【正文】 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 有效 速度是 。 圖 3— 3 A 缸角度隨時(shí)間變化曲線 根據(jù)圖（ 3— 3）曲線可以得出， A 的角度幅值 為 ，其控制部分為 肩部的轉(zhuǎn)動(dòng) 。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 9 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 10 圖 3— 2 仿真運(yùn)動(dòng)過程 通過 ADAMS 軟件的后處理功能，對(duì)手臂的運(yùn)動(dòng) 仿真 過程 進(jìn)行錄制，生成一個(gè)循環(huán) 動(dòng)作視頻， 再 經(jīng)后期的視頻剪輯處理， 并 添加 背景 音樂效果，最終生成一個(gè)指揮 機(jī)械手臂。機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)過程如圖（ 3— 2）所示。通過該軟件還可以容易的繪制出指揮棒末端的軌跡，并對(duì)各轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的相對(duì)位移、速度、加速度等 相關(guān) 物理量進(jìn)行測量。 運(yùn)動(dòng)過程仿真 由于對(duì)音樂指揮這一運(yùn)動(dòng)過程無法進(jìn)行各個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)定，所以必須首先進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)，從中記錄下各運(yùn)動(dòng) 的 相關(guān)信息。 應(yīng)用 UG 建立實(shí)體模型 并導(dǎo)入 ADAMS 在建立模型階段，先以一定的比例關(guān) 系 在 UG 中 建立 零件 模型， 然后裝配成整體 ， 通過parasolid 格式導(dǎo)入 ADAMS， 并在其中 添加 約束和 運(yùn)動(dòng)副，最后是 在 驅(qū)動(dòng)部分添加 驅(qū)動(dòng) ，從而完成整個(gè)實(shí)體模型的建立。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 7 3 機(jī)械手臂的模擬仿真運(yùn)動(dòng) ADAMS 仿真軟件功能簡介 ADAMS 是專門用于機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī) 運(yùn)動(dòng)模擬 的工具，通過虛擬實(shí)驗(yàn)和測試，在產(chǎn)品開發(fā)階段就可以幫助設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，并提出改進(jìn)的方法。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 6 機(jī)械手臂的精度、重復(fù)精度和分辨率 因?yàn)槭悄M人的指揮動(dòng)作，所以對(duì)精度要求并不高， 但是需要重復(fù)的運(yùn)動(dòng) ，因?yàn)橹貜?fù)的精度越高，指揮動(dòng)作的可重復(fù) 次數(shù)也就越多，所以要求還是要盡可能的提高重復(fù)精度。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。 機(jī)械手臂的驅(qū)動(dòng)方式 這里根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用氣壓 驅(qū)動(dòng)方式。 (3) 編成簡單，使用方便 PLC 提供了多種面向用戶的編成語言，常用的有梯形圖、指令語句等，其中梯形圖語言與繼電器控制系統(tǒng)的電氣原理圖類似，很容易掌握。 PLC 有以下特點(diǎn)： (1) 可靠性高 PLC 采用了許多抗干擾措施，如對(duì) CPU 模 塊進(jìn)行電磁屏蔽、在電源和 I/O 模塊中設(shè)置濾波電路等等， 具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 機(jī)械手臂的工作載荷 指揮手臂的工作載荷可以忽略不計(jì)， 只要能夠承受自身重量要求即可，所以這里就不再討論了。 機(jī)械手臂的工作空間設(shè)計(jì) 對(duì)于擬人的指揮手臂而言，工作空間應(yīng)盡 量 參考人的運(yùn)動(dòng)范圍，根據(jù)人的指揮手臂的動(dòng)作要求 和人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)原理 ，制定機(jī)械手臂的工作空間，這一過程我將應(yīng)用 ADAMS動(dòng)態(tài)仿真軟件完成，從 而設(shè)計(jì)出合理的工作空間。機(jī) 器人的自由度越多，就越能接近人手的動(dòng)作機(jī)能，通用性就越好；但是自由度越多，結(jié)構(gòu) 就 越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的整體要求就越高，這是機(jī)器人設(shè)計(jì)中的一個(gè)矛盾。 機(jī)械手臂的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) 機(jī)械手臂的自由度 要想達(dá)到模仿人類的音樂指揮動(dòng)作，通過仿生原理我最終采用 5 自由度的機(jī)械手臂來完成這一動(dòng)作，其機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡圖如圖（ 2— 1）。 本文主要研究內(nèi)容 本文提 出了一種 比較新穎 的研究設(shè)計(jì)方法，即通過應(yīng)用軟件先對(duì)不確定的 運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 3 擬，選擇最佳方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而 實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)要求。 機(jī)械手研究領(lǐng)域 機(jī)械手技術(shù)是集機(jī)械工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制工程、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、 人機(jī)工程 學(xué)等學(xué)科為一體的綜合技術(shù)，它是多學(xué)科科 技革命的必然結(jié)果。當(dāng)前我國機(jī)械手的生產(chǎn)幾乎都是應(yīng)用戶 要求，“一個(gè)客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周 期長、成本高， 且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn) 定。在應(yīng)用規(guī)模上遠(yuǎn) 不及 發(fā)達(dá)國家。但是，我國的機(jī)械手技術(shù)及其應(yīng)用程度和發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 。 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 國內(nèi)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手絕大部分為專用機(jī)械手，附屬于某一設(shè)備，其工作程序是固定的，通用機(jī)械手也有所發(fā)展 。傳統(tǒng)機(jī)械手設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或 其他 硬性材料，軟機(jī)械手技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)械手意外地與環(huán)境或人 發(fā)生 碰撞時(shí)是安全 的 ，機(jī)器人對(duì)人是友好的。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。 (6) 虛擬機(jī)械手技術(shù)，基于多傳感器、多媒體 和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場 傳 感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的虛擬遙控操作和人機(jī)交互。 (4) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 (3) 多傳感器系統(tǒng) :為進(jìn)一步提高機(jī)械手的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的 配合 使用是其問題解決的關(guān)鍵。機(jī)械手控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及 VC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制器己成為研究熱點(diǎn)。主要研究內(nèi)容集中在以下幾個(gè)方面 : (1) 工業(yè)機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì) 并探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載與自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至 1977 年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于 177。該機(jī)械手的中央 立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司 ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1958 年美國聯(lián)合控制 公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 PLC control。 ADAMS simulation。 The mode of control。 Working space。 Choosing the type of the pneumatic ponent。 Mechanical arm movement simulation。 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì) 主要針對(duì)機(jī)械手臂的自由度、工作空間、工作速度、控制方式和驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行講述； 機(jī)械手臂的模擬運(yùn)動(dòng)將利用 ADAMS 運(yùn)動(dòng)仿真 軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和數(shù)據(jù)采集 ； 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)中將 針對(duì)模擬結(jié)果的要求 對(duì)系統(tǒng)的氣動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在后面 的章節(jié)中對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行選型； 最后的手臂控制部分設(shè)計(jì)中，采用了 可編程控制器（ PLC） 控制的方法來 實(shí)現(xiàn) 各氣缸的順序 和周期 動(dòng)作。 China June 2020 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) I 摘 要 本文 主要圍繞著氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行 闡述和分析，文 中主要討論了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì)、機(jī)械手臂的 運(yùn)動(dòng)模擬 、氣動(dòng) 系統(tǒng) 回路設(shè)計(jì)、氣動(dòng)元件的選型以及指揮機(jī)械手臂控制部分設(shè)計(jì)。 **********學(xué)士學(xué)位論文 學(xué)號(hào) :A***** 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 ： *** 指導(dǎo)教師 ： *** 所在院系 ： 工程學(xué)院 所學(xué)專業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 研究方向：流體傳動(dòng)控制 ********** 中國 **** 2020 年 6 月 Bachelor Degree Dissertation No： ****** Design on Mechanical Arm Controlled by Pneumatic Transmission Student: *** Supervisor: *** College: Engineering College Speciality: Mechanical design and manufacture and automatization Direction: Fluid transmission control ******* ***** 在設(shè)計(jì)過程中提出了一種新的設(shè)計(jì)思路，即 對(duì) 不 確定 的 各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的 擬人 動(dòng) 作機(jī)械人進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，從模擬試驗(yàn)中得到所需的各參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。 關(guān)鍵詞 ：氣動(dòng) 指揮 機(jī)械手臂； ADAMS 仿真；氣動(dòng) 系統(tǒng) 回路設(shè)計(jì)； PLC 控制； 氣動(dòng)指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) II Design on Mechanical Arm Controlled by Pneumatic Transmission This paper, focusing