1385-近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式

1385-近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式,近距離,自動,移動式,機械,手臂,設計,氣壓,驅(qū)動 1PLC 控制機械手設計機械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。以下是設計該機械手控制程序的步驟和方法。1、機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖 1 所示。圖 1 機械手傳送示意及操作面板圖22、輸入和輸出點分配表及原理接線圖表 1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸出啟動 SB1 X0 夾緊 SB5 X10 電磁閥下降 YV1 Y0下限行程 SQ1 X1 放松 SB6 X11 電磁閥夾緊 YV2 Y1上限行程 SQ2 X2 單步上升 SB7 X12 電磁閥上升 YV3 Y2右限行程 SQ3 X3 單步下降 SB8 X13 電磁閥右行 YV4 Y3左限行程 SQ4 X4 單步左移 SB9 X14 電磁閥左行 YV5 Y4停止 SB2 X5 單步右移 SB10 X15 原點指示 EL Y5手動操作 SB3 X6 回原點 SB11 X16連續(xù)操作 SB4 X7 工件檢測 SQ5 X1733、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖 3 所示。其原理是：把旋鈕置于回原點，X16 接通，系統(tǒng)自動回原點， Y5 驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則 X6 接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ 為一跳轉(zhuǎn)指令，如果 CJ 驅(qū)動，則跳到指針 P 所指 P0 處） ，執(zhí)行手動程序。之后，由于 X7 常閉觸點，當執(zhí)行 CJ 指令時，跳轉(zhuǎn)到 P1 所指的結束位置。如果旋鈕置于自動位置， （既 X6 常閉閉合、 X7 常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4、回原位程序回原位程序如圖 4 所示。用 S10~S12 作回零操作元件。應注意，當用 S10~S19 作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復位前應使特殊繼電器M8043 置 1。45、手動單步操作程序　如圖 5 所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。56、自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖 6 所示。當機械手處于原位時，按啟動 X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S20，驅(qū)動下降 Y0，當?shù)竭_下限位使行程開關 X1 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S21，而 S20 自動復位。S21 驅(qū)動 Y1 置位，延時 1 秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當 T0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S22，驅(qū)動 Y2 上升，當上升到達最高位，X2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S23。S23 驅(qū)動 Y3 右移。移到最右位，X3 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S24 下降。下降到最低位，X1 接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時 1 秒。延時時間到，T1 接6通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S26 上升。上升到最高位， X2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S27左移。左移到最左位，使 X4 接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。7、機械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖 7 所示。圖中從第 0 行到第 27 行為回原位狀態(tài)程序。從第 28行到第 66 行，為手動單步操作程序。從第 67 行到第 129 行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖 3 的操作系統(tǒng)運行的?；卦怀绦蚝妥詣硬僮鞒绦颉Ｊ怯貌竭M順控方式編程。在各步進順控末行，都以 RET 結束本步進順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣臃祷爻跏紤B(tài) S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài) S2。78、指令語句表8南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)前期工作材料學 生 姓 名 : 唐曉靜 學 號： 0101140104學 院 (系 ): 機械工程學院專 業(yè) : 機械設計制造及其自動化設計 (論 文 )題 目 : 近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式指 導 教 師 : 呂夏 副高(姓 名) (專業(yè)技術職務)材 料 目 錄序號 名 稱 數(shù)量 備 注1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 12 畢業(yè)設計(論文)任務書 13 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 14 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 15 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 12005 年 6 月 南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)開題報告學 生 姓 名： 唐曉靜學 號：0101140104專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化設計 (論文 )題目 ： 近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式指 導 教 師 : 呂夏2005 年 3 月 31 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻綜述” ）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；3． “文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15 篇（不包括辭典、手冊） ；4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標 GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” 。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；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。機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。（一）執(zhí)行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。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部。2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)整或改變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。4、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。5、行走機構 機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。滾輪式行走機構可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機座 它是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。（二）驅(qū)動系統(tǒng)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。1、液壓傳動 是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構運動。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。2、氣壓傳動 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構運動。其主要特點是介質(zhì)來源極方便、氣動動作迅速、結構簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性差，而且氣源壓力較低，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。3、機械傳動 即由機械傳動機構（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等）驅(qū)動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠、動作頻率高，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。4、電力傳動 即由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構運動，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。（三）控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給與機械手的指令信息（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。（四）位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的進度達到設定位置。這里介紹我將要做的近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動。一、氣源系統(tǒng)壓縮空氣是保證氣動系統(tǒng)正常工作的動力源，空氣壓縮機是將動力機供給的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。二、氣動執(zhí)行機構氣動執(zhí)行機構由氣缸和氣動馬達。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它可以輸出力，驅(qū)動工作部分作直線往復運動或往復擺動。氣缸可分為：單向作用式氣缸和雙作用式氣缸。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅(qū)動機構作回轉(zhuǎn)運動。三、空氣控制閥1、 壓力控制閥分為：調(diào)壓閥、安全閥和順序閥等。2、 流量控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執(zhí)行機構的工作速度。流量控制閥主要有節(jié)流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥等。3、方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機構的動作發(fā)生變化的氣動原件。方向控制閥在整個氣動元件中數(shù)量占有相當大的比例，并在氣動系統(tǒng)中起著神經(jīng)中樞的作用。四、氣動基本回路1、方向控制回路主要有：單作用氣缸中間停止回路，雙作用氣缸換向回路，雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路，延時控制回路。2、速度控制回路主要有：單作用氣缸的速度控制回路，雙作用氣缸單向速度控制回路，雙作用氣缸雙向速度控制回路，雙作用氣缸速回運動控制回路，雙缸同步動作的速度控制回路，緩沖回路。五、其他部分行走機構有：車輪式行走機構，履帶式行走機構，步行式行走機構。六、機械手的發(fā)展趨勢：機械手目前多數(shù)應用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按事先制訂的程序完成操作，但普通不具備傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，將引起零件甚至機械手本身的損壞。為此，機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，設它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時即能更正，并自行檢測。重點是研究視覺功能，將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前的機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。主要參考文獻：1 曹承志.電機、拖動與控制學.第 3 版. 北京：機械工業(yè)出版社.20002 王庭樹.機器人運動學及動力學.第 2 版. 西安：西安電子科技大學出版社， 1990.123 孟繁華.機器人應用技術.第 1 版. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989.64 馬香峰.機器人機構學.第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社.1991.95 趙錫芳.機器人動力學.第 1 版.上海：上海交通大學出版社，1992.126 高松海.遙控機器人.第 1 版.北京：原子能出版社，19817 孫耀明.微型機算計在機器人技術中的作用.第 1 版.北京：科學技術文獻出版社，19878 路甬祥.液壓氣動技術手冊.第 2 版.北京：機械工業(yè)出版社.20029 陳奎生.液壓傳動與氣壓傳動.第 1 版.武漢：武漢理工大學出版社，2001.810 何存興.張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動.第 3 版.武漢：華中理工大學出版社，199811 宋學義.袖珍液壓氣動手冊.第 1 版.重慶：重慶大學出版社，199712 機械工業(yè)部.中小型電機產(chǎn)品樣本.第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社，199513 李發(fā)海.王巖.電機與拖動基礎.第 1 版.北京：清華大學出版社，199414 諸靜.機器人與控制技術.第 1 版.浙江：浙江大學出版社，199115 熊有倫.丁漢.劉恩滄.機器人學.第 1 版. 機械工業(yè)出版社，199316 吳廣玉.姜復興.機器人工程導論.第 1 版.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1988 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式” 。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉(zhuǎn)。采用同一驅(qū)動能源——氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉(zhuǎn)動。氣壓泵固定在某處，用一軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運動用氣壓馬達來實現(xiàn)。分析手臂的受力，考慮到整個裝置的平衡。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。行走部分我采用滾輪式，用輪子在地面上滾動的方式完成行走運動時比較穩(wěn)定的，應為輪子總是離不開地面的。運動手臂采用三個自由度，分別為上升下降，前后和轉(zhuǎn)動。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告指導教師意見：1．對“文獻綜述”的評語：該生對機器人的類型及應用領域已比較清楚，說明該生已閱讀了一定的相關資料。并對畢業(yè)設計任務所要面臨的問題有了初步的了解，并已明確了設計任務中所要用到的氣動原件，為開展畢業(yè)設計奠定了良好的基礎。該生的開題報告已達到了學校規(guī)定的要求。2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：該生的設計任務適中，且已明確了目標，故預計能夠圓滿完成畢業(yè)設計任務。指導教師： 呂夏 2005 年 4 月 13 日所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日1PLC 控制機械手設計機械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。以下是設計該機械手控制程序的步驟和方法。1、機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖 1 所示。圖 1 機械手傳送示意及操作面板圖22、輸入和輸出點分配表及原理接線圖表 1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸出啟動 SB1 X0 夾緊 SB5 X10 電磁閥下降 YV1 Y0下限行程 SQ1 X1 放松 SB6 X11 電磁閥夾緊 YV2 Y1上限行程 SQ2 X2 單步上升 SB7 X12 電磁閥上升 YV3 Y2右限行程 SQ3 X3 單步下降 SB8 X13 電磁閥右行 YV4 Y3左限行程 SQ4 X4 單步左移 SB9 X14 電磁閥左行 YV5 Y4停止 SB2 X5 單步右移 SB10 X15 原點指示 EL Y5手動操作 SB3 X6 回原點 SB11 X16連續(xù)操作 SB4 X7 工件檢測 SQ5 X1733、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖 3 所示。其原理是：把旋鈕置于回原點，X16 接通，系統(tǒng)自動回原點， Y5 驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則 X6 接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ 為一跳轉(zhuǎn)指令，如果 CJ 驅(qū)動，則跳到指針 P 所指 P0 處） ，執(zhí)行手動程序。之后，由于 X7 常閉觸點，當執(zhí)行 CJ 指令時，跳轉(zhuǎn)到 P1 所指的結束位置。如果旋鈕置于自動位置， （既 X6 常閉閉合、 X7 常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4、回原位程序回原位程序如圖 4 所示。用 S10~S12 作回零操作元件。應注意，當用 S10~S19 作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復位前應使特殊繼電器M8043 置 1。45、手動單步操作程序　如圖 5 所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。56、自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖 6 所示。當機械手處于原位時，按啟動 X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S20，驅(qū)動下降 Y0，當?shù)竭_下限位使行程開關 X1 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S21，而 S20 自動復位。S21 驅(qū)動 Y1 置位，延時 1 秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當 T0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S22，驅(qū)動 Y2 上升，當上升到達最高位，X2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S23。S23 驅(qū)動 Y3 右移。移到最右位，X3 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S24 下降。下降到最低位，X1 接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時 1 秒。延時時間到，T1 接6通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S26 上升。上升到最高位， X2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S27左移。左移到最左位，使 X4 接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。7、機械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖 7 所示。圖中從第 0 行到第 27 行為回原位狀態(tài)程序。從第 28行到第 66 行，為手動單步操作程序。從第 67 行到第 129 行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖 3 的操作系統(tǒng)運行的。回原位程序和自動操作程序。是用步進順控方式編程。在各步進順控末行，都以 RET 結束本步進順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動返回初始態(tài) S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài) S2。78、指令語句表8南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)前期工作材料學 生 姓 名 : 唐曉靜 學 號： 0101140104學 院 (系 ): 機械工程學院專 業(yè) : 機械設計制造及其自動化設計 (論 文 )題 目 : 近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式指 導 教 師 : 呂夏 副高(姓 名) (專業(yè)技術職務)材 料 目 錄序號 名 稱 數(shù)量 備 注1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 12 畢業(yè)設計(論文)任務書 13 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 14 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 15 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 12005 年 6 月 南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)開題報告學 生 姓 名： 唐曉靜學 號：0101140104專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化設計 (論文 )題目 ： 近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式指 導 教 師 : 呂夏2005 年 3 月 31 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻綜述” ）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；3． “文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15 篇（不包括辭典、手冊） ；4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標 GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” 。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；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。機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。（一）執(zhí)行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。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部。2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)整或改變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。4、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。5、行走機構 機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。滾輪式行走機構可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機座 它是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。（二）驅(qū)動系統(tǒng)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。1、液壓傳動 是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構運動。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。2、氣壓傳動 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構運動。其主要特點是介質(zhì)來源極方便、氣動動作迅速、結構簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性差，而且氣源壓力較低，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。3、機械傳動 即由機械傳動機構（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等）驅(qū)動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠、動作頻率高，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。4、電力傳動 即由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構運動，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。（三）控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給與機械手的指令信息（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。（四）位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的進度達到設定位置。這里介紹我將要做的近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動。一、氣源系統(tǒng)壓縮空氣是保證氣動系統(tǒng)正常工作的動力源，空氣壓縮機是將動力機供給的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。二、氣動執(zhí)行機構氣動執(zhí)行機構由氣缸和氣動馬達。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它可以輸出力，驅(qū)動工作部分作直線往復運動或往復擺動。氣缸可分為：單向作用式氣缸和雙作用式氣缸。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅(qū)動機構作回轉(zhuǎn)運動。三、空氣控制閥1、 壓力控制閥分為：調(diào)壓閥、安全閥和順序閥等。2、 流量控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執(zhí)行機構的工作速度。流量控制閥主要有節(jié)流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥等。3、方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機構的動作發(fā)生變化的氣動原件。方向控制閥在整個氣動元件中數(shù)量占有相當大的比例，并在氣動系統(tǒng)中起著神經(jīng)中樞的作用。四、氣動基本回路1、方向控制回路主要有：單作用氣缸中間停止回路，雙作用氣缸換向回路，雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路，延時控制回路。2、速度控制回路主要有：單作用氣缸的速度控制回路，雙作用氣缸單向速度控制回路，雙作用氣缸雙向速度控制回路，雙作用氣缸速回運動控制回路，雙缸同步動作的速度控制回路，緩沖回路。五、其他部分行走機構有：車輪式行走機構，履帶式行走機構，步行式行走機構。六、機械手的發(fā)展趨勢：機械手目前多數(shù)應用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按事先制訂的程序完成操作，但普通不具備傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，將引起零件甚至機械手本身的損壞。為此，機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，設它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時即能更正，并自行檢測。重點是研究視覺功能，將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前的機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。主要參考文獻：1 曹承志.電機、拖動與控制學.第 3 版. 北京：機械工業(yè)出版社.20002 王庭樹.機器人運動學及動力學.第 2 版. 西安：西安電子科技大學出版社， 1990.123 孟繁華.機器人應用技術.第 1 版. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989.64 馬香峰.機器人機構學.第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社.1991.95 趙錫芳.機器人動力學.第 1 版.上海：上海交通大學出版社，1992.126 高松海.遙控機器人.第 1 版.北京：原子能出版社，19817 孫耀明.微型機算計在機器人技術中的作用.第 1 版.北京：科學技術文獻出版社，19878 路甬祥.液壓氣動技術手冊.第 2 版.北京：機械工業(yè)出版社.20029 陳奎生.液壓傳動與氣壓傳動.第 1 版.武漢：武漢理工大學出版社，2001.810 何存興.張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動.第 3 版.武漢：華中理工大學出版社，199811 宋學義.袖珍液壓氣動手冊.第 1 版.重慶：重慶大學出版社，199712 機械工業(yè)部.中小型電機產(chǎn)品樣本.第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社，199513 李發(fā)海.王巖.電機與拖動基礎.第 1 版.北京：清華大學出版社，199414 諸靜.機器人與控制技術.第 1 版.浙江：浙江大學出版社，199115 熊有倫.丁漢.劉恩滄.機器人學.第 1 版. 機械工業(yè)出版社，199316 吳廣玉.姜復興.機器人工程導論.第 1 版.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1988 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式” 。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉(zhuǎn)。采用同一驅(qū)動能源——氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉(zhuǎn)動。氣壓泵固定在某處，用一軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運動用氣壓馬達來實現(xiàn)。分析手臂的受力，考慮到整個裝置的平衡。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。行走部分我采用滾輪式，用輪子在地面上滾動的方式完成行走運動時比較穩(wěn)定的，應為輪子總是離不開地面的。運動手臂采用三個自由度，分別為上升下降，前后和轉(zhuǎn)動。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告指導教師意見：1．對“文獻綜述”的評語：該生對機器人的類型及應用領域已比較清楚，說明該生已閱讀了一定的相關資料。并對畢業(yè)設計任務所要面臨的問題有了初步的了解，并已明確了設計任務中所要用到的氣動原件，為開展畢業(yè)設計奠定了良好的基礎。該生的開題報告已達到了學校規(guī)定的要求。2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：該生的設計任務適中，且已明確了目標，故預計能夠圓滿完成畢業(yè)設計任務。指導教師： 呂夏 2005 年 4 月 13 日所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日 南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計說明書(論文)作 者 : 唐曉靜學 號：0101140104學院 (系 ): 機械工程學院專 業(yè) : 機械設計制造及其自動化題 目 : 近距離自動移動式機械手臂設計--氣壓驅(qū)動式指導者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)2005 年 6 月呂夏 副高畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要機械手是能夠模仿人手動作，并按設定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運工件或工具或進行操作的自動化裝置，它能部分的代替人的手工勞動。較高級型式的機械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復雜的作業(yè)。在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人的勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。在我國，工業(yè)機械手近年來有較快的發(fā)展，投入了大量的人力物力加以研究和應用，并且很好的效果。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式”。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉(zhuǎn)。采用同一驅(qū)動能源——氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉(zhuǎn)動。氣壓泵固定在某處，用一根軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運動用氣壓馬達來實現(xiàn)。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。關鍵詞 機械手 氣壓驅(qū)動 自動移動 氣泵 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title THE DESIGN OF MECHANIC ARM MOVING AUTOMATICLY IN CLOSE RANGE---THE DRIVE OF ATMOSPHERIC PRESSURE AbstractManipulator is to be able to imitate manpower movement, and according to set program, locus and requirement substitute manpower to grab (inhale), take things or tool or the automation installation that operated， it can be partial to replace the handwork labor of person. The manipulator of higher level type can still imitate the arm movement of person，completes more complex work. In mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively，so improved the labor condition of worker greatly, raising labor productivity notably, quickly realize the step of industrial production mechanization and automation. In our country, industrial manipulator has more rapid development in recent years, have put in plenty of manpower material resources to study and apply，and get very good effect. The problem of this program major research is “the design of manipulator arm moving automatically in close range -- the drive of atmospheric pressure ”. Design includes two big aspects, one is pushcart move part,the other is the operation of arm. They both With same drive energy -- air pump. Walk part can drive two wheels to turn with the motor of atmospheric pressure. The pump of atmospheric pressure fixed in certain place, use a flexible tube linked the pump and motor, motor installation in walk part. The movement of arm in straight line realizes with cylinder, revolving movement realizes with the motor of atmospheric pressure. Walking arm do not move, when the arm moving, walk part stop sport.Keywords Manipulator The drive of atmospheric pressure Automatic movable Air pump 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁目 次 1 引言（或緒論）………………………………………………………………… 11.1 機械手及其組成 ……………………………………………………………… 11.2 機械手的分類………………………………………………………………… 21.3 應用機械手的意義………………………………………………………………… 31.4 機械手的發(fā)展概況………………………………………………………………… 32 機械手的設計…………………………………………………………… 52.1 機械手設計的總體方案……………………………………………………………52.2 機器人的規(guī)格參數(shù)…………………………………………………………………62.3 氣動部件設計的簡要分析………………………………………………………… 73 機械手的計算………………………………………………………… 173.1 設計手臂結構應注意的問題………………………………………………………173.2 小車的設計及計算………………………………………………………… 234 機械手臂的工作原理………………………………………………………… 214.1 氣動原理圖………………………………………………………… 254.2 電磁鐵動作程序表………………………………………………………… 274.3 機械手的緩沖和定位………………………………………………………… 28結論 ………………………………………………………………………………… 29致謝 ………………………………………………………………………………30參考文獻……………………………………………………………………………31附錄 A 裝配圖 ………………………………………………………… 28附錄 B 零件圖 ………………………………………………………… 28