SB8—C 缸的縮回即肘部彎曲過程SB9—D 缸的伸出即手腕部向內(nèi)旋轉(zhuǎn)過程 SB10—D 缸的縮回即手腕部向外旋轉(zhuǎn)過程SB11—E 缸的伸出即手腕向下落下 SB12—E 缸的縮回即手腕向上抬起氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)377 總結(jié)通過對(duì)氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了仿真手臂的指揮動(dòng)作，主要的設(shè)計(jì)過程如下：(1) 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì)，確定機(jī)械手臂的類型、自由度、各部分運(yùn)動(dòng)關(guān)系等，作出運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并在此基礎(chǔ)上建模，為下一步的運(yùn)動(dòng)仿真做準(zhǔn)備。氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)31 圖 6—4 B 缸的 PLC 控制程序氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)32 圖 6—5 C 缸的 PLC 程序圖氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)33 圖 6—6 D 缸的 PLC 程序圖氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)34圖 67 E 缸的 PLC 程序圖 外 接 電 路 驅(qū) 動(dòng) 電 磁 換 向 閥電磁換向閥需要 AC220/50Hz 或 DC24V 電源才能工作，由 PLC 輸出的繼電器信號(hào)需要與之相連的繼電器接觸開關(guān)和電磁換向閥構(gòu)成一個(gè)外接的電路才能驅(qū)動(dòng)閥的運(yùn)動(dòng)。具體動(dòng)作順序如下：按下 SB1——X1 得電閉合——MT205 得電，M5 形成自鎖，T206 得電——延時(shí) 后， T206 閉合，Y0 得電， KM1 得電——YA0 得電，回轉(zhuǎn)氣缸 A 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)——T205延時(shí) 后，T205 的常閉開關(guān)斷開——M5 斷電，T206 斷電， Y0 斷電，電磁閥 FA 回到中位——同時(shí)隨 T205 閉合，M6 得電形成自鎖，T20T208 得電——延時(shí) 后 T208 閉合，Y1 得電，YA1 得電，A 缸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)——T207 延時(shí) 后，T207 常閉斷開，M6 斷電，Y1 斷電，F(xiàn)A 回到中位，氣缸 A 停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí) M7 得電 ——M5 得電形成循環(huán)。 初 始 位 置 程 序 的 編 寫 圖 6—1 初始位置的 PLC 程序圖在機(jī)械手進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作之前，先要將其各個(gè)部分運(yùn)動(dòng)到指定位置，所以在運(yùn)動(dòng)伊始要進(jìn)行初始位置調(diào)節(jié)，如圖（6—1）所示為其梯形圖，按照 PLC 接線圖（6—2）所示，其順氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)29序動(dòng)作描述如下： 常按 SB0 不放——X0 閉合 ——M0、MMMMT200 、T20T20T20T204 得電——M0、MMMM4 閉合 ——YYYY7 、Y10 得電——KM KM KMKM KM9 得電——電磁繼電器開關(guān)KM KM KMKM KM9 閉合，YAYBYC1 、YD1 、YE0 得電——A、B 、 C、D 缸活塞桿縮回， E 缸活塞桿伸出——延時(shí)一定時(shí)間后，T200、 T20T202 、T20 T204 常閉開關(guān)斷開，各活塞桿停止運(yùn)動(dòng)。型號(hào) M L B H A C D E F G X Y ФQLAL6M10158 22 5360 26 11 23 26 31 M1628 22 Ф型號(hào) a1 a2 a3 b1 b2 c1 c2QP1 42 40 50 89 21 G3/4 G3/G 1/4氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)27表 5—10 主要技術(shù)參數(shù)型號(hào) 公稱直徑/mm工作介質(zhì)工作壓力范圍/MPa介質(zhì)溫度/ 0C環(huán)境溫度/ 0C有效截面積/mm2關(guān)閉壓/MPa泄漏量/耐久性/萬次PQL1010 壓縮空氣~5~50 5~50 ≥40≤1≤25 ≥150圖 5—8 安全閥裝配圖表 5—11 裝配尺寸型號(hào) Фd d1 Фd2PQL10 10 M16 20氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)286 指揮機(jī)械手臂控制部分設(shè)計(jì) PLC 型 號(hào) 的 選 擇由于本控制系統(tǒng)需要用到 13 個(gè)點(diǎn)，所以我選擇型號(hào)為三菱的 FX2N—32MR，其 I/O 點(diǎn)數(shù)為 32，16 個(gè)輸入和 16 個(gè)輸出，屬于基本單元繼電器輸出型。其外形及安裝尺寸如圖（5—4）及表（5—6）。其主要技術(shù)性能參數(shù)如下表（5—6）所示，其裝配圖如圖（5—5）。圖 5—4 三位五通電磁換向閥 對(duì) 氣 壓 的 要 求因?yàn)樘幱跓o負(fù)載狀態(tài)，所以空氣壓縮壓機(jī)可選擇活塞式低壓型，可提供 —的工作壓力，需要 —30m3/min 的吸入流量，通過對(duì)各個(gè)氣缸的耗氣量計(jì)算，可以得出系統(tǒng)需要的總耗氣量為 103m3/min，已經(jīng)滿足該系統(tǒng)的工作要求。 圖 5—3 C 缸裝配圖型號(hào)B B1 B3 D D1 D2 D3 E1 E F T L L1QGD32 20 Ф10 M5 M5 6 8 40 24氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)23表 5—3 氣缸 C 基本尺寸通過以上數(shù)據(jù)知，C 缸耗氣量 Q =10 *A*s*n= cm /min壓 33 對(duì) D 缸 的 選 取通過模擬試驗(yàn)，D 缸只需要承受手腕部位的旋轉(zhuǎn)，其擺動(dòng)角度為 57 o ，選取與 A 缸相同的 QGB1 系列，其裝配圖如圖（5—1），其基本外型尺寸如表（5—4） 表 5—4 氣缸 D 基本尺寸通 過以 上數(shù) 據(jù)計(jì) 算D 缸耗氣量為 。首先通過模擬試驗(yàn)得出手臂轉(zhuǎn)動(dòng)所需角度大概是 22o，這里為合理選型，擴(kuò)大它的角度到 90o，因此選取 QGB1—75 系列擺動(dòng)氣缸，為單葉片式，基本尺寸如下表（5—1）圖 5—1 A 缸裝配圖表 5—1 汽缸 A 基本尺寸由以上數(shù)據(jù)，計(jì)算 A 缸的耗氣量為 型號(hào)a b c d1 d2 d3 d4 e f n 6MQGB1—7520 15 Ф17Ф30110 70 13 16 6 M8深12氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)22 對(duì) B 缸 的 選 取其中 B 缸所需的行程最短為 20mm，這里我們選用 QGD 系列氣缸，通過計(jì)算其所需流量為 cm3/s，故選其型號(hào)為 QGDФ20，其行程為 50mm，其結(jié)構(gòu)與 A 缸完全相同，基本尺寸如下表（5—2）。通過五個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合，便完成了模擬人手臂的指揮動(dòng)作。當(dāng) YB0 得電時(shí)，電磁換向閥處于右位，壓縮空氣由氣缸右端進(jìn)入并推動(dòng)活塞，從而使氣缸活塞桿縮回。壓縮空氣經(jīng)過濾器后進(jìn)入減壓閥，壓縮空氣在通過減壓閥時(shí)可以被降低壓力，同時(shí)可以進(jìn)一步使輸出的氣流平穩(wěn)，最后干凈純凈的壓縮空氣進(jìn)入油霧器，通過油霧器的壓縮空氣中均勻的混有一定量的潤(rùn)滑油，它可以使壓縮空氣具有一定氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)20的潤(rùn)滑效果，從而更好的保護(hù)氣動(dòng)元器件。也能分離部分油污和水分。圖 4—1 邏輯原理圖以 B 缸為例，在得到啟動(dòng)信號(hào) q 以后，B 的氣缸活塞桿伸出，在經(jīng)過 后縮回，同樣在經(jīng)過 后，氣缸活塞桿再次伸出，如此循環(huán)運(yùn)動(dòng)。D 缸對(duì)應(yīng)的是 O4 處的轉(zhuǎn)動(dòng)。B 缸對(duì)應(yīng)的是 O2 處的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)在三位五通電磁換向閥下又接了一個(gè)安全閥和減壓閥，其中安全閥可以保證氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)安全，而減壓閥則可以調(diào)節(jié)輸入壓力，并使輸入的氣流更加平穩(wěn)。在整個(gè)系統(tǒng)中 PLC 只是單純的控制氣缸運(yùn)動(dòng)的周期，無法對(duì)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度和行程進(jìn)行控制，所以在氣動(dòng)部分，要使用調(diào)速閥和壓力表，對(duì)氣缸和馬達(dá)運(yùn)動(dòng)加以控制調(diào)節(jié)。同時(shí)通過對(duì)運(yùn)動(dòng)的模擬，初步得到相關(guān)數(shù)據(jù)，這為接下來氣缸的選擇和 PLC 程序編制奠定了基礎(chǔ)。如圖（3—13）~圖（3—15）所示。根據(jù)圖（3—12）中的曲線可以得出，E 缸的有效速度為 。氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)15圖 3—11 E 缸位移曲線根據(jù)圖（3—11）中的曲線可以得出，E 缸的幅值為 32mm，其控制部分為手掌的擺動(dòng)。圖 3—10 D 缸角速度曲線D 的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是手腕的轉(zhuǎn)動(dòng) 速度。根據(jù)圖（3—8）中的曲線可以得出其有效速度是 。氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)13圖 3—7 C 缸位移曲線根據(jù)圖（3—7）中曲線可以得出，C 的幅值 41mm，其控制部分為肘部的旋轉(zhuǎn)。圖 3—6 B 缸速度曲線B 的速度是大臂部的旋轉(zhuǎn)速度。因?yàn)樵趯?shí)際的操作過程中無法輸出正弦信號(hào)，所以這里只對(duì)氣缸作近似計(jì)算，選其有效值作為參照標(biāo)準(zhǔn)，從圖（3—4）中的曲線可以得出其