【正文】 大小均由電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖數(shù)目及脈沖頻率來決定，步進電機的驅(qū)動速度一般較低，但可以達到較高的定位精度。電氣驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單，維護、使用方便。 本設計采用步進電機驅(qū)動手臂運動，直流電動機驅(qū)動機械手的旋轉(zhuǎn)運動。 機械手的控制方法總的 來說可分為：機械控制，電氣控制和氣動控制。 因此，我們 在下面的設計中選用電氣控制，即使用 PLC 編程進行控制機械手實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作。 本設計的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實現(xiàn)，具有編程簡單、修改容易、可靠性高等優(yōu)點。七十年代，又相繼把通用機械手用于汽車的車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，是第二代機械手進入了應用階段。 目前工業(yè)機械手主要用于流水線工件傳送、焊接、裝配、機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，無論數(shù)量品種和性能方面都能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今進入了以通用機械手為標志的時代，由于通用機械手 的應用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制，智能機器人涉及的內(nèi)容，不僅包括一般的機械，液壓、氣動知識，而且還應用一些電子技術，通訊技術，計算機技術，仿生學和假肢工藝等，它是一門綜合性較強的新技術。 機械手的發(fā)展趨勢 1）研制能自動編程和自動改變程序的機械手 。機器人控制器的標準化和網(wǎng)絡化，以及基于 PC 機網(wǎng)絡式控制器已成為研究熱點。 2）研制具有一定“感觸”和“智力”的機器人。 3） 多智能體 調(diào)控 制技術：這是目前 機械手 研究的一個嶄新領域。 4） 微型和微小 機械手 技術 ： 這是 機械手 研究的一個新的領域和重點發(fā)展方向。 機器人的結(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。傳統(tǒng)機器人設計未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的 。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。 6） 仿人和仿生技術：這是 機械手 技術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進 行一些基礎研究。 本設計采用綜合傳動方 式，即手臂采用電氣傳動，而手爪采用氣壓傳動。為使機械手動作準確，在機械手的極限位置安裝了限位開關 SQ SQ SQ SQSQ5，對機械手分別進行抓緊、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn) 、上升、下降動作的限位，并發(fā)出動作到位的輸入信號。機械手的起、停由圖中的起動按鈕 SB停止按鈕SB2 控制。機械手的上、下、左、右 由電力驅(qū)動：手部的 抓緊、放松 動作由 氣壓 驅(qū)動， 步進 電機由 步進驅(qū)動器來驅(qū)動 ， 直流電機由 PLC 控制其正反轉(zhuǎn)， 氣缸由兩 個電磁閥來控制。首先 B 步進電機正轉(zhuǎn)， 手臂上升，至上升限位開關 SQ4 動作； 2) C 步進電機正轉(zhuǎn)， 手臂左轉(zhuǎn) ，至左轉(zhuǎn)限位開關 SQ2 動作； 3) B 步進電機反轉(zhuǎn)， 手臂下降，至下降限位開關 SQ5 動作； 4) 啟動傳送帶 A 運行，由光電開關 SP 檢測傳送帶 A 上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關 SQ1 動作； 5) 手臂再次上升，至上升限位開關 SQ4 再次動作； 6) C 步進電機反轉(zhuǎn)， 手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關 SQ3 動作； 7) 手臂再次下降，至下降限位開關 SQ5 再次動作； 8) 放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經(jīng)延時 2 秒后，完成一次搬運任務，然后重復循環(huán)以上過程。 3．課題主要設計的內(nèi)容 1） 設計機械手的 電力驅(qū)動與 氣動驅(qū)動系統(tǒng)以及 PLC 電氣控制系統(tǒng)。 設計課題的意義 1）通過畢業(yè)設計進一步培養(yǎng)我們的綜合應用所知識和技能，解決實際工程問題和進行創(chuàng)造性工作。 3） 掌握典型機械手的工作原理與設計思路，掌握資料的收集與分析整理能力。 氣動機械手驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設計 10 第 二 章 設計的總體方案 我們主要對機械的執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進行設計 一、執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手臂、軀干。 回轉(zhuǎn) 式手指 一般 沒有手 掌 ，全靠手指握緊物體。 我們采用的手部形式為單滑銷桿式。 軀干采用 兩桿支撐的立柱做豎直方向運動的形式。由于氣壓傳動具有防火，防爆，節(jié)能，高效使用 PLC 控制使設計緊湊。這樣設計還可適用于高溫，粉塵等較惡劣的環(huán)境。因此，我們選用氣壓驅(qū)動的方式。 我們采用一 個直動式氣缸，分別實現(xiàn)機械手指的 抓緊、放松； 采用一 個步進電機實現(xiàn)機械手的 上升 、下降一個直流電機實現(xiàn) 左轉(zhuǎn)、右 轉(zhuǎn)運動。 因為 PLC 具有可靠性高，抗干擾性強，控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，通用性強，編程簡單，使用維護方便，體積小，重量輕等特點。 我們用 PLC 編程控制 一 個 氣 缸 、兩個電機 的運動實現(xiàn)機械手的各種動作，并且機械手的手動和自動操作方式， 實現(xiàn)它的各種控制要求。 該 電力 氣壓 機械手 進行抓緊，旋轉(zhuǎn)及升降運動。 我們采用步進電機帶動絲杠旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)手臂在垂直方向的運動，利用兩齒輪的嚙合，由步進電機帶動 齒輪，從而實現(xiàn)機械手的旋轉(zhuǎn)運動 。 氣壓 及電力 驅(qū)動系統(tǒng) 設計的示意圖 （如圖 31） 附圖（ 01）：機械手氣壓及電力驅(qū)動系統(tǒng)的裝配圖 采用一 個氣壓缸 ，兩個 電機 ， A 氣 缸實現(xiàn)機械手的抓緊放松運動， B 步進電機帶動絲杠使手臂在垂直方向 直線運動，實現(xiàn)機械手的升降運動。 二 .工作程序圖：該機械手 電力 及 氣壓 驅(qū)動動作順序要求為： 原點→立柱上升→手臂左轉(zhuǎn)→立柱下降→機械手夾緊→力主上升→手臂右轉(zhuǎn)→立柱下降→機械手放下物件 氣缸的動作順序為： 原點→ B步進電機正轉(zhuǎn) 上升→ C直流 電機正轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn)→ B步進電機反轉(zhuǎn) 下降→ A缸夾緊→ B 步進電機正轉(zhuǎn) 上升→ C 直流 電機反轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn)→ B 步進電機反轉(zhuǎn) 下降→ A缸放松 氣動機械手驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設計 12 圖 31 氣壓及電力驅(qū)動系統(tǒng)設計的示意圖 氣動機械手驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設計 13 1YASQ1三 .設計氣壓控制原理圖 （圖 32） 圖 32 氣動控制原理圖 四 .系統(tǒng)電氣原理圖（如圖 33） 本設計中設計的機械手，它共有三個自由度，即：手臂上下擺動，手臂回轉(zhuǎn)，手指抓握。 為了計算的方便，我們先不考慮機構(gòu)本身的重量，摩擦力，以及運動的慣性，計算以后用系數(shù)進行補償。 下圖為我們設計的機械手的手部示意圖 氣動機械手驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設計 14 輸入 輸出 X003 豎軸上限位 Y000 豎軸脈沖 X004 底座正限位 Y001 豎軸方向 X005 豎軸下限位 Y002 直流電機正轉(zhuǎn) X007 底座反限位 Y003 直流電機反轉(zhuǎn) X006 抓緊限位 Y004 電磁閥動作 I/O 地址分配一覽表 氣動機械手驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設計 15 321單滑銷杠桿式手指PNN1手指的受力情況N1需= N1計K/ηN1N1P需/2物體的受力情況N1N1計N1N1N1計N1 1 為拉桿 2 為滑銷 3 為杠桿手指 二、 機械手的受力分析 下圖為機械手的手部和物件的受力分析圖 氣動機械手驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設計 16 三、 機械手的受力分析計算 由受力分析圖得知，手指受力平衡的條件是： 4FQ=0 (以為手指與物件有四處接觸 ，所以為 4F) 因為 F=N1f 所以 4N1f=Q N1=N1計 /2sina 由上式得 N1 計 =Q/2fsina K=K1K2 式中： F——— 物件與手指接觸處的摩擦力 N1物體與