【正文】 她教給我的不僅是進(jìn)入社會(huì)后生存 的本領(lǐng)，更重要的是艱苦樸實(shí)，求實(shí)進(jìn)取的精神力量，遇到困難不懈不妥，多一份堅(jiān)持少一份浮躁，這將鼓勵(lì)我在人生的道路上不斷前進(jìn)。 最后還要感謝我的母校 —— 鄭州輕工業(yè)學(xué)院輕工職業(yè)學(xué)院三年來對(duì)我的培養(yǎng)。 知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯，而傳授知識(shí)的各位老師則是我們登上階梯的領(lǐng)路人，沒有各位老師的辛勤教育，便不會(huì)有我們今天的累累果實(shí)。雖然畢業(yè)在即，我們各自心中通過這次實(shí)習(xí)更加增進(jìn)了友誼，心中更加多了一份不舍，使我們更加珍惜這段晚來的友誼。在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們?cè)僖淮悟?yàn)證了團(tuán)結(jié)就是力量這句真理，把一個(gè)龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿的完成了。感謝你們?cè)诖舜碎g對(duì)我的關(guān)懷和幫助，這份幫助使我在這段日子里可以專心于設(shè)計(jì)，使我真正體會(huì)到 師生之間的友誼，這種感覺是那嘛的美好，再次感謝老師的鼓勵(lì)和幫助。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師李燕老師，老師平日里工作繁多，但在本次設(shè)計(jì)中無論從選題、開題還是從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)及制圖等過程中都給予了我悉心指導(dǎo)。作為以為專科的畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，很多時(shí)候會(huì)走一些彎路，如果沒有老師的指導(dǎo)，以及一起設(shè)計(jì)的同學(xué)們的幫助，想要完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是不容易的?？梢愿鶕?jù) 機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。 通過對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度， 節(jié)省了大量時(shí)間和避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。阻力損失和泄漏較小， 不會(huì)污染環(huán)境。 采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 2)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON)，手 腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON). (5)手臂上升的條件 :上升不到位 (0007為 OFF)，無下降命令 (0505為 OFF)，收縮到位 (0006為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON)，右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON). }(6)手臂下降的條件 :下降不到位 (0008為 OFF)，無上升命令 (0504為 OFF)，右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON)，收縮到位 (0006為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010 為 ON)，手爪放松 (0002為 OFF). (7)手腕逆轉(zhuǎn)的條件 :逆轉(zhuǎn)不到位 (0009為 OFF)，無順轉(zhuǎn)命令 (0507為 OFF)，右轉(zhuǎn)到位 (0004為ON)，收縮到位 (0006為 ON)，下降到位 (0008為 ON),手爪放松 (0002為 OFF). (8)手腕順轉(zhuǎn)的條件 :順轉(zhuǎn)不到位 (0010為 OFF)，無逆轉(zhuǎn)命令 (0506為 OFF)，左轉(zhuǎn)到位 (0003為ON)，收縮到位 (0006為 ON)，上升到位 (0007為 ON),手爪抓緊 (0002為 ON). (9)手爪抓緊的條件 :手爪未抓到物品 (0002為 OFF)，無放松命令 (0509為 OFF)，并且滿足下列條件之一 :1)右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON)，伸長(zhǎng)到位 (0005為 ON)，下降 到位 (0008為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，檢測(cè)到有物品 (0011為 ON), 2)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON)，伸長(zhǎng)到位 (0005為 ON)，上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON) (9)手爪放松的條件 :手爪抓緊 (0002為 ON)，無抓緊命令 (0508為 OFF),并且滿足下列條件一 :1)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON)，伸長(zhǎng)到位 (0005為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON). 2)左轉(zhuǎn)到位 (0003為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON)，收縮到位 (0006為 ON).另外，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，手臂停止動(dòng)作，即手臂停止在不定的位置。由梯形圖可以看出 : (1)手臂左轉(zhuǎn)的條件 :左轉(zhuǎn)不到位 (0003為 OFF)，收縮到 位 (0006為 ON),上升到位 (0007為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪抓緊 (0002為 ON),無右轉(zhuǎn)命令 (0501為 OFF). (2)手臂右轉(zhuǎn)的條件 :右轉(zhuǎn)不到位 (0004為 OFF)，上升到位 (0007為 ON),收縮到位 (0006為 ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位 (0010為 ON)，手爪放松 (0002為 OFF),無左轉(zhuǎn)命令 (0500為 OFF). (3)手臂伸長(zhǎng)的條件 :伸長(zhǎng)不到位 (0005為 OFF)，無收縮命令 (0503為 OFF)，并且滿足下列條件之一 :1)右轉(zhuǎn)到位 (0004為 ON)，下降到位 (0008為 ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位 (0009為 ON)，手爪放松(0002為 OFF)。 機(jī)械手工作時(shí)序圖如附圖所示 4, 1/0分配 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用 OMRON C28P型 PC，它有 16個(gè)輸入點(diǎn)， 標(biāo)號(hào)為 00000015。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)械手有如下動(dòng)作 : 先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動(dòng)作 (1DT通電 ) ?下降至下限位開關(guān) (5DT通電 ) ?手腕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 90? (7DT通電 ) ?手臂伸長(zhǎng)至限位開關(guān) (3DT通電 ) ?檢查有無物品，若有物品，手爪四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 34 抓緊 (9DT通電 ) ?手臂收縮至限位開關(guān) (4DT通電 ) ?上升至上限位開關(guān) (6DT通電 ) ?左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動(dòng)作 (2DT通電 ) ?手腕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 900 (8DT通電 ) ?手臂伸長(zhǎng)至最長(zhǎng)(3DT通電 ) ?手爪松開 (IODT通電 ) ?延時(shí) ? 手臂收縮最短 (4DT通電 )。另外，除抓放外，其余六個(gè)動(dòng)作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測(cè)動(dòng)作是否到位，如果某動(dòng)作沒有到位，則出錯(cuò)指示燈亮。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另外，其末端執(zhí)行裝置 — 機(jī)械手，還可完成抓、放功能。豎直方向的上、下 。 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 控制對(duì)象為圓柱座標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手。如 IBMPC機(jī)，只要這個(gè)機(jī)器配有相應(yīng)的軟件。 (6)調(diào)試程序 即檢查程序是否能正確完成邏 輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。 (5)編制程序 即檢查程序中每條語法錯(cuò)誤，若有則修改。對(duì)簡(jiǎn)易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。 (3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖 概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。哪些信號(hào)是由可編程序控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端號(hào) .此外，對(duì)用到的可編程序控制器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配。 可編程序控制器的使用步驟 在可編程序控制器與被控對(duì)象 (機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程 )構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行 : 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 33 (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 即確定被控對(duì)象的動(dòng)作及動(dòng)作順序。此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。 第四階段是輸出處理階段。 當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入 I/0狀態(tài)表后， CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在 I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此 不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。 第二階段是處理輸入信號(hào)階段。開機(jī)時(shí)， CPU首先使 I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器 。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連， CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對(duì)輸入輸出狀態(tài) 暫存器而言的。具體的工作過程可分為 4個(gè)階段。 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。 7. 1可編程序控制器的選擇及工作過程 可編程序控制器的選擇 目前，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公 司的 F系列 PC,德國(guó)西門子公司的 SIMATIC N5系列 PC、日本 OMRON(立石 )公司的 C型、 P型 PC等。 電磁閥的通經(jīng)，使根據(jù)各工作氣缸的尺寸 、行程、數(shù)度計(jì)算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。器液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可以來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸安裝兩個(gè)快速排氣閥，可加快起動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全過程上的速度。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)（排氣壓力大于 ）通過快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過濾器，調(diào)壓閥，油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 mmb 120? ,氣缸內(nèi)徑為 mmD 2101 ? ,半徑 R=105mm,軸徑mmD 402 ? 半徑 mmR 20? ,氣缸運(yùn)行角速度 ? = s/90? ，加速度時(shí)間 t? ? ,壓強(qiáng) MPaP ? , 則力矩： 2 )( 22 rRpbM ?? ).(2 55 2)0 ( 226mN????? 尺寸校核 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 30 1．測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 kgm 1201 ? ,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 mmr 200? 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 21rmJ? 2 2?? ? （ ） tJM ?? ?.慣 ).(108 mN??? 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) ?k , 慣摩 MkM .? ）（ ? ?? 總驅(qū)動(dòng)力矩 摩慣驅(qū) MMM ?? ）（ ? ?? MM〈驅(qū) ? 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。 5 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等， 在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。在此處估計(jì) 封M 為 摩M 的 3倍， 封M ? 3? 摩M ? ? 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 27 ? ).( mN ? 封摩偏慣驅(qū) MMMMM ???? ? ??? ? ).(29 mN MM〈驅(qū) ?設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 mmb 100? ,氣缸內(nèi)徑為 1D =96mm,半徑 mmR 48? ,軸徑mmD 262 ? 2D =26mm,半徑 mmR 13? ,氣缸運(yùn)行角速度 ? = s/90? ，加速度時(shí)間t? =, 壓強(qiáng) MPaP ? , 則力矩 2 )( 22 rRpbM ?? ).( 2)( 226mN????? 1．測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 kgm 101 ? ,分析 部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 mmr 50? 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 21rmJ? 2 2?? ? （ ） 工件的質(zhì)量為 5kg,質(zhì)量分布于長(zhǎng) mml 100? 的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ).(1212222mkgmlJc???? 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 26 。 上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。 r輸出軸半徑（ cm） 。 cm） 。 cm） 。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖 42所示，定片 1與缸體 2固連，動(dòng)片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。 f 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 ?f ，對(duì)于滑動(dòng)軸承 ?f 。 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M偏 ?偏M 11eG + 33eG ( cmN? ) 式中 : 3G 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量 (N)。 t? 起動(dòng)過程所需的時(shí)間 (s)。 若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1J 為 : gGJJ c 11 ?? 21e 式中 : cJ 工件對(duì)過重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )..( 2scmN : 1G 工件的重量 (N)。 下面以圖 41所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算 : 手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 M悅 若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過程所用的時(shí)間為 t? ，則 : 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 23 ).(1 cmNtJJM ?