1、虛擬三自由度氣動(dòng)教學(xué)機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)研究目錄一、緒論 4 1.1機(jī)械手概述和發(fā)展前景及方向 4 1.1.1概述： 4 1.1.2發(fā)展前景及方向： 5 1.2氣動(dòng)技術(shù)概述及其發(fā)展 6 1.2.1概述 6 1.2.2發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 7 1.3氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用及發(fā)展 8 二、機(jī)械手的技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)組成 9 2.1 本機(jī)械手的技術(shù)指標(biāo) 9 機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 10 主要參數(shù) 10 2.2 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)及各部件 10 2 .2 .1 機(jī)械手底座平臺(tái) 11 2.2.2立柱 12 2.2.3 橫移氣缸 13 2.2.4 垂直升降氣缸 14 2.2.5 夾緊氣缸 14 2.2.6 機(jī)械手手爪 16

2、2.2.7步進(jìn)電機(jī) 16 2.3機(jī)械手的驅(qū)動(dòng) 17 2.4機(jī)械手的控制 17 機(jī)械手元件及價(jià)格 18 三、三自由度機(jī)械手的Solidworks造型 20 3.1 手指造型 21 3.1.1手指的結(jié)構(gòu)分析 21 3.1.2 創(chuàng)建手指 22 草圖繪制 22 拉伸基體特征 22 3.2手指罩板造型 24 3.2.1 手指罩板造型結(jié)構(gòu)分析 24 3.2.2 手指罩板造型 26 草圖繪制 26 拉伸基體特征 26 拉伸切除 27 3.3裝配體制作 29 四、電路部分 32 4.1主電路 32 4.1.1主電路圖： 32 4.1.2主控電路PCB圖： 33 4.1.3主控制系統(tǒng)的功能介紹及使用方法： 33

3、 4.2手持盒 35 4.2.1手持盒電路圖： 35 4.2.2手持盒PCB圖： 35 4.2.3三自由度氣動(dòng)機(jī)械手手持盒介紹 36 4.2.4手持盒主要功能 36 4.2.5手持盒的硬件構(gòu)成 36 手持盒硬件功能介紹 37 手持盒的使用方法： 42 4.3步進(jìn)電機(jī) 43 4.3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路圖： 43 4.3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PCB圖： 43 4.3.3步進(jìn)電機(jī)控制： 44 五、氣動(dòng)部分 45 5.1電磁閥 45 5.1.1電磁閥工作原理： 45 5.1.2閥的功能 47 5.1.3常見(jiàn)故障處理 47 5.2氣缸 48 5.2.1氣動(dòng)執(zhí)行元件和控制元件 48 5.2.2氣缸的典型結(jié)構(gòu)

4、和工作原理 48 5.2.3機(jī)械手所用氣缸型號(hào)及特點(diǎn) 50 5.2.4所選氣缸的性能及特點(diǎn)： 52 5.2.5電磁閥與氣缸間的配合 52 5.2.6本機(jī)械手采用氣動(dòng)技術(shù)方面的考慮 55 六、基于VB 的氣動(dòng)機(jī)械手動(dòng)畫(huà)仿真實(shí)驗(yàn)及編程 57 6.1基于VB 的氣動(dòng)機(jī)械手動(dòng)畫(huà)仿真實(shí)驗(yàn) 57 6.2編程部分 60 6.2.1上位機(jī)VB程序 60 6.2.2下位機(jī)C語(yǔ)言程序 70 參考文獻(xiàn) 84 小結(jié) 85 緒論機(jī)械103班 馮春鵬（學(xué)號(hào)：2010071199）1.1機(jī)械手概述和發(fā)展前景及方向1.1.1概述：機(jī)械手是一種模擬人手操作的自動(dòng)機(jī)械。它可按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操持工具完成某些特定操作。應(yīng)用

5、機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動(dòng)條件，保證人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。20世紀(jì)40年代后期，美國(guó)在原子能實(shí)驗(yàn)中，首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。50年代以后，機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)，用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫(kù)中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸

6、、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個(gè)自由度 。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù) 。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他

7、機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱(chēng)為機(jī)械手。1.1.2發(fā)展前景及方向：重復(fù)高精度精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度, 它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次, 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確, 通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差, 這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的, 因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍, 它通過(guò)一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來(lái)測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)

8、代控制技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)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。模塊化有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱(chēng)為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱(chēng)為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能, 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍, 是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。無(wú)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(wú)污染要求，不加潤(rùn)滑脂的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問(wèn)世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨

9、材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤(rùn)滑材料制造的無(wú)潤(rùn)滑元件，不僅節(jié)省潤(rùn)滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)。機(jī)電一體化由“可編程序控制器- 傳感器- 液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)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)控制液壓元件, 使液壓技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)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(jiǎn)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(lái)越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來(lái)越可能。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展, 機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大.目前, 機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造

10、業(yè)如采礦,冶金,石油,化學(xué),船舶等領(lǐng)域,同時(shí)也已開(kāi)始擴(kuò)大到核能,航空,航天,醫(yī)藥,生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔,醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中.如,水下機(jī)器人,拋光機(jī)器人,打毛刺機(jī)器人,擦玻璃機(jī)器人,高壓線作業(yè)機(jī)器人,服裝裁剪機(jī)器人,制衣機(jī)器人,管道機(jī)器人等特種機(jī)器人以及掃雷機(jī)器人,作戰(zhàn)機(jī)器人,偵察機(jī)器人,哨兵機(jī)器人,排雷機(jī)器人,布雷機(jī)器人等軍用機(jī)器人都是機(jī)械手應(yīng)用的典型。機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各行各業(yè).而且,隨著人類(lèi)生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩,未來(lái)各種專(zhuān)業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類(lèi)生活,其市場(chǎng)將繁榮興旺。1.2氣動(dòng)技術(shù)概述及其發(fā)展1.2.1概述氣動(dòng)技術(shù)，全稱(chēng)氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)，

11、是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和機(jī)械化的最有效手段之一，具有高速高效、清潔安全、低成本、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)械領(lǐng)域中，在食品包裝及生產(chǎn)過(guò)程中也正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。氣動(dòng)技術(shù)因具有節(jié)能、無(wú)污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以及防火、防爆、抗電磁干擾、抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、電子、工作機(jī)械(紡織機(jī)械、印刷、包裝設(shè)備及機(jī)床等)、食品等工業(yè)產(chǎn)業(yè)中。隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已經(jīng)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造理念，正在IC/LCD、微電子、生物制藥、醫(yī)療機(jī)械等高技術(shù)領(lǐng)域扮演著重要角色。優(yōu)點(diǎn)：氣動(dòng)技術(shù)是以空氣和惰性氣體作為工作介質(zhì)，空氣的供給量充足而且無(wú)需成本。更重要的是，空

12、氣和惰性氣體對(duì)周?chē)h(huán)境不造成污染，是清潔介質(zhì)。氣動(dòng)技術(shù)可以做到遠(yuǎn)距離供氣，減少本地機(jī)械設(shè)備，節(jié)省廠房空間。缺點(diǎn)：氣體的壓縮性使得氣動(dòng)元件的動(dòng)作速度，容易受到負(fù)載變化的影響。氣動(dòng)設(shè)備的輸出力能滿(mǎn)足大部分的工業(yè)操作需要，但是和液動(dòng)設(shè)備相比，氣動(dòng)設(shè)備的輸出力還是要小一些。另外，氣缸在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受摩擦力影響較大，穩(wěn)定性稍差。1.2.2發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)氣動(dòng)行業(yè)通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善經(jīng)營(yíng)管理，自20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始，一直保持著良好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，生產(chǎn)穩(wěn)步、持續(xù)增長(zhǎng)。由于它具有節(jié)能、無(wú)污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和生產(chǎn)線上。 氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用面的擴(kuò)大是氣動(dòng)工業(yè)發(fā)展

13、的標(biāo)志。氣動(dòng)元件的應(yīng)用主要為兩個(gè)方面：維修和配套。過(guò)去國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件的銷(xiāo)售要用于維修，近幾年，直接為主要配套的銷(xiāo)售份額逐年增加。國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件的應(yīng)用，從價(jià)值數(shù)千萬(wàn)元的冶金設(shè)備到只有12百元的椅子。鐵道扳岔、機(jī)車(chē)輪軌潤(rùn)滑、列車(chē)的煞車(chē)、街道清掃、特種車(chē)間內(nèi)的起吊設(shè)備、軍事指揮車(chē)等都用上了專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件。這說(shuō)明氣動(dòng)技術(shù)已“滲透”到各行各業(yè)，并且正在日益擴(kuò)大。氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展也是趨向于保護(hù)環(huán)境、提高產(chǎn)品的性能、降低成本，同時(shí)由于性能的提高和成本的降低又助于節(jié)省能源從而利于環(huán)境保護(hù)，其關(guān)鍵在于提高氣動(dòng)行業(yè)的自動(dòng)化水平，使其產(chǎn)品更加優(yōu)越，所以氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展方向大致為： 1 .機(jī)電氣一體化一體化一體化一體

14、化 2.高壓、小型化 3.高效、低成本 4.無(wú)油化 5.高壽命、高可靠性 6.集成化、復(fù)合型、多功能 7.高速化 隨著氣動(dòng)產(chǎn)品越來(lái)越多地應(yīng)用于生物工程、醫(yī)藥、原子能、微電子、機(jī)器人等各行業(yè)，相應(yīng)地提出了許多新的要求，因此大力發(fā)展新材料、鑄造技術(shù)、表面熱處理、密封技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)等許多基礎(chǔ)技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。1.3氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用及發(fā)展由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作”。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)

15、點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)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、精密儀器和軍事工業(yè)等。現(xiàn)代汽車(chē)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(dòng)機(jī)械手。車(chē)身在每個(gè)工序的移動(dòng)；車(chē)身外殼被真空吸盤(pán)吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)機(jī)械手。高頻率的點(diǎn)焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個(gè)工序過(guò)程的高度自動(dòng)化，堪稱(chēng)是最有代表性的氣動(dòng)機(jī)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

16、多靈巧的真空吸盤(pán)將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運(yùn)送到指定目標(biāo)位置。對(duì)加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運(yùn)系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。氣動(dòng)機(jī)械手用于對(duì)食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝；用于煙草工業(yè)的自動(dòng)卷煙和自動(dòng)包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動(dòng)機(jī)械手；自動(dòng)加蓋、安裝和擰緊氣動(dòng)機(jī)械手，牛奶盒裝箱氣動(dòng)機(jī)械手等。此外，氣動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如：氣動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)病床，Robodoc機(jī)器人，da Vinci外科手術(shù)機(jī)器人等。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機(jī)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(dòng)機(jī)械手奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。由于氣動(dòng)

17、機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，氣動(dòng)機(jī)械手將越來(lái)越廣泛地進(jìn)人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。由于氣動(dòng)技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合，以及周邊技術(shù)的成熟，氣動(dòng)機(jī)械手在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里的實(shí)用性已經(jīng)充分體現(xiàn)出來(lái)。特別是目前國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者正嘗試在氣動(dòng)機(jī)械手中引入現(xiàn)代控制理論和智能控制方法，并取得了一定的研究成果，這為氣動(dòng)機(jī)械手大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域開(kāi)辟了十分廣闊的前景 。機(jī)械手的技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)組成機(jī)械101班 徐向陽(yáng)（學(xué)號(hào)：2010071096）機(jī)械101班 胡奇臻（學(xué)號(hào)：2010071099）2.1 本機(jī)械手的技術(shù)指標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手

18、的基本要求是能快速、準(zhǔn)確的拾、放和搬運(yùn)物體，這就要求它們具有精度高、反應(yīng)快、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意位置都、能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分考慮作業(yè)對(duì)象的作業(yè)技術(shù)要求，擬定較為合理的作業(yè)工序和工藝，并滿(mǎn)足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專(zhuān)用性 。機(jī)械手是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，合理分配機(jī)械、電子、硬件、軟件各部分所承擔(dān)的任務(wù)和功能，對(duì)提高系統(tǒng)的整體性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、降低成本起著舉足

19、輕重的作用。因此對(duì)本機(jī)械手采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行整體功能分析，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，靈活性和高可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵步驟。機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)1.設(shè)計(jì)的機(jī)械手為三自由度；2.機(jī)械手的水平旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角為±180°；3.該機(jī)械手的水平移動(dòng)自由度由TN25×200氣缸實(shí)現(xiàn)；垂直升降自由度由MAL20×100氣缸實(shí)現(xiàn)；其手爪的開(kāi)合由SDA25×10氣缸實(shí)現(xiàn)：1.該機(jī)械手的主要搬運(yùn)物體為近似圓柱狀，物體為垂直放置，重量約為1kg，最大直徑為40mm；2.系統(tǒng)的控制器件可選用單片機(jī)控制。主要參數(shù)（1）主參數(shù)機(jī)械手的最大抓

20、取重量是其規(guī)格的主參數(shù)，約為1kg；（2）基本參數(shù)該機(jī)械手的最大工作半徑約為200mm，手臂回轉(zhuǎn)行程為360°，手臂升降行程為100mm。（3）定位精度也是基本參數(shù)之一，該機(jī)械手的定位精度為±0.5mm。2.2 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)及各部件 本氣動(dòng)機(jī)械手具有三個(gè)自由度，即水平方向移動(dòng)自由度，垂直方向升降自由度，回轉(zhuǎn)自由度，本機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)方案如圖2.1所示。圖2.1 帶水平旋轉(zhuǎn)的三自由度氣動(dòng)機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)示意圖1.機(jī)械手底座平臺(tái) 2.立柱 3.橫移氣缸 4.垂直升降氣缸 5.夾緊氣缸 6.手爪下面分析一下本機(jī)械手的工作過(guò)程：機(jī)械手的手爪6通過(guò)夾緊氣缸5從平臺(tái)1抓取物體，然后通

21、過(guò)垂直升降氣缸4作用上升到所需高度，并由橫移氣缸3水平移動(dòng)到所需位置，然后由立柱內(nèi)部的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)所需角度，垂直氣缸動(dòng)作，然后夾緊氣缸放松，物體被放置。然后氣動(dòng)機(jī)械手復(fù)位。2 .2 .1 機(jī)械手底座平臺(tái)本機(jī)械手的底座是用來(lái)固定立柱，安裝氣動(dòng)附屬組件、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)等。根據(jù)工藝要求，底座采用硬鋁鑄件，其外形如2.2所示。圖2.2 底座外形圖2.2.2立柱立柱是本機(jī)械手的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，它不僅承擔(dān)整個(gè)機(jī)械手的重量和工作時(shí)所產(chǎn)生的所有載荷，而且內(nèi)部還安裝了步進(jìn)電機(jī)、推力球軸承等重要部件，實(shí)物圖如圖2.3。圖2.3 立柱實(shí)物圖2.2.3 橫移氣缸本系統(tǒng)機(jī)械手水平橫移的行程比較大，為200mm。如果采用雙作

22、用單活塞氣缸，不僅增大了活塞桿所受的彎矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而且還增加了所選橫移氣缸的體積，給加工制造帶來(lái)了困難。為了解決以上困難，本系統(tǒng)選擇了收縮式雙活塞桿氣缸。既能滿(mǎn)足行程要求，所選的氣缸體積又小，實(shí)物圖如圖2.4所示。圖2.4 橫移氣缸實(shí)物圖2.2.4 垂直升降氣缸氣動(dòng)機(jī)械手中實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)運(yùn)動(dòng)用的最多的是雙作用單活塞桿氣缸。活塞在氣壓下作雙向運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)上可以是氣缸體固定、活塞桿運(yùn)動(dòng)；也可以是活塞桿固定，而缸體運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)采用缸體固定，活塞運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)物圖如圖2.5所示。圖2.5 垂直升降氣缸實(shí)物圖2.2.5 夾緊氣缸 在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，各種形式的機(jī)械手應(yīng)用越來(lái)越廣泛。現(xiàn)代的機(jī)械手采用各種電氣、

23、機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并用電子系統(tǒng)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)模仿人的手臂和手指動(dòng)作。而其手爪的結(jié)構(gòu)也是各式各樣的，但以氣動(dòng)手爪應(yīng)用較為普遍 。夾持式手爪的驅(qū)動(dòng)裝置較多采用的是作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。在結(jié)構(gòu)上，單桿活塞缸應(yīng)用最多。所以，本系統(tǒng)夾緊氣缸采用雙向作用的單桿活塞缸（圖2.6），雙向作用單桿活塞缸活塞兩側(cè)的有效面積不等，在氣壓相等時(shí)，活塞上所受推力拉力，如下圖所示，實(shí)物圖如圖2.7所示。圖2.6 氣壓雙作用單桿活塞缸圖2.7 夾緊氣缸實(shí)物圖2.2.6 機(jī)械手手爪 機(jī)械手的手爪是用來(lái)直接抓取物件的機(jī)構(gòu)，是機(jī)械手的重要組成部件之一。由手指、傳力(或增力)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置組成。根據(jù)被抓取物件的材質(zhì)、形

24、狀、尺寸、重量以及其它一些特性(如易碎性、導(dǎo)磁性、表面光潔度等)的不同，手部的種類(lèi)也不一樣。機(jī)械式手爪是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類(lèi)繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來(lái)源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。機(jī)械式手爪由驅(qū)動(dòng)元件、手爪夾持部件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、手指及各種墊片、附件等組成。夾持式是較常見(jiàn)的一種手部形式，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式和外夾式兩種;按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基

25、本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，具有動(dòng)作靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、適應(yīng)性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用的就是回轉(zhuǎn)型齒輪齒條傳動(dòng)的內(nèi)卡式手爪，實(shí)物圖如圖2.8所示。2.2.7步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種可以直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件，具有控制簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、工作可靠、無(wú)累積誤差等優(yōu)點(diǎn)。它能夠直接接受數(shù)字信號(hào)，無(wú)需中間轉(zhuǎn)換，直接輸出的位移量與輸入數(shù)字脈沖量相對(duì)應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)直接的數(shù)字控制。步進(jìn)電機(jī)以開(kāi)環(huán)方式工作，可省去伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中位置檢測(cè)與反

26、饋部分以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，使控制成本大大降低。本系統(tǒng)選擇混合型步進(jìn)電機(jī)。圖2.8 手爪實(shí)物圖2.3機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉，加之抓取載荷較輕，氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)等。一般采用46個(gè)大氣壓，個(gè)別達(dá)到810個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。因此，本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。圖2.9為控制氣體的電磁閥。2.4機(jī)械手的控制考慮到機(jī)械手的開(kāi)放性和通用性，同時(shí)可以使用點(diǎn)位控制，所以我們利用單片機(jī)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，我們只需改變單片機(jī)內(nèi)部的程序，非常便捷。而且它還可以提供與PLC

27、、計(jì)算機(jī)等多種接口，更能實(shí)現(xiàn)多機(jī)械手協(xié)調(diào)作業(yè)。圖2.9 電磁閥機(jī)械手元件及價(jià)格：物品數(shù)量單位價(jià)格步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器M542-051個(gè)288元/個(gè)二位五通電磁換向閥4V-210-083個(gè)22元/個(gè)氣缸TN25*2001個(gè)120元/個(gè)氣缸MAL20*100-S1個(gè)60元/個(gè)氣缸SDA25*101個(gè)39元/個(gè)開(kāi)關(guān)電源1個(gè)40元/個(gè)底座1個(gè)60元/個(gè)立柱1個(gè)8元/個(gè)步進(jìn)電機(jī)23LM-C532-141個(gè)50元/個(gè)89C52單片機(jī)1片5元/片MAX2321塊1.42元/塊ULN2003A放大器1個(gè)0.35元/個(gè)PC817光耦7個(gè)0.5元/個(gè)A6N137高速光耦1個(gè)2元/個(gè)電源開(kāi)關(guān)MTS2022個(gè)1.2元/個(gè)單

28、片機(jī)晶振1個(gè)0.25元/個(gè)貼片電容8個(gè)2元/25個(gè)106C電容1個(gè)0.4元/個(gè)10uf電容1個(gè)1.5元/50個(gè)貼片電阻17個(gè)2元/100個(gè)二極管M73個(gè)2.5元/50個(gè)發(fā)光二極管1個(gè)2元/100個(gè)A512J排阻1個(gè)0.1元/個(gè)九針串口頭1套10元/套USB頭1個(gè)0.3元/個(gè)氣管6根1.5元/米線扎若干M8×25螺絲、尼龍墊圈及球型螺母4套約1元/套M3×35螺絲、螺母及尼龍支柱4套約1元/套M3×35螺絲、螺母及尼龍墊圈4套約1元/套M5×16螺絲與螺母4套約1元/套三自由度機(jī)械手的Solidworks造型機(jī)械101班 時(shí)俊東（學(xué)號(hào)：2010071119

29、）機(jī)械101班 孫連偉（學(xué)號(hào)：2010141046）首先我要對(duì)Solidworks進(jìn)行介紹一下，它是一種先進(jìn)的，智能化的零變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，在業(yè)界被稱(chēng)為“3D機(jī)械設(shè)計(jì)方案的領(lǐng)先者”，易學(xué)易用，界面友好，功能強(qiáng)大，在機(jī)械制圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。與傳統(tǒng)的2D機(jī)械制圖相比，零變量式CAD設(shè)計(jì)軟件具有許多優(yōu)越性，是當(dāng)代機(jī)械制圖設(shè)計(jì)軟件的主流和發(fā)展方向。零變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，是參數(shù)式和變量式的統(tǒng)稱(chēng)。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數(shù)值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進(jìn)入完全定義狀態(tài)，這就是參數(shù)式模式，由于軟件自動(dòng)加入了相關(guān)屬性，如果修改了標(biāo)注尺寸

30、，幾何圖形的尺寸就會(huì)同步更新，也就是暫時(shí)不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模式。Solidworks模型是由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒(méi)有生成零件之前的圖紙叫做草圖。由2D,3D草圖直接生成3D模型和工程圖時(shí)，如果修改了草圖的標(biāo)注尺寸，其3D模型和工程圖會(huì)同步更新；相反，如果修改了工程圖的標(biāo)注尺寸，其3D模型和草圖也會(huì)同步更新。軟件使用起來(lái)十分方便，大大減少了工程人員的工作量，提高了工作效率。通常，從打開(kāi)一個(gè)零件文件或建立一個(gè)新零件文件開(kāi)始，繪制草圖，生成基本特征，然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導(dǎo)入曲面或幾何實(shí)體開(kāi)始，編輯特征，生成零件，裝配

31、體和工程圖。這是常用的設(shè)計(jì)方法，也就是自上而下的設(shè)計(jì)方法。草圖繪制從零件文件開(kāi)始，對(duì)于一個(gè)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，要首先建立零件文件。由于零件，裝配體和工程圖的相關(guān)性，所以當(dāng)其中一個(gè)視圖變化時(shí)，其他兩個(gè)視圖也會(huì)自動(dòng)改變。Solidworks2010允許自定義功能，選擇菜單欄中的“工具”“選擇”命令，可以顯示，定義“系統(tǒng)選項(xiàng)”和“文件屬性”選項(xiàng)卡。Solidworks2010可以自動(dòng)保存工作，自動(dòng)恢復(fù)功能可以自動(dòng)保存零件，裝配體或工程圖文件的信息，在系統(tǒng)死機(jī)時(shí)不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，如果設(shè)定此選項(xiàng)，則選擇“工具”“選項(xiàng)”菜單命令，在“系統(tǒng)選項(xiàng)”選項(xiàng)卡上，單擊“備份”選項(xiàng)，選擇“每n次更改后，自動(dòng)恢復(fù)信息”復(fù)選框，然

32、后設(shè)定信息自動(dòng)保存前應(yīng)發(fā)生的變更次數(shù)。Solidworks2010具有很強(qiáng)的文件交換功能，可以輸入，輸出數(shù)十種文件格式，可以與AutoCAD，Pro/ENGINEER，Solidedge，CAM等軟件很方便的進(jìn)行文件交換。Solidworks2010在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網(wǎng)格線和捕捉網(wǎng)格線功能，可將網(wǎng)格線與模型邊線對(duì)齊，還可以捕捉到角度。網(wǎng)格線和捕捉功能在Solidworks2010中不太使用，因此Solidworks是參變量軟件，尺寸和幾何關(guān)系提供了所需的精度。3.1 手指造型3.1.1手指的結(jié)構(gòu)分析從圖3.1可以看出手指是由拉伸凸臺(tái)/基體和切除步驟完成，其端面有就短直線，一個(gè)整體

33、圓，和一部分在齒輪組成的草圖，并對(duì)其拉伸基體，然后再創(chuàng)建根除草圖，利用拉伸切除，切除實(shí)體，可依據(jù)以下的順序進(jìn)行建模。圖3.1 手指3.1.2 創(chuàng)建手指草圖繪制 1.啟動(dòng)Solidworks2010后，單擊工具欄上的“新建”命令按鈕，或選擇“文件”“新建”菜單命令，打開(kāi)“新建Solidworks文件”對(duì)話(huà)框如圖3.2所示。圖3.22.單擊“零件”圖標(biāo)，單擊“確定”按鈕，這時(shí)就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的零件文件。首先要繪制草圖，然后拉伸生成零件的基本特征。3.單擊草圖繪制工具欄的“草圖繪制”命令按鈕，此時(shí)在前視基準(zhǔn)圖上打開(kāi)一張草圖。依據(jù)結(jié)構(gòu)分析畫(huà)出草圖，如圖3.3所示。拉伸基體特征通過(guò)拉伸所繪制的草圖來(lái)生成基

34、體的操作步驟如下：1.單擊“特征”工具欄上的“拉伸凸臺(tái)基體”命令按鈕，執(zhí)行拉伸操作。2.在“方向1”組框中執(zhí)行如下操作。 將終止條件設(shè)置為“給定深度”，給定深度為10mm。可使用方向鍵或直接輸入數(shù)值來(lái)增加數(shù)值，圖形區(qū)域中顯示拉伸的預(yù)覽。3.單擊“確定”按鈕，生成拉伸。如圖3.4圖3.3圖3.44.單擊“特征”工具欄上的“切除凸臺(tái)基體”命令按鈕，切除實(shí)體。執(zhí)行以下操作：繪制草圖選擇基準(zhǔn)面繪制R=6的圓單擊“特征”工具欄，切除實(shí)體。將終止條件設(shè)置為“給定深度”，設(shè)置深度為10mm，可以使用方向鍵或直接輸入數(shù)值來(lái)增加數(shù)值。如圖3.5所示，單擊“確定”按鈕，生成切除。如圖3.6所示，并將該文件保存為“

35、手指”零件圖。圖3.53.2手指罩板造型3.2.1 手指罩板造型結(jié)構(gòu)分析 手指罩板是一個(gè)把兩個(gè)手指包裹在一起的零件，零件的定位與手指造型要統(tǒng)一，該零件是由拉伸凸臺(tái)基體和切除拉伸步驟完成。先畫(huà)拉伸草圖，再拉伸完成基體造型，利用切除拉伸命令完成幾個(gè)孔洞的切除除料。零件如圖3.7所示可依據(jù)以下順序進(jìn)行建模造型。 圖3.6圖3.73.2.2 手指罩板造型 草圖繪制 利用繪制草圖命令繪制基體草圖，如圖3.8所示圖3.8拉伸基體特征通過(guò)拉伸所繪制的草圖來(lái)生成基體的操作步驟如下：1.單擊“特征”工具欄上的“拉伸凸臺(tái)基體”命令按鈕，執(zhí)行拉伸操作。2.在“方向1”組框中執(zhí)行如下操作。將終止條件設(shè)置為“給定深度”

36、，給定深度為25mm。可使用方向鍵或直接輸入數(shù)值來(lái)增加數(shù)值，圖形區(qū)域中顯示拉伸的預(yù)覽。同理，在“方向2”組框中執(zhí)行以上操作。3.單擊“確定”按鈕，生成拉伸。如圖3.9 圖3.9拉伸切除 繪制草圖選擇基準(zhǔn)面繪制R=5的圓單擊“特征”工具欄，切除實(shí)體。將終止條件設(shè)置為“給定深度”，設(shè)置深度為10mm，可以使用方向鍵或直接輸入數(shù)值來(lái)增加數(shù)值。單擊“確定”按鈕，生成切除。如圖3.10所示圖3.10依次執(zhí)行上述“拉伸切除”完成手指罩板的造型。如圖3.11所示。圖3.11其他零件的造型也是按照上述造型步驟完成。具體零件造型可參考文件“三自由度機(jī)械手零件”。3.3裝配體制作1.啟動(dòng)Solidworks201

37、0后，單擊工具欄上的“新建”命令按鈕，或選擇“文件”“新建”菜單命令，打開(kāi)“新建Solidworks文件”對(duì)話(huà)框如圖3.12所示。圖3.122.單擊“工程圖”“確定”，進(jìn)入裝配體界面。3.通過(guò)“工具欄”中的插入零部件命令，一個(gè)個(gè)加入零件，進(jìn)行裝配。成型如圖3.13所示圖3.13電路部分機(jī)械101班 劉鵬翔（學(xué)號(hào)：2010071100）機(jī)械101班 孫連偉（學(xué)號(hào)：2010141046）機(jī)械101班 時(shí)俊東（學(xué)號(hào)：2010071119）4.1主電路4.1.1主電路圖（圖4.1）：圖4.1 主電路圖4.1.2主控電路PCB圖（圖4.2）：圖4.2 主控電路PCB圖4.1.3主控制系統(tǒng)的功能介紹及使用

38、方法：主控制板如圖4.3所示： 圖4.3主控制板單片機(jī)電源口的紅色發(fā)光二極管為電源指示燈。左側(cè)“總電源開(kāi)關(guān) S1”為5V電源總開(kāi)關(guān)，右側(cè)“手柄電源開(kāi)關(guān) S2”是手柄電源開(kāi)關(guān)。“P3 電源輸入”為電源接口，“P1 電磁閥接口”，為電磁閥接口，左側(cè)“P2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口”為步進(jìn)電機(jī)控制接口，右側(cè)串口用于單片機(jī)程序下載以及單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通訊，右下側(cè)USB口用于手柄程序下載和單片機(jī)之間的通訊。J2J6這5個(gè)跳線帽設(shè)置控制方式，每個(gè)跳線帽有兩種狀態(tài)：“PLC”和“C51”，當(dāng)處于“PLC”狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)和電磁閥由PLC控制；當(dāng)處于“C51”狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)和電磁閥由C51單片機(jī)控制。JNET112

39、這12組跳線帽用于設(shè)置通信模式，分別包括2個(gè)跳線帽，當(dāng)需要把某一組短路帽短路時(shí)，必須把這一組的2個(gè)短路帽都短路，兩者必須處于統(tǒng)一的狀態(tài)。同時(shí)因?yàn)橥ㄐ艩顟B(tài)比較多，每次只短路需要的短路帽，其他的必須斷開(kāi)（JNET11和JNET12可以短著），否則會(huì)相互影響。通信狀態(tài)設(shè)置表格（表4.1）。主控制板上也有同樣的表格。表4.1 通信狀態(tài)設(shè)置表格通信主體需要短路的短路帽備注主板與PCJNET3 JNET4 JNET11 也可以主板下載程序主板與手柄JNET1 JNET2 手柄與PCJNET5 JNET6 JNET11 也可以手柄下載程序手柄與PLCJNET7 JNET8 PLC與PCJNET9 JNET1

40、0 JNET12 也可以PLC下載程序4.2手持盒4.2.1手持盒電路圖（圖4.4）：圖4.4 手持盒電路圖4.2.2手持盒PCB圖（圖4.5）：圖4.5 手持盒PCB圖4.2.3三自由度氣動(dòng)機(jī)械手手持盒介紹應(yīng)用 STC89S52 單片機(jī)設(shè)計(jì)了三自由度機(jī)械手手持盒。該手持盒對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制分為點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)運(yùn)動(dòng)兩種方式，具有手動(dòng)操作、自動(dòng)演示、學(xué)習(xí)/回放等功能，應(yīng)用液晶模塊顯示信息，應(yīng)用串行口與機(jī)械手控制器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)由步進(jìn)電機(jī)和氣缸構(gòu)成的三自由度機(jī)械手控制。4.2.4手持盒主要功能本文的機(jī)械手手持盒主要完成三自由度機(jī)械手的控制。該機(jī)械手為一通用型上下料及物料搬運(yùn)機(jī)械手，其主要運(yùn)動(dòng)

41、構(gòu)成為：由步進(jìn)電機(jī)及其減速器實(shí)現(xiàn)繞 Z 軸±180°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； TN由型氣缸實(shí)現(xiàn)的水平運(yùn)動(dòng)；由 MAL 型氣缸實(shí)現(xiàn)的垂直運(yùn)動(dòng)及由 SDA 型氣缸實(shí)現(xiàn)的手爪的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制，機(jī)械手手持盒設(shè)置了如下按鍵：水平出，水平回控制水平氣缸的運(yùn)動(dòng)；垂直伸，垂直縮控制垂直氣缸的運(yùn)動(dòng)；手爪開(kāi)，手爪合控制手爪的開(kāi)合；旋轉(zhuǎn)設(shè)置，0.9°，-0.9°，水平旋轉(zhuǎn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的控制；自動(dòng)演示，手動(dòng)操作，學(xué)習(xí)/回放機(jī)械手示教學(xué)習(xí)及回放功能的控制；開(kāi)/關(guān)手持器電源的控制。手持盒外觀如圖4.6所示。 4.2.5手持盒的硬件構(gòu)成手持盒的電路原理如圖 4.2.5 所示。

42、手持盒的控制核心為AT89C52 單片機(jī)，該單片機(jī)為 MCS-51 內(nèi)核，硬件資源豐富，手持盒應(yīng)用了液晶模塊作為信息顯示屏，可顯示字母、數(shù)字符號(hào)、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫(huà)面混合顯示功能，所有的功能（顯示RAM，字型產(chǎn)生器等）都包含在一個(gè)芯片里面，與外部處理器連接方便。本文選用的 C 系列液晶模塊為OCMJ4×8C 型，與AT89C52的接口采用了并口連接方式；手持盒的按鍵采用了 4×4 查詢(xún)式結(jié)構(gòu)的薄膜按鍵，這樣設(shè)計(jì)較少占用單片機(jī)的管腳資源，應(yīng)用RS232 接口與外界器件相連。圖4.6 手持盒手持盒硬件功能介紹AT89C52（見(jiàn)圖4.7）: 89c52單片機(jī)個(gè)引腳的

43、原理與功能VCC:供電電壓GND：接地P0口：口為一個(gè)位漏極開(kāi)路雙向口，沒(méi)腳可吸收門(mén)電路，當(dāng)口的電路第一次寫(xiě)時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它被定義數(shù)據(jù)/地址的第八位在flash編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0口輸出原碼，此時(shí)P0口外部必須拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故，在flash在編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)不上拉的8雙向I/O口，P2

44、緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上啦的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接受輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，

45、P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口作為AT89c52的一些特殊功能口，管腳 備選功能P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 /INT0(外部中斷0)P3.3 /INT1(外部中斷1)P3.4 T0(計(jì)時(shí)器0外部輸入)P3.5 T1(計(jì)時(shí)器1外部輸入)P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)通道)P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀通道)REST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持REST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平喲公寓鎖存地址的低位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，

46、ALE斷以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為震蕩頻率的1/6.因此他可以用作外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：沒(méi)到那個(gè)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如果想禁制ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0.此時(shí)，ALE只有執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用，另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效，但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP；當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FF

47、FFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/Ea保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程區(qū)間，此引腳也用于施加12V變成電源（VPP）。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部始終工作電路輸入XTAL2:來(lái)自反向振蕩器圖4.7 AT89C52MAX232芯片（圖4.8）簡(jiǎn)介：MAX232芯片是美信公司專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。 圖4.8 MAX232引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需

48、要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。 RS232 (DB9)引腳定義

49、：1 ：DCD :載波檢測(cè)。主要用于Modem通知計(jì)算機(jī)其處于在線狀態(tài)，即Modem檢測(cè)到撥號(hào)音，處于在線狀態(tài)。 2 ：RXD:此引腳用于接收外部設(shè)備送來(lái)的數(shù)據(jù)；在你使用Modem時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)RXD指示燈在閃爍，說(shuō)明RXD引腳上有數(shù)據(jù)進(jìn)入。 3 ：TXD:此引腳將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備；在你使用Modem時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)TXD指示燈在閃爍，說(shuō)明計(jì)算機(jī)正在通過(guò)TXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)。 4 ：DTR:數(shù)據(jù)終端就緒；當(dāng)此引腳高電平時(shí)，通知Modem可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好。 5 ：GND:信號(hào)地；此位不做過(guò)多解釋。 6 ：DSR:數(shù)據(jù)設(shè)備就緒；此引腳高電平時(shí)，通知計(jì)算機(jī)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好，可

50、以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊了。 7 ：RTS:請(qǐng)求發(fā)送；此腳由計(jì)算機(jī)來(lái)控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)；否則，Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時(shí)放入緩沖區(qū)中。 8 ：CTS: 清除發(fā)送；此腳由Modem控制，用以通知計(jì)算機(jī)將欲傳的數(shù)據(jù)送至Modem。 9 ：RI : Modem通知計(jì)算機(jī)有呼叫進(jìn)來(lái)，是否接聽(tīng)呼叫由計(jì)算機(jī)決定MAX232原理（圖4.9）：MAX232芯片是專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。圖4.9 MAX232原理手持盒的使用方法：手持盒右下角為液晶背光“開(kāi)/關(guān)”。左側(cè)為“學(xué)習(xí)/回放”按鍵，按下此鍵可重復(fù)執(zhí)行上一步的操作。下面第二排為“自動(dòng)演示”和“手

51、動(dòng)操作”按鍵，其中“自動(dòng)演示”按鍵可將機(jī)械手功能自動(dòng)演示一遍，“手動(dòng)操作”則需與上面10個(gè)按鍵配合完成每個(gè)動(dòng)作的控制。在執(zhí)行手動(dòng)操作時(shí)應(yīng)先觀察機(jī)械手當(dāng)前所處狀態(tài)，進(jìn)而選擇下步要執(zhí)行的操作，例即不要在水平氣缸伸出時(shí)執(zhí)行“水平出”操作。在執(zhí)行旋轉(zhuǎn)操作時(shí)，先按“手動(dòng)操作”，然后按“旋轉(zhuǎn)設(shè)置”，再根據(jù)要旋轉(zhuǎn)的方向和角度選擇按“-1.8度”還是“+1.8度”以及按下次數(shù)（N=/1.8度），按完一定次數(shù)后按“水平旋轉(zhuǎn)”鍵即可實(shí)現(xiàn)水平方向的旋轉(zhuǎn)。4.3步進(jìn)電機(jī)4.3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路圖（圖4.10）：圖4.10 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路圖4.3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PCB圖（圖4.11）：圖4.11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

52、器PCB圖4.3.3步進(jìn)電機(jī)控制：圖4.12是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其使用法在其銘牌上可以直觀看到，可設(shè)置輸出電流大小和細(xì)分步數(shù)。步進(jìn)電機(jī)額定電壓為24V，額定電流為1.6A。其控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)如圖所示。由于批次不同，所以用的驅(qū)動(dòng)器品牌可能不同，因此可能與照片不符，用戶(hù)可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器上所帶的設(shè)置說(shuō)明自行進(jìn)行設(shè)置。圖4.12步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制線路連接圖氣動(dòng)部分機(jī)械103班 馮春鵬（學(xué)號(hào)：2010071199）機(jī)械101班 漢栩杉（學(xué)號(hào)：2010071092）機(jī)械101班 胡奇臻（學(xué)號(hào)：2010071099）氣動(dòng)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、無(wú)污染等一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中越來(lái)越受到廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為自動(dòng)化不

53、可缺少的手段，備受人們的重視。本機(jī)械手就是以單片機(jī)為控制基礎(chǔ)，通過(guò)電磁閥控制氣缸的伸縮達(dá)到機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的目的。氣動(dòng)部分主要由電磁閥、氣缸構(gòu)成，依據(jù)電磁閥在通電與不通電時(shí)不同的工作狀態(tài)控制氣體進(jìn)出的原理控制氣缸伸縮，讓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)直觀展現(xiàn)。下面從電磁閥、氣缸以及它們之間的配合解釋一下氣動(dòng)部分的實(shí)現(xiàn)。5.1電磁閥5.1.1電磁閥工作原理：電磁閥是由電磁線圈和磁芯組成，是包含一個(gè)或幾個(gè)孔的閥體。當(dāng)線圈通電或斷電時(shí)，磁芯的運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致流體通過(guò)閥體或被切斷，以達(dá)到改變流體方向的目的。電磁閥的電磁部件由固定鐵芯、動(dòng)鐵芯、線圈等部件組成；閥體部分由滑閥芯、滑閥套、彈簧底座等組成。電磁線圈被直接安裝在閥體上，閥體

54、被封閉在密封管中，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)潔、緊湊的組合。在氣動(dòng)回路中，電磁控制換向閥的作用是控制氣流通道的通、斷或改變壓縮空氣的流動(dòng)方向。主要工作原理是利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁力的作用，推動(dòng)閥芯切換，實(shí)現(xiàn)氣流的換向。按電磁控制部分對(duì)換向閥推動(dòng)方式的不同，可以分為直動(dòng)式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥。直動(dòng)式電磁閥直接利用電磁力推動(dòng)閥芯換向，而先導(dǎo)式換向閥則利用電磁先導(dǎo)閥輸出的先導(dǎo)氣壓推動(dòng)閥芯換向。電磁閥從原理上分為三大類(lèi)（即：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式） ；從氣路或油路上來(lái)說(shuō)，我們?cè)谏a(chǎn)中常用的電磁閥有二位三通、二位四通、二位五通等 。電磁閥二位是指電磁閥的閥芯有兩個(gè)不同的工作位置（開(kāi)、關(guān)）。而多少通指電磁閥的閥體上有多少個(gè)通道口；比如二位二通電磁閥是一進(jìn)一出（二個(gè)通道、最普通常見(jiàn)）二位三通電磁閥控制液體是一進(jìn)二出（兩出分別是一個(gè)常開(kāi)一個(gè)常閉）；氣動(dòng)換向電磁閥是一進(jìn)一出一排氣；液壓一進(jìn)一出一回油。我們?cè)跈C(jī)械手上所用的為二位五通電磁閥（如圖5.1所示）圖5.1 二位五通電磁閥兩位五通電磁閥具有1個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、1個(gè)正動(dòng)作出氣孔和1個(gè)反動(dòng)作出氣孔(分別提供給目標(biāo)設(shè)備的一正一反動(dòng)作的氣源)、1個(gè)正動(dòng)作排氣孔和1個(gè)反動(dòng)作排氣孔(安裝消聲器)。 兩位五通電磁閥一般為雙電控(即雙線圈)。兩位五通雙電控電磁閥動(dòng)作原理：給正動(dòng)作線圈通電，則正動(dòng)作氣路接通(正動(dòng)作出氣孔有氣)，即使給正動(dòng)作線圈斷電后正動(dòng)