【正文】 ........................ 9 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ................................. 9 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ................................. 9 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計 .................................... 9 機械手的控制方案設(shè)計 ................................... 10 機械手的主要參數(shù) ....................................... 10 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 ................................... 10 前法蘭式氣缸的簡介 ..................................... 11 第三章 手臂伸縮、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計與校核 .................12 ............................ 12 5 平衡裝置 .......................................... 14 ............................ 14 尺寸設(shè)計 .......................................... 14 尺寸校核 .......................................... 14 第四章 氣動系統(tǒng)設(shè)計 .......................................16 4． 1 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 ................................. 16 第五章 機械手的 PLC控制設(shè)計 ................................18 ...................................... 18 PLC 的結(jié)構(gòu)，種類和分類 .................................. 18 FX2n 系列三菱 PLC 特點 ................................... 20 接近開關(guān)傳感器 ......................................... 21 I/O 接口簡介 ......................................... 21 行程開關(guān)的介紹 ......................................... 22 行程開關(guān)的概念 .................................... 22 行程開關(guān)的作用及原理 ............................... 22 .......................................... 23 回路的設(shè)計 ........................................ 23 系統(tǒng)輸入 /輸出分布表 ................................ 24 ． 3 機械手的程序設(shè)計 .................................. 25 步進電機的運行控制 ................................. 25 各模塊的程序設(shè)計 .................................. 26 第六章 結(jié) 論 ............................................35 6 結(jié)束語 ....................................................36 參考文獻 ..................................................37 1 第一章 緒論 氣動 機械手概述 氣動機械手 由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動 控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化 設(shè)備。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。 機械手的組成和分類 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。 2 圖 11機械手組成方框圖 : Pane chart of position of manipulator (一 )執(zhí)行機構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附 式手 在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。 手腕 是連接手部和手臂的部件， 并可用來調(diào) 整被抓取物件的方位 (即姿勢 ) 手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。 行走機構(gòu) 當工業(yè) 機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安滾輪 3 式行走機構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置 。 (二 )驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動， 并記憶人們給予機械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。 (四 )位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置 . 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng) 等進行分類。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手 。 4 格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制 :可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制；同時還可分為伺服型和一般型的機械手， 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。其主要特點是 :抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。其主要特點是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 機械傳動機械手即由機械傳動機構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等 )驅(qū)動的機械手。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。 電力傳動機械手即有特殊 結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的 械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。 連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。 國內(nèi)外發(fā)展狀況 國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢 : (1) 工業(yè)機器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單 5 機價格不斷下降，平均單機 價格從 91年的 97年的 65萬美元。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 。 (3) 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化 。 (4) 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了 視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸 覺 等 多 傳 感 器 的 融 合 技 術(shù) 來 進 行 環(huán) 境 建 模 及 決 策 控 制 。 (5) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。從 94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。其中有 130多 臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 .我國的智能機器人和特種機器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人 、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點 : (1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失 (摩擦損失、泄露損失等 ):液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變化。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高 。 鑒于以上這些缺陷，本機械手擬采用氣壓傳動， 氣動技術(shù)有以下優(yōu)點 : (1)介質(zhì)提取和處理方便。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。氣動系統(tǒng)一般只需要 。