基于PLC的三自由度氣動式機械手設(shè)計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文】

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購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 班 級： 姓 名 ： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 題 目： 基于 指導(dǎo)教師： 職稱 : 職稱 : 20**年 **月 **日 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 任務(wù)書 課題 來源 企業(yè)需求 課題 的 目的 、 意義 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機械手臂具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。機械手臂 代替 了 人工的 繁雜 勞動 ，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和 生產(chǎn)效率 。 要 求 1、文獻綜述 （ 1）氣動式機械手臂用途及原理 （ 2）國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢 2、文獻翻譯（外文文獻翻譯原文≥ 2萬字符） 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計 4、三自由度氣動式機械 手臂的 5、裝配圖、零件圖、電路原理圖的繪制及相關(guān)控制程序的編寫 課 題 主 要 內(nèi) 容 及 進 度 工 作 內(nèi) 容 日 期 完成開題報告及資料翻譯 定結(jié)構(gòu)方案 氣控制部分方案設(shè)計與編程 紙繪制 寫畢業(yè)論文 辯準(zhǔn)備及答辯 上各項由指導(dǎo)教師填寫（請用鋼筆填寫） 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 開題報告 一 、課題的來源、目的、意義，國內(nèi)外基本情況 ●課題的來源： 本課題來源于企業(yè)需求。 ●課題的目的、意義 : 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。機械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 ● 國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢 ： 近 20年來 , 氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬 , 尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合 , 使整個系統(tǒng)自動化程度更高 , 控制方式 更靈活 , 性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展 , 對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入 , 促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 , 使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制 , 控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點 , 國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看 , 近 30 多年來 , 氣動行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀(jì) 70年代 , 液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為 9∶ 1, 而 30 多年后的今天 , 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家 , 該比例已 達到 6∶ 4, 甚至接近 5 ∶ 5。我國的氣動行業(yè)起步較晚 , 但發(fā)展較快。從 20世紀(jì) 80年代中期開始 , 氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達 20%以上 , 高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、 算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 , 氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 Ⅰ 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠 , 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不 污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以 , 氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工 , 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 Ⅱ a)重復(fù)高精度 精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度 , 它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次 , 機械手到達同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要 , 如果一個機器人定位不夠精確 , 通常會顯示一個固定的誤差 , 這個誤差是可以預(yù)測的 , 因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個 隨機誤差的范圍 , 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展 , 以 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高 , 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊 , 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 b)模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù) , 而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置 , 使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特 殊設(shè)計的滾珠軸承 , 使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能 , 擴大了機械手的應(yīng)用范圍 , 是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。 c)無給油化 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求 , 不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步 , 新型材料 (如燒結(jié)金屬石墨材料 ) 的出現(xiàn) , 構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件 , 不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境 , 而且系統(tǒng)簡單 、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 d)機電氣一體化 由“可編程序控制器 - 傳感器 - 氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面 ;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件 , 使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制” ; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng) , 不僅減少配線、配管和元件 , 而且拆裝簡單 , 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今 , 電磁閥的線圈功率越來越小 , 而 由 動機械手、氣動控制越來越離不開 而閥技術(shù)的發(fā)展 , 又使 、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手。 氣動技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程 , 隨著氣動伺服技術(shù)走出實驗室 , 氣動技術(shù)及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術(shù)、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術(shù)和氣動機械手的研究與應(yīng)用都比較晚 , 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大 , 我國自主研制的許多氣動機械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用 , 為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。由于氣動機械手有結(jié)構(gòu) 簡單、易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點 , 可以預(yù)見 , 在不久的將來 , 氣動機械手將越來越廣泛地進入工業(yè)、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。 二、 預(yù)計達到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、完成課題的方案和主要措施 1．預(yù)計達到的目標(biāo)： 采用氣動裝置 的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。主要完成的是氣動式機械手臂的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及用 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 進行簡單的控制編程設(shè)計。 機械手具有三個自由度：上下一個，旋轉(zhuǎn)一個，手指的開閉一個。上下是 10后是 25轉(zhuǎn)是 90度，手抓開合是 60度。工件尺寸大約在 2 2．關(guān)鍵理論和技術(shù)： 運用機械手的工作原理：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。在 用氣壓傳動方式，來實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。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(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(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。（如下圖所示） 機械手的系統(tǒng)工作原理框圖 運用到所學(xué)知識有機械設(shè)計理論，液壓傳動技術(shù)，電液控制技術(shù)， 工電子技術(shù)，液壓系統(tǒng)設(shè)計原理等。 3．完成課題具體方案措施如下： （ 1）、 機械手各執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計 ，包括：末端執(zhí)行器、手臂、手腕及基座的設(shè)計 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 設(shè)計參數(shù)： 1. 機械手最大抓重 : 1. 工件尺寸： 直徑約 2. 自由度數(shù) : 3個自由度 4. 坐標(biāo)型式 : 圓柱坐標(biāo) 5. 手指開合角度： 60°（最大速度 : 60度每秒） 6. 支座旋轉(zhuǎn)角度 : 90°（最大速度 : 90度每秒） 7. 手臂運動參數(shù) 伸縮行程： 100縮速度： 100mm/s 升降行程： 200降速度： 100mm/s 8. 機械手（重復(fù)）定位精度： （ 2）、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 本課題上下 、 旋轉(zhuǎn)和手爪開合三個自由度選擇氣壓傳動系統(tǒng)驅(qū)動，包括氣動元器件的選取，氣 動回路的設(shè)計，并繪出氣動原理圖。 （ 3）、設(shè)計控制部分 本機械手采用可編程序控制器 (機械手進行控制，本課題將要選取 初定三菱的 ，根據(jù)機械手的工作流程編制出 畫出梯形圖。預(yù)定工作流程如圖所示。 （ 4）、圖紙繪制。 裝配圖、零件圖、電路原理圖的繪制。 三、課題進展計劃 日期 工作內(nèi)容 成開題報告及資料翻譯 確定結(jié)構(gòu)方案 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 氣控制部分方案設(shè)計與編程 紙繪制 寫畢業(yè)論文 辯準(zhǔn)備及答辯 四、主要參考文獻 [1]吳振彪 武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1997 [2]郭洪紅 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 3]王天然 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 [4]白井良明 [日 ]北京：科學(xué)出版社， 2001 [5]大熊繁 [日 ]北京：科學(xué)出版社， 2002 [6]陸鑫盛，周洪 設(shè)計 [M]?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社，7]國 )有限公司 第二版 械工業(yè)出版社， 8]鄭洪生 二版 [M]械工業(yè)出版社， 1992 [9]林文坡 M]安交通大學(xué)出版社， 1992 [10]成大先 第五卷 M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 [11]機械設(shè)計手冊編委會 氣壓傳動與控制 械工業(yè)出版社，12]氣動工程手冊編委會 工程手冊 [M]防工業(yè)出版社， 1995 [13]王積偉，章宏甲，黃誼 第二版 械工業(yè)出版社， 2005 [14]吳宗澤，羅圣國．機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 等教育出版社， 15]何銘新，錢可強．機械制圖．北京：高等教育出版社， 2004． 1 [16]張建明等 第二版 京理工大學(xué)出版社， 17]王信義 第二版 械工業(yè)出版社， 2000 [18]張建民 北京：國防工業(yè)出版社， 1992 [19]高鐘毓 北京：清華大學(xué)出版社， 1994 [20]鐘福金，吳曉梅 M]南大學(xué)出版社， 2003 [21]李建興 北京：機械工業(yè)出版社， 22] on of ]. 998 [23]i of a _]of ]001 [24]]. 000 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 摘 要 在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應(yīng)用，大大地改善了工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快了實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 本文通過對機械手的組成和分類，及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r的了解，對本課題任務(wù)進行了總體方案設(shè)計。確定了機械手用三自由度和圓柱坐標(biāo)型式。設(shè)計了機械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)；以及設(shè)計了機械手的總體結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)機械手伸縮，升降，回轉(zhuǎn)三個自由度及手爪的開合。驅(qū)動方式由氣缸來實現(xiàn)手臂伸縮和升降，異步電機來實現(xiàn)機械手的旋轉(zhuǎn)。 運用了 列可編程序控制器（ 上下料機械手進行控制 , 論述了 電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 , 控制軟件結(jié)構(gòu)以及手動控制程序和自動控制程序的設(shè)計。 關(guān)鍵詞： 機械手，氣缸， 可編程序控制器 充值后就可以下載此設(shè)計說明書（不包含 我這里還有相應(yīng)的 帶：任務(wù)書、開題報告、外文翻譯）和 計 14張圖紙）。 需要全套資料的朋友請 加 1：1459919609或 2： 1969043202， 需要其他設(shè)計題目直接聯(lián)系?。?！ 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 n so of of to s s on to s As as s to s by s of by of LC of of 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 目 錄 1 緒言 械手的概述 .............................................................................................................. 1 國機械手的發(fā)展 ...................................................................................................... 1 動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .......................................................................... 3 課題設(shè)計要求 .......................................................................................................... 5 2 機械手的總體設(shè)計方案 械 手的系統(tǒng)工作原理及組成 .................................................................................. 7 械手基本形式的選擇 .............................................................................................. 8 動機構(gòu)的選擇 .......................................................................................................... 9 械手的技術(shù)參數(shù)列表 .............................................................................................. 9 3 機械手的機械系統(tǒng)設(shè)計 1 械手的運動概述 .................................................................................................... 11 器人的運動過程分析 ............................................................................................ 12 4 機械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 3 部結(jié)構(gòu) .................................................................................................................... 13 部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 ................................................................................................ 14 緊氣缸的設(shè)計 ........................................................................................................ 16 5 機械手手臂機構(gòu)的設(shè)計 2 臂的設(shè)計要求 ........................................................................................................ 22 縮氣壓缸的設(shè)計 .................................................................................................... 22 向裝置 .................................................................................................................... 27 6 機械手腰部和基座結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 9 構(gòu)設(shè)計 .................................................................................................................... 29 制手臂上下移動的腰部氣缸的設(shè)計 .................................................................... 29 向裝置 .................................................................................................................... 33 衡裝置 .................................................................................................................... 33 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 座結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................................................ 34 7 氣動系統(tǒng)設(shè)計 7 壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 ........................................................................................ 37 8 機械手的 9 編程序控制器的選擇及工作過程 ........................................................................ 39 編程序控制器的使用步驟 .................................................................................... 40 械手可編程序控制器控 制方案 ............................................................................ 40 9 結(jié)論 2 參考文獻 3 致謝 4 基于 1 購買設(shè)計文檔后加 1 緒言 在工業(yè)生 產(chǎn)線中，機械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。機械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 械手的概述 機械手 （又稱 機器人 ，機械人，英文名稱： 在人類科技發(fā)展史上其來有自。早在三國時代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。由于科學(xué)幻想所系的 “ 永動機 ” 、太空探險以及夢想解決人的機能所無法達致境界的 求新意念，推動科學(xué)家想研究創(chuàng)造出種種能夠代替人的機械。上世紀(jì)六、七十年代的自動化機器、無人操縱的飛行器等等，即是此產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條上的一個大膽的嘗試與突破。雖然，后來電腦、電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)達引開了人們關(guān)注的熱點，但關(guān)于機械 手 的研究與開發(fā)一直在持續(xù)進行著。而近二十年中，因為電腦技術(shù)、電子產(chǎn)品及生物遺傳工程等技術(shù)的大踏步發(fā)展， “ 機械 手 ” 的研發(fā)熱潮已從專業(yè)人士的實驗室中走了出來，成為一種綜合科研能力的開發(fā)活動，參與者也打破了各行各業(yè)的劃地為牢、各自為政的困局，開始了縱橫連合，爭奇斗妍，蔚成熱潮的研究與制作嘗試。 機械手 的 研究從一開始就是擬人化的，所以才有機械臂的開發(fā)與制作，也是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來， 機械手 的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。大而言之，用之于太空開發(fā)，月球車，深海探測器，海洋石油開采，航天飛機機械臂等，小至微型手術(shù)機械，生命監(jiān)測儀等。軍事上的用途更是日新月異，從拆彈器、清除地雷器到無人駕駛飛機、戰(zhàn)車，有人甚至預(yù)測未來戰(zhàn)爭可能如星球大戰(zhàn)一樣，是機械手的戰(zhàn)爭。至于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、遺傳生物產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)、文化產(chǎn)業(yè)、電訊業(yè)、能源開發(fā)，都將因機械手的大量登場而 出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。英國電訊公司未來學(xué)部門研究員曾因準(zhǔn)確預(yù)測手機短訊、垃圾電郵及網(wǎng)上搜尋引擎的出現(xiàn)而聞名，在最近公布的科技展望五十年的預(yù)測中，其中就有數(shù)條是關(guān)于機械手的 [1]。 國機械手的發(fā)展 第一臺機械手出現(xiàn)后 20年，我國于 1972年開始研制 機械手 ，由上海起，接著天津，吉林，哈爾濱，廣州，昆明等十幾個研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、結(jié)合式、液壓伺服型同用機械手，并開始了機構(gòu)學(xué)（包括步行機構(gòu)）、計算機控制和應(yīng)用技術(shù)的研究，這些機械手大約有 1/3用于生產(chǎn)。 基于 2 購買設(shè)計文檔后加 在該技術(shù)的推動下，隨著改革開放方針的實施，我國 機械手 技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持，在 80年代中期，國家組織了對工業(yè)機械手的需求的行業(yè)的調(diào)研，結(jié)果表明，對第二代工業(yè)機械手的需求主要集中于汽車行業(yè)（占總需要的 60%～ 70%）。在眾多的專家的建議和規(guī)劃下，于 “ 七五 ” 期間，由機電部主持，中央各部委，中科院及地方十幾所科研院所和大學(xué)參加，國家投入相當(dāng)?shù)馁Y金，進行了工業(yè)機械手基礎(chǔ)技術(shù)，基礎(chǔ)元器件，幾類工業(yè)機械手整機及應(yīng)用工程的開發(fā)研究，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機械手成套技術(shù)（包括機械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動傳動單元、測試系統(tǒng)的設(shè)計、制造、應(yīng)用和小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等）的開 發(fā)，研制出噴涂、弧焊、點焊和搬運等作業(yè)機械手整機，幾類專用和通用控制系統(tǒng)及幾類關(guān)鍵元部件如交、直流伺服馬達驅(qū)動單元機械手專用薄壁軸承、諧波傳動系統(tǒng)、焊接電源和變壓器等，并在生產(chǎn)中經(jīng)過實用考核，其主要性能指標(biāo)達到 80年代初國際同類產(chǎn)品的水平，且形成小批量生產(chǎn)能力。在應(yīng)用方面，在第二汽車廠建立的我國第一條采用國產(chǎn)機械手的生產(chǎn)線－東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機械手噴涂生產(chǎn)線，該線由 7臺國產(chǎn) 運行十年，完成噴涂 20萬輛東風(fēng)系列駕駛室的生產(chǎn)任務(wù)，成為國產(chǎn)機械手應(yīng)用的一 個窗口；此外，還建立了幾個弧焊和點焊機械手工作站。與此同時，還研制了幾種 進行了試應(yīng)用。在基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，解剖了國外 10余種先進的機型，并進行了機構(gòu)學(xué)，控制編程，驅(qū)動傳動方式，檢測等基礎(chǔ)理論與技術(shù)的系統(tǒng)研究。開發(fā)出具有國際先進水平的測量系統(tǒng)，編制了我國工業(yè)機械手標(biāo)準(zhǔn)體系和 12項國標(biāo)，行標(biāo)。 為了跟蹤國外高技術(shù)， 80年代在國家高技術(shù)計劃中，安排了智能機械手的研究開發(fā)，包括水下無纜機械手，高功能裝配機械手（ 各類特種機械手，進行了智能機械手體系結(jié)構(gòu)，機構(gòu)控制，人工智能機器 視覺，高性能傳感器及新材料的應(yīng)用研究已取得一批成果。這些技術(shù)的實用化將加速我國第二代機械手的發(fā)展 [2]。 經(jīng)過 80年代尤其是后 50年的努力，吸引了 160多個單位從事機械手及其相關(guān)技術(shù)的研究力量，形成了京津、東北、華東、華南等機械手技術(shù)地區(qū)和十幾家優(yōu)勢單位，培養(yǎng)了一支 2000多人的工業(yè)機械手設(shè)計、研制、應(yīng)用隊伍，造就了一批機械手專家，使我國的工業(yè)機械手技術(shù)發(fā)展基本上可以立足于國內(nèi)。 90年代初期，我國主要開發(fā)下列機械手： （ 1） 噴涂機械手 （ 2） 焊接機械手 （ 3） 搬運機械手 （ 4） 裝配機械手 在 90年代中期， 國家已選擇以焊接機械手的工程應(yīng)用為重點進行開發(fā)研究，從而迅速掌握焊接機械手應(yīng)用工程成套開發(fā)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場運行等技術(shù)，即以機械手焊接工藝為龍頭，開展焊裝線總體設(shè)計、線體總控及多機通訊，新型焊接機基于 3 購買設(shè)計文檔后加 械手用焊接電源、送絲機構(gòu)、焊縫跟蹤系統(tǒng)、機電精度、控制技術(shù)等開發(fā)及完善化，以及幾條焊裝生產(chǎn)線的全套應(yīng)用及其可 行 性作為主攻目標(biāo)。 雖然 我國的機械手研發(fā)工作基本上屬于科學(xué)研究的項目， 但 據(jù)說，中國科學(xué)院目前已造出說話時嘴唇能夠活動、眼睛能轉(zhuǎn)動、具視覺功能的機械手，其水準(zhǔn)可媲美日本同行，但這臺機械手體形甚大 ，卻未能以雙腳走路。在日本，機械手能否以二腳行走已成為一個熱門及熟練的技術(shù)競賽項目，譬如有 “ 二足機械人競賽大會 ” （分等級）。其實，機械手的制作絕對并非只是液壓機械與電子產(chǎn)品的混成物，要將機械手造得越來越有人性化，就要兼及生命醫(yī)學(xué)、傳感、光學(xué)及創(chuàng)造性的文化產(chǎn)業(yè)等方面，比如機械手的關(guān)節(jié)就需要研究中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)上的神經(jīng)刺激反應(yīng)以及文化產(chǎn)品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國的科學(xué)家甚至預(yù)言，到 2020年，隨著機械手愈來愈精密和使用有機零件制造，它們將會受到 “ 機械手權(quán) ” 的保護 。 動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 近 20年來 , 氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬 , 尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合 , 使整個系統(tǒng)自動化程度更高 , 控制方式更靈活 , 性能更加可靠； 氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展 , 對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求 ; 微電子技術(shù)的引入 , 促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 , 使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制 , 控制精度不斷提高 ; 由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點 , 國內(nèi)外都在大力開發(fā)研 究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看 , 近 30多年來 , 氣動行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀(jì) 70年代 , 液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為 9∶ 1, 而 30多年后的今天 , 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家 , 該比例已達到 6∶ 4, 甚至接近 5∶ 5。我國的氣動行業(yè)起步較晚 , 但發(fā)展較快。從20世紀(jì) 80年代中期開始 , 氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達 20%以上 , 高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、 算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 , 氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 動技術(shù)及氣 動機械手的發(fā)展過程 氣動技術(shù)是以空氣壓縮機為動力源 , 以壓縮空氣為工作介質(zhì) , 進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù) ,是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一。 大約開始于 1776年 , 個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年 , 人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置 , 將它成功地用到火車的制動上。 20世紀(jì) 30年代初 , 氣動技術(shù)成功地應(yīng)用于自動門的開閉及各種機械的輔助動作上。至 50年代初 , 大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過來 , 體積很大。 60年代，開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng) , 自 成體系 , 不再與風(fēng)動技術(shù)相提并論。在 70年代 , 由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的基于 4 購買設(shè)計文檔后加 結(jié)合應(yīng)用 , 在自動化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。 80年代進入氣動集成化、微型化的時代。90年代至今 , 氣動技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū) , 經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展 , 人們克服了閥的物理尺寸局限 , 真空技術(shù)日趨完美 , 高精度模塊化氣動機械手問世 , 智能氣動這一概念產(chǎn)生 , 氣動伺服定位技術(shù)使氣缸高速下實現(xiàn)任意點自動定位 , 智能閥島十分理想地解決了整個自動生產(chǎn)線的分散與集中控制問題。 氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。 氣動機械手強調(diào)模塊化的形式 , 現(xiàn)代傳輸技術(shù)的氣動機械手在控制方面采用了先進的閥島技術(shù) (可重復(fù)編程等 ) , 氣動伺服系統(tǒng) (可實現(xiàn)任意位置上的精確定位 ) , 在執(zhí)行機構(gòu)上全部采用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)。 90年代初 , 由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院 — “阿基里斯”六腳勘探員 , 是氣動技術(shù)、 足動物” 6個腳中的每一個腳都有 3個自由度 , 一個直線氣缸把腳提起、放下 , 一個擺動馬達控制腳伸展 /退回運動 , 另一個擺動馬達則負責(zé)圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。 由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計的氣動攀墻機械手 , 它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體 , 成功地解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題。 能與人親切地握手 ,它的頭部、腰部、手能與人類一樣彎曲運動 , 并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下 (或通過自身的編程控制 ) 能與人進行對話 , 或作自我介紹等。 動技術(shù)和人工智能為一體 , 它告訴我們 , 氣動技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機械手中最難解決的靈活的自由度 , 具有在足夠 工作空間的適應(yīng)性、高精度和快速靈敏的反應(yīng)能力。 動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠 , 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以 , 氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工 , 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線 , 尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線 , 大多采 用了氣動機械手。車身在每個工序的移動； 車身外殼被真空吸盤吸起和放下 , 在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊 , 都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個工序過程的高度自動化 , 堪稱是最有代表性的氣動機械手應(yīng)用之一。 在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上 ,在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電基于 5 購買設(shè)計文檔后加 子產(chǎn)品的裝配流水線上 , 不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪 , 還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住 , 運送到指定目標(biāo)位置。對加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運系統(tǒng) , 采用了平穩(wěn)加速的 動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝； 用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手 , 牛奶盒裝箱氣動機械手等。 此外 , 氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如 : 氣動自動調(diào)節(jié)病床 ,機械手 ,外科手術(shù)機械手等 [3]。 展前景及方向 （ 1）重復(fù)高精度 （ 2）模塊化 （ 3）無給油化 （ 4）機電氣一體化 氣動技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程 , 隨著氣動伺服技術(shù)走出實驗室 , 氣動技術(shù)及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術(shù)、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術(shù)和氣動機械手的研究與應(yīng)用都比較晚 , 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大 , 我國自主研制的許多氣動機械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用 , 為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。由于氣動機械手有結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保 護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點 , 可以預(yù)見 , 在不久的將來 , 氣動機械手將越來越廣泛地進入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。 課題設(shè)計要求 本課題將要完成的主要任務(wù)如下 : （ 1）機械手為通用機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面相對較廣。 （ 2）選取機械手的座標(biāo)型式和自由度。 （ 3）設(shè)計出機械手的各執(zhí)行機構(gòu)，包括 :手部、手臂等部件的設(shè)計。 為了使通用性更強，手部設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時候還可以用氣流負壓式吸盤來吸取板料工件。 （ 4）氣壓 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 本課題將設(shè)計出機械手的氣壓傳動系統(tǒng)，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設(shè)計，并繪出氣動原理圖。 （ 5）機械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計 基于 6 購買設(shè)計文檔后加 本機械手擬采用可編程序控制器 (機械手進行控制，本課題將要選取 據(jù)機械手的工作流程編制出 畫出梯形圖 基于 7 購買設(shè)計文檔后加 2 機械手的總體設(shè)計方案 械手的系統(tǒng)工作原理及組成 機械手的工作原理：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。在 用氣壓傳動方式，來實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的相 應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。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(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(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)以一定的要求達到設(shè)定位置 [4]。 （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)。 （ 1）手部 即與物件接觸的部件。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)。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。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?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。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。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。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)。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式 和重力式等。 （ 2）手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 （ 3）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。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 （ 4）機座 機座是機械手的基礎(chǔ)部 分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用 [6]。 基于 8 購買設(shè)計文檔后加 （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。它由動力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動 [5]。 （三）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。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。該機械手采用的是 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(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 （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 . 械手基本形式的選擇 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4種，如圖2 (1)直角坐標(biāo)型機械手； (2)圓柱坐標(biāo)型機械手； ( 3