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本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
讀書報告（讀書筆記）
學(xué) 院： 機(jī)械與控制工程學(xué)院
課題名稱： 四自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及其PLC
控制
專業(yè)(方向)
班 級
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
日 期
讀書筆記一：《淺析機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢》
——機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
一、 文章摘要
機(jī)械手是:指能模仿人手和手臂的某些動作功能，用以固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人。它能代替人繁重勞動，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化及自動化，改善勞動環(huán)境以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子部門。目前，機(jī)械手的種類按驅(qū)動方式分為：液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按運(yùn)動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)械手的歷史及現(xiàn)狀：工業(yè)用機(jī)械手的第一次發(fā)展迅猛發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)，最早應(yīng)用在美國橡樹嶺國家實(shí)驗室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械手操作手研究，是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國聯(lián)合控制公司研制第一臺示教型機(jī)械手，并在1962年,研制出一種更新興的機(jī)械手，運(yùn)動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動。1962年美國機(jī)械鑄造公司成功研制一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制。國外的機(jī)械手在此基礎(chǔ)上，得到一定程度上的發(fā)展。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978年美國Unimation-Vin.am型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機(jī)械人制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要是用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等工作。日本是工業(yè)機(jī)械人發(fā)展最快和應(yīng)用最多的國家,于1969年從美國引進(jìn)后，開始大力發(fā)展機(jī)械手的研制，目前已成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國家之一。
機(jī)械手在我國的發(fā)展：我國工業(yè)機(jī)械手研究與開發(fā)起步較晚，比歐美要晚30年左右，起步于上世紀(jì)70年代，1972年我國第一臺機(jī)械手在上海研制成功，從第七個五年計劃開始，我國政府加大了對工業(yè)機(jī)器人的重視程度，并投入大量的資金。研制有以下機(jī)器人：點(diǎn)焊機(jī)器人、氬弧焊機(jī)器人、裝卸載機(jī)器人等。值得注意的是中國科學(xué)沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的機(jī)器人的控制器。與此同時，一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被研究開發(fā)出來了，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī),編碼器等等。
機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展趨勢,隨著自動化和機(jī)械化的發(fā)展，人們對機(jī)械手的要求也越來越高，主要體現(xiàn)在：（1）重復(fù)高精度。重復(fù)精度是指動作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。對于某些機(jī)械手來說，重復(fù)精度甚于精度。（2）模塊化。模塊化拼裝的氣動機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置的更具有靈活的安裝體系。它集成電接口、帶電纜及器官的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，可以使機(jī)械手更具靈活性。（3）無給油化。無給油化主要是為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、紡織等無污染要求的行（4）機(jī)電一體化。智能機(jī)械手的發(fā)展是機(jī)械手發(fā)展的重要方向之一。機(jī)電一體化的核心思想在于發(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(jìn)入到高精度的“反饋控制”，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
二、心得體會
通過閱讀本文章，從中了解了機(jī)械手的歷史及其應(yīng)用和發(fā)展趨勢,知道一些不同種類的機(jī)械手的知識，它能代替人繁重勞動，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化及自動化，改善勞動環(huán)境以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)等領(lǐng)域。同時，了解了，機(jī)械手的發(fā)展方向：重復(fù)高精度、模塊化、無給油化、機(jī)電一體化。
讀書筆記二：《淺談數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計》
——機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計
主編：
一、 文章摘要
結(jié)合實(shí)際操作情況，設(shè)計了一種圓柱坐標(biāo)形式的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手，重點(diǎn)針對機(jī)械手的手爪、手腕、手臂等部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計有詳細(xì)的介紹
1、設(shè)計目的：我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且具有危險性，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動生產(chǎn)的要求，結(jié)合機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用機(jī)械手技術(shù)，設(shè)計一臺上下料機(jī)械手，代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機(jī)械手主要與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。
2、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計:工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有4種：直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。
圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是用1個回轉(zhuǎn)運(yùn)動及2個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，其工作空間是圓柱狀。這種結(jié)構(gòu)比較簡單，精度相對較高，通常運(yùn)用于搬運(yùn)作業(yè)。圖1為機(jī)械模擬工作布置圖，根據(jù)實(shí)際操作的要求，該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動，其中手臂的伸縮和立柱的升降為直線運(yùn)動，另一個為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此自由度為3，其工作范圍相對較大。
3、機(jī)械手各部分部件的設(shè)計:機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計:手爪是用來進(jìn)行操作及作業(yè)的裝置，種類很多，根據(jù)作業(yè)方式可分為：搬運(yùn)、加工用途、測量等，在滿足作業(yè)要求的前提下，機(jī)械手手爪要求具有體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等，易于安裝和維修、易于實(shí)現(xiàn)計算控制。結(jié)合具體工作要求，采用連桿式手爪。它主要靠活塞的推力作用下，實(shí)現(xiàn)夾緊與放松運(yùn)動。如圖2：
機(jī)械手臂運(yùn)動為直線運(yùn)動，考慮到搬運(yùn)工件的重量、機(jī)械手動態(tài)性能及運(yùn)動的穩(wěn)定性、安全性和較高的剛度要求，因此選擇液壓驅(qū)動方式，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置控制。在設(shè)計時另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、小臂增設(shè)了2個導(dǎo)桿，與活塞桿一起構(gòu)成等三角形的截面形式，盡量提高其剛度。
機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計：機(jī)械手手腕是機(jī)械手操作機(jī)的最末端，與手爪相連接，它與機(jī)械手手臂配合，使手爪作空間運(yùn)動，完成所需要的作業(yè)動作。其要求手腕設(shè)計應(yīng)盡量小輕盈，結(jié)構(gòu)緊湊。自由度愈多，腕部的靈活性愈高，對工作的適應(yīng)能力愈強(qiáng)。
機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計：機(jī)械手在工作時要承受一定的載荷，且其運(yùn)動本身具有一定的速度，其工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長度、手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系，因此手臂尺寸設(shè)計應(yīng)要分析比較，選擇圓柱齒輪傳動。
機(jī)械手手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計：關(guān)節(jié)機(jī)械手手臂一般需要平衡裝置，以減少驅(qū)動器的負(fù)荷，縮短啟動時間。本機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)。
二、 心得體會
通過閱讀本文章，對畢業(yè)設(shè)計所要求相關(guān)的機(jī)械手設(shè)計有初步整體的了解，同時也有很多可以學(xué)習(xí)借鑒的地方，了解機(jī)械手結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計對于最大限度發(fā)揮機(jī)械手的工作效能有著重要的意義。并初步確定了畢業(yè)設(shè)計的方向和擬定了畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容，是機(jī)床上下料的四自由度液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容方向。為后續(xù)的工作奠定了基礎(chǔ)，故此文章很有借鑒意義。
讀書筆記三：《PLC在工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用研究》
——機(jī)械手、可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)、精確定位
一、 文章摘要：
工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。PLC控制機(jī)械手體積且可以現(xiàn)場修改和調(diào)試程序，達(dá)到對生產(chǎn)要求的隨時改變，因此應(yīng)用PLC控制機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，可以簡化控制路線，節(jié)省成本，提高勞動生產(chǎn)率。
1、 機(jī)械手的定義：
機(jī)械手顧名思義就是能實(shí)現(xiàn)人類手部的功能，可以按設(shè)計的目的要求實(shí)現(xiàn)相關(guān)的動作，比如抓取物料，搬運(yùn)東西等一些簡單的動作。這種自動化裝置可以代替生產(chǎn)車間里面繁重的人力勞作以及代替工人在一些高危環(huán)境，高危行業(yè)里面進(jìn)行作業(yè)。工業(yè)機(jī)械手是近年來發(fā)展起來的高科技設(shè)備，它涉及機(jī)械、力學(xué)、自動控制、傳感器、計算機(jī)等領(lǐng)域，是一個跨學(xué)科的綜合性技術(shù)。
2、PLC機(jī)械手的組成：
機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。構(gòu)成機(jī)械手傳動及控制的主要部件是：步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器，PLC、直流電機(jī)及其它部分?，F(xiàn)在將其主要部件功能介紹如下：
（1） 步進(jìn)電機(jī)：
步進(jìn)電機(jī)是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其是一種常用的動力驅(qū)動設(shè)備。
（2） 可編程控制器：
可編程控制器（簡稱PLC）：它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，它可采用可編程程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入，其原理如圖：
(3)PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動連接的工作原理:
PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)原理框架如下圖所示：
二、心得體會：
通過閱讀本文章，了解可編程程序控制的工業(yè)機(jī)械手的一些相關(guān)知識，學(xué)習(xí)了機(jī)械手的定義及組成,了解了步進(jìn)電機(jī)，PLC、及它們之間的關(guān)系等，同時也知道可編程程序控制的工業(yè)機(jī)械手運(yùn)轉(zhuǎn)的原理，為畢業(yè)設(shè)計的機(jī)械手控制方面，指明了方向，初步確定要設(shè)計機(jī)械手PLC控制編寫的模塊。
讀書筆記四：《基于PLC控制的液壓機(jī)械手設(shè)計》
作者：毛毅龍 羅一平 王小明
一、 文章摘要
本文基于可編程邏輯控制器( PLC) 控制的液動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和液動工作理，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案． 選取合適的PLC 型號，對PLC 系統(tǒng)的I /O 口進(jìn)行分配，編制控制程序。
機(jī)械手是具有模仿人的手和臂某些動作的功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置． 它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，并可在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等行業(yè)． 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它通過控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其正確與否． 可編程邏輯
控制器( PLC) 具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小、維護(hù)方便等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想。
機(jī)械傳動自由度少，難以實(shí)現(xiàn)特別復(fù)雜的運(yùn)動，而組合機(jī)床自動上下料的機(jī)械手的運(yùn)動需要多個自由度才能完成，故不宜采用機(jī)械傳動方案。氣壓傳動時，氣控信號比光、電信號慢，且由于空氣的可壓縮性，工作時容易產(chǎn)生抖動和爬行，造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度和定位精度不可靠，效率較低。電氣傳動必須有減速裝置和將電機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動的裝置，結(jié)構(gòu)龐大、速度不易控制，而且氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制使系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也很復(fù)雜。借助電子控制的液壓技術(shù)，則可以方便地實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的各種調(diào)節(jié)和控制，計算機(jī)控制的引入和各類傳感元件的應(yīng)用，也極大地擴(kuò)展了液壓元件的工作范圍。
機(jī)械手的手臂運(yùn)動由兩個直線運(yùn)動( 水平方向及豎直方向)和一個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動
( 繞中心軸旋轉(zhuǎn)) 組成，可以完成升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等3 個自由度的運(yùn)動． 機(jī)械手由機(jī)械系統(tǒng)、位置檢測系統(tǒng)和液動及控制系統(tǒng)等3 部分組成． 機(jī)械手初始狀態(tài)如圖1 所示．
三、 心得體會
本文是根據(jù)春蘭公司對薄壁筒形工件自動熱套工藝的要求研制的一套自動裝卸工件的機(jī)械手，代替人手抓取并轉(zhuǎn)移被加熱的薄壁筒形筒形工件，以提高生產(chǎn)效率，減少工人的燙傷事故的發(fā)生?？吹綄I(yè)的投入生產(chǎn)使用的設(shè)計論文，我自己對于生產(chǎn)領(lǐng)域非常不熟悉，并且對于設(shè)計完全無頭緒，同時通過對生產(chǎn)實(shí)例的閱讀研究，在電腦扮演重要角色的今天，PLC控制的機(jī)械越來越受到人們的親賴。在圖書館查到的資料一般也都是基于PLC控制的，可見現(xiàn)在基于PLC的生產(chǎn)領(lǐng)域的設(shè)計已經(jīng)非常多，要想能夠設(shè)計出能夠投產(chǎn)使用的機(jī)械產(chǎn)品，學(xué)習(xí)計算機(jī)編程是必不可少的。而畢業(yè)設(shè)計有關(guān)基于PLC控制的機(jī)械手，通過對本文的閱讀我了解了基于PLC控制的機(jī)械手的基本設(shè)計步驟和一般設(shè)計方法。單一具有機(jī)械知識無法同電腦控制相結(jié)合，是不能滿足現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)對設(shè)計人員的要求的，故在畢業(yè)之后，應(yīng)該更多的自學(xué)和自己專業(yè)相關(guān)的電腦編程方面的知識，以適應(yīng)現(xiàn)在行業(yè)對設(shè)計人員的要求。
讀書筆記五：《機(jī)械手的基本知識（三）》
——機(jī)械手相關(guān)知識
一、 文章摘要：
本文章主要介紹了：機(jī)械手的手部、腕部、臂部等重要的機(jī)械手的組成部分，其設(shè)計的好壞對機(jī)械手的工作機(jī)能有著直接的影響。這里不但介紹了手部、腕部、臂部等設(shè)計中的問題，而且還介紹了不同的機(jī)構(gòu)的類型及其特征等。
1、 手部的類型：
手部是抓取工件或操持工具的部件，手部上直接與工件或工具接觸的部分叫手指，手指的動作一般是開閉的。其主要的形式有以下幾種，如圖所示：
1-7是夾鉗式，主要是利用夾鉗的開閉來抓取工件，按結(jié)構(gòu)可分為：兩指和多指；回轉(zhuǎn)與平移，外卡和內(nèi)卡，是目前使用最廣泛的一種。8-13是氣吸式，其手指是橡膠吸盤和塑料盤，利用真空吸氣、負(fù)壓吸氣和其它形式吸氣來工作。15-16是磁吸式，其手指是電磁鐵或永久磁鐵。利用磁鐵的磁性來吸住磁鐵性質(zhì)的工件，它適宜抓取滾動軸承，汽車零件等。其它形式，如橡皮輪胎圈式內(nèi)襯，焊槍、噴槍、扳手等一定操作等，也是常見的。
手部設(shè)計要求：具有足夠的夾緊力、具有必要的開閉角度、手部各構(gòu)件要有足夠的剛度和剛度、保證一定的定位精度、結(jié)構(gòu)簡單，緊湊.
手部示意圖：
心得體會：
通過閱讀本文章，了解了一些機(jī)械手的全面的知識，為畢業(yè)的機(jī)械手的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)。
讀書筆記六：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——控制系統(tǒng)
一、 文章摘要
控制系統(tǒng)是機(jī)械手的一個重要組成部分；是保證機(jī)械手完成動作要求的主要手段。用它可以控制機(jī)械手的工作順序、運(yùn)動軌跡、動作時間和速度等，使機(jī)械手按照作業(yè)的要求去完成各項任務(wù)。
專用機(jī)械手用途單一。其控制系統(tǒng)可按動作要求和工作循環(huán)進(jìn)行專門設(shè)計和制造，以確保機(jī)械手完成所需要的動作，并重復(fù)使用，無需變更。通用機(jī)械手用途多方，其控制系統(tǒng)也應(yīng)適應(yīng)變化的需要。它的組成較為復(fù)雜，有一套程序編制、記憶、存儲和重現(xiàn)的裝置。利用記憶、重現(xiàn)，可以自動反復(fù)地進(jìn)行操作。機(jī)械手可由單機(jī)控制也可由多機(jī)控制。單機(jī)控制僅控制單項設(shè)備和所屬的機(jī)械手。而在自動流水線上有時不僅要配備一臺機(jī)械手，而且要配備多臺設(shè)備和多臺機(jī)械手，共同構(gòu)成一個綜合的系統(tǒng)。
機(jī)械手控制系統(tǒng)的型式較多，按手臂的行程和定位的不同，可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)控制；按記錄和信號型式不同，可分為模擬式和數(shù)字式；按控制回路的不同，可分為閉環(huán)和開環(huán)式。而在實(shí)際運(yùn)用中則是根據(jù)情況的需要進(jìn)行選擇或適當(dāng)?shù)慕M合，以構(gòu)成一個統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。
機(jī)械控制是基本的一種控制，它是利用機(jī)械設(shè)備本身的有關(guān)部件實(shí)現(xiàn)控制，大多用于沖床。射流控制具有結(jié)構(gòu)簡單。穩(wěn)定可靠、成本低和容易操作、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，特別對于氣動機(jī)械手采用射流控制尤為恰當(dāng)。液壓控制是機(jī)械手的一種主要的控制形式。機(jī)械手的運(yùn)動速度和操作時根據(jù)油的流量與壓力，就可以控制液壓機(jī)械手的速度和操作力，油壓壓力一般在每立方厘米5~140公斤范圍內(nèi)，最大臂力可達(dá)160公斤以上。
液壓元件主要有方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥三大類。方向控制閥能引導(dǎo)或阻止液流通過某選定的通道，它只起開關(guān)作用，而不能調(diào)節(jié)流量和壓力。它通常是兩通、三通和四通型，可以采用手工或機(jī)械傳動、氣動和電動進(jìn)行操作。壓力控制閥用于調(diào)節(jié)油路壓力，可分為溢流閥和減壓閥兩類，可以使單級也可以是兩級。溢流閥是常閉的，達(dá)到最大壓力時才開啟，將多余流量從旁路流掉，以保持調(diào)定的壓力。減壓閥是常開的，它的關(guān)閉是為了對管道中液流進(jìn)行節(jié)制，以保持某一最低壓力。流量控制閥用來調(diào)節(jié)油路中流量，其結(jié)構(gòu)形式也很多。從簡單的兩通針閥、球閥、閘門閥直至固定式和可調(diào)式帶壓力補(bǔ)償?shù)牧髁靠刂崎y等?？傊?，液壓執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)緊湊，輸出功率大，作為動力元件是十分合適的。
順控器控制是一種新型自動化控制裝置，它是根據(jù)一定的順序來確定控制內(nèi)容，并專門為進(jìn)行順序控制而設(shè)計的一種控制裝置。它的功能介于幾點(diǎn)起固定邏輯控制和電子計算機(jī)之間，并吸收二者的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，價格較低廉，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。
二、心得體會
選題時選擇控制部分的設(shè)計與結(jié)構(gòu)部分，為了結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計更加合理，故閱讀了這本書的控制部分章節(jié)。從本章節(jié)的閱讀中我了解到了液壓控制的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：結(jié)構(gòu)緊湊、控制的區(qū)間較寬等。但是液壓控制也存在一定的缺點(diǎn)，比如：控制系統(tǒng)比較復(fù)雜、油溫有上限等。設(shè)計要求中是使用液壓控制，那么在設(shè)計時就應(yīng)該結(jié)合液壓控制的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。
讀書筆記七：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——機(jī)械手的組成、分類、規(guī)格與用語
一、文章摘要
執(zhí)行機(jī)構(gòu)：
1.手部:手部安裝在手臂的前端。手臂得到內(nèi)孔裝有傳動軸，可把動作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸屈手腕，開閉手指。
2.手臂:有無關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂之分。目前采用的手臂幾乎都是無關(guān)節(jié)臂的。多關(guān)節(jié)臂還處在研究階段。
3.軀干:軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。
驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動。液壓驅(qū)動主要通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動。氣壓傳動所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。電氣驅(qū)動采用的不多。機(jī)械驅(qū)動只用于動作固定的場合。
機(jī)械手按照用途分可以分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手。按控制形式分類可分為點(diǎn)位控制型機(jī)械手和連續(xù)軌跡控制型機(jī)械手。專用機(jī)械手是專為一定設(shè)備服務(wù)的，簡單、實(shí)用，目前在生產(chǎn)中運(yùn)用比較廣泛。通用機(jī)械手是在專用機(jī)械手的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。通用機(jī)械手又分簡易型、示教再現(xiàn)型和智能機(jī)械手、操縱是機(jī)械手等幾種。
基本形式有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。直角坐標(biāo)式機(jī)械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合實(shí)用的一種機(jī)械手。它的手臂可作伸縮，左右和上下移動，按直角坐標(biāo)形式x、y、z三個方向的直線進(jìn)行運(yùn)動。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一 種機(jī)械手，它適用于搬運(yùn)和測量工件。圓柱坐標(biāo)是機(jī)械手有五個基本動作：①手臂水平回轉(zhuǎn)；②手臂伸縮；③手臂上下；④手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動；⑤手抓夾緊動作。球坐標(biāo)式是一種自由度較多，用途較廣的機(jī)械手。關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動形式。它 像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適于在狹窄空間作業(yè)。
列數(shù)是指機(jī)械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)數(shù)，它支配著機(jī)械手的位置姿勢運(yùn)算的復(fù)雜程度。它不是雅克比行列的階數(shù)。
二、心得體會
通過閱讀本章之后根據(jù)老師的要求我知道了自己設(shè)計的屬于專用機(jī)械手，使用液壓驅(qū)動，液壓驅(qū)動具有壓力高，體積小，輸出力大，動作平緩，可無級變速。自鎖方便，并能在中間位置停止的優(yōu)點(diǎn)。同時了解到機(jī)械手各個主要的執(zhí)行部分的功能和作用。根據(jù)基本形式和畢設(shè)的要求可知機(jī)床上下料機(jī)械手應(yīng)使用圓柱坐標(biāo)式，它具有直觀性好，結(jié)構(gòu)簡單，本體占用空間小，而動作范圍較大的優(yōu)點(diǎn)，圓柱坐標(biāo)式的三個運(yùn)動組成正好符合上下料的專用特點(diǎn)。從本章就基本可以確定了設(shè)計課題機(jī)械手的基本形式。在設(shè)計內(nèi)容中設(shè)計的機(jī)械手是三個自由度，一個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和兩個直線運(yùn)動。在本設(shè)計中，應(yīng)該是腰座的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，和手臂上下以及手臂伸縮的直線運(yùn)動。這三個自由度的運(yùn)動構(gòu)成圓柱體運(yùn)動，對于銑床上下料專用機(jī)械手而言就已經(jīng)足夠了。我的畢業(yè)設(shè)計的機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手列數(shù)（m）與自由度（n）之間的關(guān)系是：m=n-2.圓柱坐標(biāo)型中有一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所以列數(shù)為m=1,則n=3. 由于書中只給出了四個固定關(guān)節(jié)指抓取圓棒時的計算分析方法，對兩個自由關(guān)節(jié)指抓取方料時的分析方法并不是很清晰，也沒有其他類似書籍，所故計劃把這一步計算留到最后查閱相關(guān)論文時再進(jìn)行。
讀書筆記八：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——軀干和傳動系統(tǒng)
一、 文章摘要
軀干和傳動系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。機(jī)械手一般分為固定式和移動式兩種，固定式機(jī)械手是由軀干、手臂、傳動系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)等組成，其手臂上都裝有手腕和手爪，它可以沿三個坐標(biāo)軸移動，并繞三個軸線進(jìn)行回轉(zhuǎn)。
機(jī)械手的立柱是用以支承手臂并帶動它升降、擺動和移動的機(jī)構(gòu)，手臂的俯仰也是由聯(lián)結(jié)在立柱上的油缸驅(qū)動，立柱與機(jī)座相聯(lián)，可固定在地面上、機(jī)床設(shè)備上、或者懸掛在橫梁滑道上，也可以固定在能行走的基座上。機(jī)座是支承機(jī)械手全部重量的構(gòu)件，對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。機(jī)座結(jié)構(gòu)從形式上可以分為落地式和懸掛式，或分為固定式、可移動式和行走式。無論哪一種形式，機(jī)械手工作時機(jī)座應(yīng)予以固定。機(jī)座的結(jié)構(gòu)與機(jī)械手的總體布置有關(guān)，對專用機(jī)械手而言，傳動和控制部分通常是單獨(dú)布置，故機(jī)座比較簡單或不設(shè)機(jī)座。集中布置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，管路短，占地面積少，移動、操作都比較方便。
手腕是連續(xù)手指和手臂的機(jī)構(gòu)，它使手指能從不同的角度夾緊和松開工件，以增加機(jī)械手的靈活性。手腕的運(yùn)動和特點(diǎn)是手腕可做回轉(zhuǎn)、上下彎曲和左右擺動三個動作，即具有三個自由度。手腕和手臂的動作關(guān)系是：手臂的三個自由度是用來使工件作上下、左右或前后往復(fù)移動和定位用的，而手腕的三個自由度是用來調(diào)整該工件的方向用的。在設(shè)計手腕部件時，要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、小巧。手腕動作的動力源要從手臂內(nèi)部通過，使手腕在擺動時，油管不致于扭轉(zhuǎn)。并要求能隨時根據(jù)工作需要更換手爪，以擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍。
對手臂結(jié)構(gòu)的要求一是盡量輕，以達(dá)到動作靈活、運(yùn)動速度高、節(jié)約材料和動力，同時減少運(yùn)動的沖擊；二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動精度和定位精度。手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計重點(diǎn)是驅(qū)動力的計算和偏重力矩的計算。手臂一般有三個運(yùn)動——伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降。手臂由以下幾部分組成：動作元件，導(dǎo)向裝置和手臂。手臂的設(shè)計要求①手臂應(yīng)承載能力大；②手臂的運(yùn)動速度要適當(dāng)，慣性要?。虎凼直蹌幼饕`活；④位置精度要高；⑤通用性強(qiáng)，能適應(yīng)多種作業(yè)；工藝性好，便于維修調(diào)整。盡量使手臂的重心通過回轉(zhuǎn)中心，或者離回轉(zhuǎn)中心盡量的近，以減少偏重力矩。對于雙臂同時操作的機(jī)械手，應(yīng)使兩臂的布置盡量對稱于中心，以達(dá)到平衡。以上這幾項要求，有時往往相互矛盾，剛性好、載重大，結(jié)構(gòu)往往粗大，導(dǎo)向桿也多，增加手臂自重；轉(zhuǎn)動慣量增加，沖擊力就大，位置精度就低。因此，在設(shè)計手臂時，須根據(jù)機(jī)械手抓取重量、自由度數(shù)、工作范圍、運(yùn)動速度及機(jī)械手的整體布局和工作條件等各種因素綜合考慮，以達(dá)到動作準(zhǔn)確、可靠、靈活，結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、自重小，從而保證一定的位置精度和適應(yīng)快速動作。此外，對用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮熱輻射、手臂要較長，以遠(yuǎn)離熱源，并須裝有冷卻裝置。對用于粉塵作業(yè)的機(jī)械手還要添裝防塵措施。由于設(shè)計要求手臂360度旋轉(zhuǎn)，所以需采用直線油缸通過齒條、齒輪或鏈條、鏈輪來實(shí)現(xiàn)。
夾緊機(jī)構(gòu)種類很多，有機(jī)械式、吸盤式和電磁式等。根據(jù)設(shè)計要求，我認(rèn)為銑床上下料機(jī)械手的夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)使用機(jī)械式。機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運(yùn)動的方式和模仿人手的動作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾緊方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指書目可分為二指式、三指式、四指式；按動力來源則可分為彈簧式、氣動式、液壓式等。
機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動元件、手爪支持部件、傳動機(jī)構(gòu)、手指及各種墊片、附件等組成。本設(shè)計的驅(qū)動元件是油缸，手爪支持部件固定在手臂上，傳動機(jī)構(gòu)是把活塞桿的運(yùn)動變?yōu)槭种搁_閉運(yùn)動。
二、心得體會
通過本章的閱讀，了解了各部分的設(shè)計原則，對手臂的設(shè)計計算公式及推演方法基本理解。雖然我知道了公式，移動部件的重量如果按照10kg計算，但是起動或制動前后的速度差和起制動所需的時間我還是不明了應(yīng)該帶入那些數(shù)據(jù)，所以必須找時間查找資料與請教老師。
讀書筆記九：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——機(jī)械手總體布置、作業(yè)分析、可靠性和效果
一、文章摘要
文章具體分析了各種型式的機(jī)械手的作業(yè)空間，圓柱坐標(biāo)是機(jī)械手的作業(yè)空間的廣度約為直角坐標(biāo)型的10倍；球坐標(biāo)式是圓柱坐標(biāo)型的3倍，直角坐標(biāo)型的30倍；關(guān)節(jié)型又是球坐標(biāo)型的3倍，直角坐標(biāo)型的87倍。此外假若采用自由度為2的運(yùn)動副時，則由此所涉及的作業(yè)空間更大。
機(jī)械手的場地布置前要經(jīng)過一下五個步驟的分析：1.確定工作物；2.確定不同工件的重量；3.工件的數(shù)量；4.動作要求；5.按照性能指標(biāo)安排作業(yè)順序。
影響機(jī)械手可靠和安全的環(huán)境因素有：1.熱：一般工作人員當(dāng)環(huán)境超過48°左右而又無冷空氣冷卻時，就不能連續(xù)進(jìn)行工作。因而，機(jī)械手的操作溫度最大限值可取為48度。2.振動：機(jī)械手在振動的環(huán)境下操作，常易發(fā)生故障。3.電源的干擾：大的動力電源將影響電子元件的可靠工作。4.液、氣體和粉塵的噴灑和飛濺。
高溫作業(yè)的機(jī)械手需要滿足下列條件：
1. 機(jī)械手能將坯料采用機(jī)械手，隨后取出放置在軋鋼機(jī)上。
2. 工件放置的位置精度在±2毫米以內(nèi)。
3. 工件重量為30公斤（坯料加手爪重量）。
4. 手爪的伺服機(jī)構(gòu)能攜帶工件，并能完成要求的角度。
利用計算機(jī)輔助設(shè)計確定作業(yè)布置首先要掌握以下的信息——采用機(jī)械手的重要技術(shù)參數(shù)；機(jī)械手應(yīng)該到達(dá)的區(qū)域和位置；工作場地機(jī)械設(shè)備的俯視圖；以及柱、墻的位置等。然后，將上述信息輸入計算機(jī)內(nèi)，程序開始前要先檢驗機(jī)械手的行程所能到達(dá)的區(qū)域和位置坐標(biāo)。用掃描的方法取得結(jié)果，并比較不同方案可能到達(dá)的位置情況，再選擇其中最優(yōu)的一個方案。計算機(jī)顯示將表明，采用機(jī)械手后能使該工作場地實(shí)現(xiàn)自動化機(jī)械手。
影響機(jī)械手經(jīng)濟(jì)效果的因素很多，主要有兩個方面，一為支付方面；二為節(jié)約、回收方面，分列如下：
1. 機(jī)械手成本：（1）購置費(fèi)用；（2）特殊機(jī)具的配備；（3）專用裝置的制作；（4）日常維修和周期檢查；（5）動力費(fèi)用；（6）折舊費(fèi)用；（7）其他的資金支出。
2. 機(jī)械手費(fèi)用的回收：（1）替換人員的工作量及工資額；（2）改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量；（3）增加生產(chǎn)能力。
標(biāo)志機(jī)械手的可靠性有兩個概念，一個為故障間平均運(yùn)行時間簡稱MTBF，以小時計算，另一個是停車時間。故障間平均運(yùn)行時間越長，說明其可靠性越高。反之。間隔平均運(yùn)行時間越短，則說明使用中的機(jī)械手故障較多，修理頻繁。停機(jī)時間，即機(jī)械手發(fā)生損壞以致停機(jī)，直至修復(fù)重新投入使用的時間。停機(jī)時間的長短與損壞程度及維修時間長短有關(guān)。機(jī)械手可靠性用故障間平均運(yùn)轉(zhuǎn)時間MTBF求得：
二、心得體會
通過本章節(jié)的自學(xué)，我了解到僅僅只掌握理論的設(shè)計是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在實(shí)際的設(shè)計工作中，要綜合考慮設(shè)計工作的各個方面，環(huán)境等因素對于設(shè)計產(chǎn)品的影響不容忽視，它影響機(jī)械壽命的重要因素之一。設(shè)計之前要做好充分的準(zhǔn)備工作，對設(shè)計機(jī)械的工作環(huán)境要進(jìn)行實(shí)地考察，設(shè)計之后要進(jìn)行準(zhǔn)確的可靠性分析。
讀書筆記十：《機(jī)器人靈巧手》
——概論
主編：張玉茹 李繼婷 李劍鋒
一、文章摘要
靈巧手是為多任務(wù)而研究開發(fā)的一種智能型通用機(jī)械手，其潛在的用途包括在極限或有害環(huán)境下替代人類執(zhí)行任務(wù)。人手有運(yùn)動和感知兩個主要功能。運(yùn)動功能使其能夠操作不同形狀和大小的物體；感知功能使其能夠通過接觸獲取物體特征，探測位置環(huán)境。人手的這兩個主要功能還必須通過肌肉的動力和大腦的控制才能實(shí)現(xiàn)。因此，驅(qū)動、傳感和控制才能實(shí)現(xiàn)。因此，驅(qū)動、傳感和控制是靈巧手的3個主要成分，也是靈巧手開發(fā)的難點(diǎn)。靈巧手的主要功能可以概括為抓持和操作。抓持的特征是手與物體接觸，但沒有運(yùn)動。操作則既有接觸，又有相對運(yùn)動。
靈巧操作的目的是使被操作物體從初始位置和姿態(tài)（簡稱位態(tài)）到達(dá)目標(biāo)位姿，這一過程是通過手指有目的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。由于手指關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動是直接的控制變量，因此，回答上述問題必須建立指關(guān)節(jié)與物體兩者之間的平衡關(guān)系。相關(guān)的基礎(chǔ)建模問題主要包括：①操作運(yùn)動學(xué)；②抓持平衡方程；③接觸約束。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論手指與物體在何點(diǎn)接觸、施加多大的平衡力才能保持操作穩(wěn)定，進(jìn)而解決運(yùn)動規(guī)劃和控制問題。
操作運(yùn)動學(xué)描述物體、物體與手指的接觸點(diǎn)、指關(guān)節(jié)三者之間的運(yùn)動關(guān)系。利用這些關(guān)系，當(dāng)給定期望的物體運(yùn)動時，可以求出對應(yīng)的手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動，作為運(yùn)動控制的目標(biāo)值。
抓持平衡方程描述物體所受外力、物體與手指的接觸力、指關(guān)節(jié)力矩三者之間的平衡關(guān)系。利用這些關(guān)系，當(dāng)已知物體所受外力時，可以求出對應(yīng)的指關(guān)節(jié)力矩，作為力控制的目標(biāo)值。反之，如果已知手指關(guān)節(jié)的力矩，可以預(yù)測物體所受的接觸力，從而判斷其是否靜止或?qū)a(chǎn)生怎樣的運(yùn)動。
接觸約束描述物體與手指的接觸將產(chǎn)生怎樣的力、對運(yùn)動有何影響，因而影響到靈巧手操作系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)和動力學(xué)模型。對具體靈巧手而言，其接觸可以抽象為何種模型取決于手指與物體的材料和形狀。
靈巧操作包括接近、發(fā)生接觸、脫離接觸、操作物體能階段，是一個離散和連續(xù)時間的混合系統(tǒng)。從指定控制策略的角度將系統(tǒng)分為三個層次：上層的功能為運(yùn)動規(guī)劃；下層實(shí)施運(yùn)動和力的控制；中層的任務(wù)是判斷事件的發(fā)生、確定操作階段、決定階段之間如何轉(zhuǎn)換。
運(yùn)動規(guī)劃包括：抓持規(guī)劃、指態(tài)規(guī)劃。抓持規(guī)劃的核心問題是如何選擇手指和手掌相對物體的位置，簡稱抓持位形。其中包括如何判斷穩(wěn)定性，如何計算和優(yōu)化接觸力。根據(jù)經(jīng)驗，抓持位形的選擇主要取決于物體形狀和操作任務(wù)。指態(tài)規(guī)劃的核心問題是如何確定手指的運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)期望的物體運(yùn)動。這是一個復(fù)雜的動態(tài)計算工程，需要保證手指在可達(dá)空間內(nèi)運(yùn)動，運(yùn)動過程中各手指之間沒有干涉，以及接觸力保持平衡。如果上述條件不滿足。
世界上很多國家的研究機(jī)構(gòu)都開展了關(guān)于靈巧手的研究，其中中國、美國、德國、日本、意大利和匈牙利等國的研究機(jī)構(gòu)，分別設(shè)計開發(fā)了靈巧手樣機(jī)。在技術(shù)方面，我們需要體積小、重量輕、力矩大的驅(qū)動器和傳動裝置，需要高性能的觸覺傳感器，其中包括對力覺、滑覺信息的感知能力，需要高性能的機(jī)器視覺和對復(fù)雜信息的快速處理能力，還需要更高的水平的只能控制等。所有這一切，
都對理論理論研究和設(shè)計創(chuàng)新提出新挑戰(zhàn)。
二、 心得體會
從本文可以看書機(jī)械手的設(shè)計關(guān)聯(lián)到很多學(xué)科和很多部門，力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、電學(xué)、高等數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科均涉及廣泛，我設(shè)計的銑床上下料機(jī)械手屬于機(jī)械手中比較簡單的部分，但我仍然覺得困難，可見自己理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，課外的學(xué)習(xí)也不夠。
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