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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院
Safety and Maintenance For CNC Machine
1 Safety Notes for CNC machine Operations
Safety is always a major concern in a metal-cutting Operation. CNC equipment is automated and very fast, and consequently it is a source of hazards , The hazards have to located and the personnel must be aware of them in order to prevent injuries and damage to the equipment. Main potential hazards include, rotating parts, such as the spindle, the tool in the spindle, chuck, part in the chuck, and the turret with the tools and rotating clamping devices, movable parts, such as the machining center table, lathe slides, tailstock center , and tool carousel, errors in the program such as improper use of the G00 code in conjunction with wrong coordinate value, which can generate an unexpected rapid motion, an error in setting or changing the offset value ,which can result in a collision of the tool with part or the machine, and a hazardous action of the machine caused by unqualified changes in a proven program, To minimize or avoid hazards, try the following preventive action:
(1) Keep all of the original covers on the machine as supplied by the machine tool builder
(2) Wear safety glasses, gloves, and proper clothing and shoes.
(3) Do not attempt to run the machine before you are familiar with its control.
(4) Before running the program, make sure that the parts is clamped properly.
(5) When proving a program, follow these safety procedures.
2 Run the program using the machine Lock function to check the program for errors in syntax and geometry.
2 Slow down rapid motions using the RAPID OVERRIDE switch or dry run the program.
2 Use a single-block execution to confirm each line in the program before executing it.
2 When the tool is cutting, slow down the feed rate using the FEED OVERRIDE switch to prevent excessive cutting conditions.
(6) Do not handle chip by hand and do not use chip hooks to break long curled chips. Program different cutting conditions for better chip control. Stop the machine if you need to properly clean the chips.
(7) If there is any doubt that the insert will break under the programmed cutting conditions, choose a thicker insert or reduce feed or depth of cut.
(8) Keep tool overhang as short as possible, since it can be a source of vibration that can break the insert.
(9) When supporting a large part by the center, make sure that the hole-center is large enough to adequately support and hold the part.
(10) Stop the machine when changing the tools, indexing inserts, or removing chips.
(11) Replace dull or broken tools or inserts.
(12) Write a list of offsets for active tools, and clear (set to zero ) the offsets for tools removed from the machine.
(13) Do not make changes in the program if your supervisor has prohibited your doing so.
(14) If you have any satety-related concerns, notify your instructor or supervisor immediately.
2 Daily Maintenance
2.1 Checking the External View
(1) Machine oil (cutting oil, lubrication oil)has been scattered onto the servomoter, detector, or main unit of the NC , or is leaking.
(2) Damage is found on the cables of the movable blocks, or the cables are twisted.
(3) Filter clogging.
(4) A door of the control panel is not open.
(5) Ambient vibration.
(6) The unit is located in a dusty location.
(7) Something that causes high frequency is played near the control unit.
2.2 Checking the inside of the control unit
Check that the following troubles have been eliminated:
(1) Cable connectors are loosened.
(2) Installing screws are loosened.
(3) Attachment amplifier screws are loosened.
(4) The cooling fan operates abnormally.
(5) Cable damage.
(6) Printed circuit boards have been inserted abnormally.
2.3 Fault diagnosis and Action
When a running fault occurs, examine the correct cause to take proper action. To do this, execute the checks below:
2.3.1 Checking the Fault Occurrence Status
Check the following:
(1) When did the fault occur?
(2) During what operation did the fault occur?
(3) What fault?
(4) For automatic operation．．．Program number, sequence number, and contents of Program?
(5) For manual operation．．．Mode?
a) Operating procedure?
b) Preceding and succeeding operations?
c) Set/display unit’s screen?
d) During I/O operation?
e) Machine system status?
f) During tool change?
g) Controlled axis hunting?
h) What fault occurred?
i) What does the alarm display of the set/display unit’s alarm diagnosis screen indicate?
(6) Display the alarm diagnosis screen to check the contents of alarm.
(7) What does the driving amplifier status display indicate?Check the contents of alarm based on the driving amplifier status display.
(8) What does the machine sequence alarm indicate?
(9) Is the CRT screen normal?
(10) Is the control axis hunting?
(11) Frequency of fault?
(12) When did the fault occur?
(13) Frequency? (Did the fault occur during operation of another machine?) If the ffrequency is too small, or the fault occurred during operation of another machine, the cause may be noises of the supply voltage.
(14) For example, in this case, check that the supply voltage is normal
(15) does momentary drop occur during operation of another machine?
(16) and measures have been taken against noises.
(17) In specific mode?
(18) When did the ceiling crane move?
(19) Frequency for the same kind of work?
(20) Does the fault occur when the same operation is made? (Repeatability check)
(21) Change the conditions (override, contents of program, operation procedure, etc.)
(22) Does the same fault occur?
譯 文
摘 要
本文提出了自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星（RS）雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)?；谖⒅亓Νh(huán)境下RS運(yùn)動(dòng)特性的分析，兩個(gè)機(jī)械手分為主機(jī)械手和從機(jī)械手。接著介紹了雙機(jī)械手RS協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的四種模式：穩(wěn)定功能、平衡功能、調(diào)整功能和協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)。還介紹了雙機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。最后，給出了微重力環(huán)境下，RS俘獲目標(biāo)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃姆N協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。仿真試驗(yàn)顯示本文所提出的運(yùn)動(dòng)模型和規(guī)劃算法是非常有效的。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、構(gòu)位空間、微重力環(huán)境
介紹
隨著空間技術(shù)的發(fā)展，諸如構(gòu)造和修理人造衛(wèi)星和航天飛機(jī)等的航天員艙外活動(dòng)越來(lái)越多。但是，航天員艙外活動(dòng)非常危險(xiǎn)并且費(fèi)用昂貴，因此使用空間機(jī)器人來(lái)代替宇航員的需要變得日益急迫。這種機(jī)器人可以在太空中自由飛行，因此命名為自由飛行空間機(jī)器人。自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星就是自由飛行空間機(jī)器人的非常重要的一類，它由人造衛(wèi)星和安裝在人造衛(wèi)星上的機(jī)械手組成。
空間機(jī)器人需要多機(jī)械手來(lái)在微重力環(huán)境下進(jìn)行復(fù)雜的操作，雙機(jī)械手RS是多機(jī)械手系統(tǒng)中重要的一員，并且雙機(jī)械手的研究是多機(jī)械手研究的基礎(chǔ)。為了增加機(jī)械手的功能并降低它們之間的意外干擾，應(yīng)該研究RS多機(jī)械手的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。多機(jī)械手的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)包括協(xié)調(diào)任務(wù)、協(xié)調(diào)動(dòng)作和協(xié)調(diào)控制。盡管在[1，2]中提出了有關(guān)多機(jī)械手RS的動(dòng)力學(xué)和協(xié)調(diào)控制，但是多機(jī)械手RS協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的相關(guān)研究還是非常有限。
一般機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題是在給定環(huán)境和任務(wù)下，尋找無(wú)碰撞自動(dòng)運(yùn)動(dòng)路徑和軌道。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃有多種方法，例如構(gòu)位空間方法、人工位場(chǎng)方法和拓?fù)浞椒āＳ捎赗S在空間微重力環(huán)境中缺乏固定基礎(chǔ)，空間機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)將擾亂其基礎(chǔ)人造衛(wèi)星的位置和姿態(tài)，并改變RS機(jī)械手的工作空間。直接采取帶有固定基礎(chǔ)的地面機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法 ，以及規(guī)劃路徑和軌道是非常危險(xiǎn)的，對(duì)RS有可能是錯(cuò)誤的。因此，對(duì)微重力環(huán)境下RS運(yùn)動(dòng)特性的研究是非常重要的。
1 微重力環(huán)境下RS的運(yùn)動(dòng)特性
這里討論的RS由人造衛(wèi)星主體和k空間機(jī)械手組成。假設(shè)沒(méi)有外力和外部扭力施加在該系統(tǒng)上，并且RS可以在微重力環(huán)境中自由飛行或飄浮。機(jī)械手的每一處接點(diǎn)都是由扭力控制器控制的旋轉(zhuǎn)接點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)的能量守恒。
如果第j個(gè)空間機(jī)械手具有nj個(gè)旋轉(zhuǎn)連接，則系統(tǒng)可以被看作是由N1個(gè)鏈接（N＝n1+n2+…+nk）組成的多鏈接自由飛行（飄?。┫到y(tǒng)。研究人造衛(wèi)星的姿態(tài)時(shí)，要在衛(wèi)星主體上建立協(xié)調(diào)系統(tǒng)。如果Ω和Φ分別是RS衛(wèi)星姿態(tài)角矢量和空間機(jī)械手接點(diǎn)角矢量，它們分別為3-D和N-D矢量。衛(wèi)星姿態(tài)的極小改變?chǔ)摩缚梢员硎緸闄C(jī)械手極小運(yùn)動(dòng)δΦ的函δΩ＝G(Φ) δΦ……………………………………… (1)
此處，G是一個(gè) 3×N的擾動(dòng)靈敏度矩陣。δΩ定義為瞬時(shí)擾動(dòng)。G的奇異值分解給出了衛(wèi)星最大干擾和最小干擾的方向和數(shù)量。如果Φ的變化量ΔΦ使衛(wèi)星姿態(tài)的變化量為ΔΩ，在公式（1）的數(shù)值積分將給出一個(gè)新的公式：ΔΩ＝F(Φ, ΔΦ) ………………………………… (2)
公式（2）表達(dá)的方程由一個(gè)不能顯式表達(dá)的數(shù)值積分得到。這需要對(duì)G重復(fù)進(jìn)行數(shù)值積分的大量的計(jì)算。
2 雙機(jī)械手RS地面模型及其C-空間量子化
為了研究RS自主控制技術(shù)，首先建立一個(gè)RS地面試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)空氣軸承來(lái)模擬微重力環(huán)境。RS試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢栽谠囼?yàn)臺(tái)中自由地飛行。該試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?
如圖2.1所示。
圖2.1雙機(jī)械手RS地面試驗(yàn)?zāi)Ｐ?
假設(shè)機(jī)械手有N個(gè)接點(diǎn)組成，且它們的角度為Φi，i=1，2，…,N。當(dāng)機(jī)械手的基礎(chǔ)固定時(shí)，矢量Φ=（Φ1，Φ2…,ΦN）組成機(jī)械手的C空間。對(duì)于微重力環(huán)境下的RS試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)說(shuō)，需要其他一些參數(shù)來(lái)決定RS的相對(duì)位置，例如Ω，人造衛(wèi)星姿態(tài)角矢量。用Ψ=(Ψ1, Ψ2)和Θ=(Θ1, Θ2)和表示兩個(gè)機(jī)械手的接點(diǎn)角矢量。這里Φ=(Ψ,Θ)，RS模型的相對(duì)位置由(Ω, Ψ1, Ψ2, Θ1, Θ2)來(lái)確定，其中Ψ1, Ψ2,Θ1,Θ2的值可以相互獨(dú)立。任何接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都會(huì)影響Ω的值：ΔΩ=F(Ψ,Θ, ΔΨ, ΔΘ)。
其中，F(xiàn)為公式（2）定義的函數(shù)。Ψ（或Θ）的變化會(huì)影響衛(wèi)星的姿態(tài)以及衛(wèi)星姿態(tài)矢量Ω的變化，從而導(dǎo)致機(jī)械手位置的變化。盡管干擾使控制問(wèn)題變得復(fù)雜，但是依然有可能利用動(dòng)態(tài)干擾來(lái)簡(jiǎn)化航天任務(wù)。例如，通過(guò)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，可以將衛(wèi)星姿態(tài)和另一個(gè)機(jī)械手的位置變動(dòng)到需要的相對(duì)方位上。
由于高維和復(fù)雜的動(dòng)態(tài)控制問(wèn)題，RS相對(duì)位置之間的關(guān)系很難用顯式表達(dá)。本文提出了C空間量子化方法，即將每個(gè)接點(diǎn)角Φi平均地分成Ni個(gè)點(diǎn)，如下公式（4）所示：
Φ(i, j)＝Φi’＋（Φi”－ Φi’）·j/（Ni－1）
i＝1,2,3,4. j＝0，1，…，Ni－1 Φi∈[Φi’,Φi”] (4)
因此，機(jī)械手的角矢量（Φ1，Φ2，Φ3，Φ4）量化為N1×N2×N3×N4點(diǎn)。定義這些點(diǎn)為參考節(jié)點(diǎn)（C-節(jié)點(diǎn)），并記C-節(jié)點(diǎn)為（a1，a2，a3，a4），ai∈[1, Ni],其中，ai 為正整數(shù)，i=1,2,3,4。對(duì)Ω也進(jìn)行同樣的過(guò)程。所有的C-節(jié)點(diǎn)及任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈接組成了RS量子化C-空間中的一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(CNN)。
定義8種C-節(jié)點(diǎn)的相鄰關(guān)系，即RS實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)每個(gè)具有8種標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的C-節(jié)點(diǎn)計(jì)算ΔΩ以建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基。在標(biāo)準(zhǔn)基中，基左邊為向量（a1，a2，a3，a4）和一種標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，基右邊為ΔΩ的值。則RS的C-空間就轉(zhuǎn)化成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基，它刻劃了RS的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)規(guī)劃中，我們可以從標(biāo)準(zhǔn)基中獲得ΔΩ的值而無(wú)須進(jìn)行大量計(jì)算。因此，這種方法可以支持運(yùn)動(dòng)規(guī)劃運(yùn)行得更快。
3 機(jī)械手協(xié)調(diào)方案
兩個(gè)機(jī)械手可以平等地工作來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)，如共同抓住目標(biāo)；或不平等地工作，如一個(gè)機(jī)械手完成需要的操作，另一個(gè)在某些方面協(xié)助第一個(gè)完成操作。為了分析雙機(jī)械手協(xié)調(diào)模式，我們提出了相對(duì)概念：主機(jī)械手和從機(jī)械手。
定義
主機(jī)械手（M-機(jī)械手）：完成主操作任務(wù)的機(jī)械手叫做主機(jī)械手。
從機(jī)械手（A-機(jī)械手）：幫助主機(jī)械手完成主操作任務(wù)的機(jī)械手叫做從機(jī)械手。
A-機(jī)械手的協(xié)助功能一般是擾亂衛(wèi)星主體的姿態(tài)。它的影響包括維持衛(wèi)星穩(wěn)定或相對(duì)穩(wěn)定，以及使衛(wèi)星主體變換到需要的姿態(tài)或位置。前一個(gè)降低M-機(jī)械手運(yùn)動(dòng)所造成的干擾；后一個(gè)通過(guò)制造干擾，使主體變換到需要的姿態(tài)。
通過(guò)上述分析，我們定義四種RS雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式。
穩(wěn)定功能：A-機(jī)械手通過(guò)抓取空間中的某些固定結(jié)構(gòu)來(lái)穩(wěn)定衛(wèi)星主體。
平衡功能：A-機(jī)械手通過(guò)移動(dòng)來(lái)使衛(wèi)星免受M-機(jī)械手的干擾。
調(diào)整功能：A-機(jī)械手通過(guò)移動(dòng)來(lái)干擾衛(wèi)星的姿態(tài)，來(lái)修正M-機(jī)械手的操作位置或工作空間。
協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)：兩個(gè)機(jī)械手同時(shí)地平等地進(jìn)行空間操作。
對(duì)于RS試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，四種協(xié)調(diào)運(yùn)作模式通常更形象地表示為：Ψ和Θ分別表示M-機(jī)械手的角矢量和A-機(jī)械手接點(diǎn)的角矢量；Ω表示主體姿態(tài)矢量。
穩(wěn)定功能：Δθ＝0，ΔΩ＝0，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑Ψ。
平衡功能：運(yùn)動(dòng)路徑Ψ給定，保持Ω不變或在某一特定范圍內(nèi)變動(dòng)，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑θ。
調(diào)整功能：運(yùn)動(dòng)路徑Ψ給定，Ω的初始值Ωi和最終值Ωj給定，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑θ。
協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)：操作任務(wù)給定，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑Ψ和θ。
4 協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法
首先，給定協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式的一般算法。然后，討論每種協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式下的特殊問(wèn)題。
算法
第一步 建立RS運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基：
1) 在定義域內(nèi)將Φj平均地分成Ni個(gè)點(diǎn)，i=1,2,3,4。
2) 構(gòu)造C-節(jié)點(diǎn)，表示為（a1，a2，a3，a4）。
3) 對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)和八種標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，計(jì)算ΔΩ并根據(jù)（a1，a2，a3，a4）的地址存儲(chǔ)在內(nèi)存中。
4) 構(gòu)造CNN，即RS的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基。
第二步 設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)f(n)。f(n)由特定的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式?jīng)Q定。
第三步 確定符合初始狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)n0并計(jì)算f(n0)，令n0為表示為n-當(dāng)前的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)。
第四步 確定符合目標(biāo)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)和函數(shù)值。
第五步 用A-臨近（n-當(dāng)前）表示n-當(dāng)前臨近節(jié)點(diǎn)的集合，并選擇使f值最小的節(jié)點(diǎn)為擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。在堆棧中保存n-當(dāng)前并令新的節(jié)點(diǎn)為n-當(dāng)前。
第六步 如果得到了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或目標(biāo)函數(shù)的最終值，轉(zhuǎn)至第七步。如果經(jīng)過(guò)了L步驟，沒(méi)有得到最優(yōu)值，則放棄LT節(jié)點(diǎn)并標(biāo)記路徑。返回第五步。
第七步 將C-節(jié)點(diǎn)序列翻譯為RS操作手的接點(diǎn)角。
第九步 結(jié)束。
這里，f(n)是啟發(fā)式搜索中估計(jì)函數(shù)。采用A*算法， f(n)＝g(n)＋h(n)，n為n-當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，g(n)是初始節(jié)點(diǎn)n0和n節(jié)點(diǎn)之間的 代價(jià)，h(n)是節(jié)點(diǎn)n和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間代價(jià)的估計(jì)。
四種協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式的C-節(jié)點(diǎn)之間的代價(jià)d定義如下。對(duì)于穩(wěn)定功能，d表示兩個(gè)相對(duì)位置下M-機(jī)械手末端效應(yīng)器之間的距離；對(duì)于平衡功能和調(diào)整功能，d表示兩種狀態(tài)下，衛(wèi)星姿態(tài)角度之差；對(duì)于協(xié)調(diào)操作，d由目標(biāo)和兩個(gè)操作手末端效應(yīng)器之間的距離之和決定。
5 計(jì)算機(jī)仿真
仿真試驗(yàn)在IBM PC 386上進(jìn)行，RS運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和圖形仿真使用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編程。
RS模型的主操作是捕獲目標(biāo)并避免與工作空間中的障礙物發(fā)生碰撞。四種協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式下的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果如圖5.1－圖5.2所示。
計(jì)算機(jī)仿真顯示RS雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模式和算法是合理而有效的。3-D RS模型的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和計(jì)算機(jī)仿真是作者的未來(lái)研究工作。
圖5.1 調(diào)整功能 圖5.2 協(xié)調(diào)操作
參考書目
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[2].Papadopoulos E. Dubowsky S. Coordinated Manipulator/Spacecraft Motion Control for Space Robotics System. In. Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, U.S.A., 1696-1701。
計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全和維護(hù)
1 計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全操作注意事項(xiàng)
在金屬切削操作中安全性一直是特別受關(guān)注的．由于計(jì)算機(jī)數(shù)控設(shè)備自動(dòng)化程度高并且速度快，所以它是一個(gè)危險(xiǎn)源。為了防止人員傷害和對(duì)設(shè)備的損壞，必須找出存在危險(xiǎn)的根源，且操作人員必須提高警惕。主要的 潛在危險(xiǎn)包括：旋轉(zhuǎn)部件，如主軸、主軸內(nèi)的刀具、卡盤、卡盤內(nèi)工件、帶著刀具的轉(zhuǎn)塔刀架以及旋轉(zhuǎn)的夾具裝置；運(yùn)動(dòng)部件，如加工中心的工作臺(tái)、車床拖板、尾架頂尖，多工序旋轉(zhuǎn)托盤；程序錯(cuò)誤，例如G00代碼的不正確使用而引起坐標(biāo)值錯(cuò)誤，產(chǎn)生意想不到的快速移動(dòng)；設(shè)置或改變偏移值時(shí)出錯(cuò)，可能導(dǎo)致刀具與工件或刀具與機(jī)床之間的碰撞；隨意地更改已驗(yàn)證的程序，也會(huì)引起機(jī)床產(chǎn)生危險(xiǎn)動(dòng)作。為了減少或避免危險(xiǎn)，盡量遵循以下保護(hù)措施。
(1) 使用機(jī)床制造商提供的機(jī)器原有保護(hù)罩。
(2) 帶上安全眼鏡、手套，穿上合適的衣服和鞋。
(3) 不熟悉機(jī)床操作前不要開(kāi)動(dòng)機(jī)床。
(4) 運(yùn)動(dòng)程序之前，確認(rèn)零件已被正確夾緊。
(5) 驗(yàn)證一個(gè)程序時(shí)，遵循下列安全步驟：
2 啟用機(jī)床鎖定功能運(yùn)行程序，檢查程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤 和幾何軌跡。
2 使用RAPID OVERRIDE快速倍率開(kāi)關(guān)降低速度或空運(yùn)行程序。
2 采用單程序段執(zhí)行來(lái)確認(rèn)程序中的每一行。
2 刀具切削時(shí)，用FEED OVERRIDE進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)減慢進(jìn)給速率，防止超負(fù)荷切削。
(6) 禁止用手處理切屑以及用切屑鉤子弄斷長(zhǎng)而卷曲的切屑。編制不同的切屑狀態(tài)程序以便更好地控制切屑。如果要徹底清除切屑，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉機(jī)床。
(7) 如果懷疑刀片在編程的切屑狀態(tài)下有可能折斷時(shí)，可選擇一個(gè)更厚的刀片及減少進(jìn)給或切屑深度。
(8) 盡可能保持刀具懸出短些，因?yàn)樗赡艹蔀橐粋€(gè)導(dǎo)致刀片折斷的振動(dòng)源。
(9) 當(dāng)頂尖支撐一個(gè)大零件時(shí)，確保中心孔足夠大足以支撐和夾住零件。
(10) 換刀、查找刀片或清理切屑時(shí)關(guān)閉機(jī)床。
(11) 替換已磨損或損壞的刀具和刀片。
(12) 列出現(xiàn)行刀具的偏移良清單，從機(jī)床上取下刀具，清除（設(shè)置為0）刀偏。
(13) 在未得到主管許可的情況下不得擅自更改程序。
(14) 如果你有任何與安全有關(guān)的擔(dān)憂，立即通知你的技術(shù)指 導(dǎo)和主管。
2 日常維護(hù)
2.1 外觀檢查
(1) 伺服電動(dòng)機(jī)、探測(cè)器或數(shù)控主單元上的機(jī)床用油（切削 油，潤(rùn)滑油）或者滲漏情況檢查。
(2) 可移動(dòng)部件的電纜上有無(wú)損傷或電纜絞后合情況檢查。
(3) 過(guò)濾器堵塞情況檢查。
(4) 控制面板的門是否打開(kāi)檢查。
(5) 外部環(huán)境震動(dòng)檢查。
(6) 數(shù)控裝置單元是否放置在有灰塵的位置。
(7) 引起高頻的某物體是否位于控制單元附近。
2.2 檢查控制單元內(nèi)部
檢查以下故障是否被排除：
（1） 電纜連接器松動(dòng)
（2） 裝配螺釘松動(dòng)
（3） 固定放大器螺釘松動(dòng)
（4） 冷卻風(fēng)扇工作異常
（5） 電纜損傷
（6） 印刷電路板插入不正確
2.3 故障診斷和維修
當(dāng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，應(yīng)找出原因以便采取適當(dāng)?shù)拇胧┡懦?。為此，?yīng)執(zhí)行下列檢查：
2.3.1 檢查故障發(fā)生狀態(tài) 檢查下列幾個(gè)方面：
(1) 故障出現(xiàn)時(shí)間？
(2) 在何種操作過(guò)程中出現(xiàn)故障？
(3) 什么故障？
(4) 故障何時(shí)發(fā)生？
即故障發(fā)生時(shí)的具體時(shí)間。
(5) 在何種操作過(guò)程中發(fā)生故障？何種運(yùn)行方式？
a) 對(duì)于某項(xiàng)自動(dòng)操作…程序號(hào)，序列號(hào)，程序內(nèi)容？
b) 對(duì)于手動(dòng)操作…模式？
c) 什么操作步驟？
d) 前一步和后一步操作？
e) 設(shè)置/顯示的單元屏幕是什么？
f) 是否發(fā)生在輸入輸出操作過(guò)程中？
g) 機(jī)床系統(tǒng)狀態(tài)如何？
h) 是否發(fā)生在換刀過(guò)程中？
i) 受控制的軸跟蹤檢測(cè)情況如何？
(6) 發(fā)生了什么故障？
(7) 設(shè)置/顯示的單元屏幕上警告監(jiān)測(cè)的報(bào)警內(nèi)容。
(8) 運(yùn)用顯示警報(bào)診斷屏幕來(lái)檢查報(bào)告內(nèi)容。
(9) 驅(qū)動(dòng)放大器狀態(tài)顯示什么？
(10) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)放大器狀態(tài)顯示檢查報(bào)告內(nèi)容。
(11) 加工順序報(bào)警顯示表示什么？
(12) CRT顯示屏幕是否正常？
(13) 控制軸是否在跟蹤？
(14) 故障頻率
(15) 什么時(shí)候故障發(fā)生？頻率怎樣？（另一臺(tái)機(jī)床的操作過(guò)程中故障是否出現(xiàn)？）
(16) 如果頻率很小或者在另一臺(tái)機(jī)床的操作過(guò)程中出現(xiàn)故障，那么，故障的原因可能是供電電壓的干擾。在這種情況下，檢查a.供應(yīng)電源是否正常（在另一臺(tái)機(jī)床的操作過(guò)程中是否發(fā)生瞬時(shí)壓降？）b.采取措施抗干擾。
(17) 是否發(fā)生在特殊工作模式？
(18) 什么時(shí)候達(dá)到最高行程？
(19) 同一類工作的頻率是多少？
(20) 當(dāng)執(zhí)行相同操作是故障是否發(fā)生？（重復(fù)性檢查）
(21) 改變狀態(tài)（進(jìn)給倍率，程序內(nèi)容，加工順序等等）。
(22) 是否發(fā)生相同的故障？
原文說(shuō)明
原文說(shuō)明的內(nèi)容是：提出了自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星（RS）雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。接著介紹了雙機(jī)械手RS協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的四種模式。還介紹了雙機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。最后，給出了微重力環(huán)境下，RS俘獲目標(biāo)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃姆N協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。仿真試驗(yàn)顯示本文所提出的運(yùn)動(dòng)模型和規(guī)劃算法是非常有效的。另一篇是介紹計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全維護(hù)。 .
題名：《自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)》
《計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全和維護(hù)》
作者：劉宏 洪炳熔 蔡鶴皋
蔣忠理
來(lái)源：高校出版社《自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星機(jī)械手》
機(jī)械工業(yè)出版社《機(jī)電與數(shù)控專業(yè)英語(yǔ)》
20
題目：封焊機(jī)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2013年04月
封焊機(jī)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
本文通過(guò)對(duì)機(jī)械手的組成和分類，及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r的了解，進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手用四自由度和圓柱坐標(biāo)型式。
本機(jī)械手為上料機(jī)械手，為使其通用性加強(qiáng)，故同時(shí)設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)和吸附式手部結(jié)構(gòu)，可以更換使用。計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)汽缸的驅(qū)動(dòng)力矩，確定了相關(guān)尺寸，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)了手臂伸縮，升降用液壓緩沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器。
關(guān)鍵詞 上料；機(jī)械手；氣缸
I
Seal Welding Machine Automatic Feeding Mechanism Design
Abstract
In this paper, the composition and classification of the robot, and the development of domestic and international understanding of the status, the overall design, the robot with four degrees of freedom and cylindrical coordinates type.
The robot feeding robot, to its versatility strengthen, while the design of the robot holding hands structure and adsorption hand structure, you can replace the use of. Calculate the torque required to drive the rotation of the wrist and the drive torque of the rotary cylinder, with a hydraulic buffer identified by relative size, the design of the robotic wrist structure; design of the robotic arm junction structure; design of the telescopic arm lifting The rotary arm with hydraulic shock absorber.
Keywords： feeding robot；cylinder.；manipulator
1
目 錄
1 緒論 1
1.1 工業(yè)機(jī)械手概述 1
1.1.1 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2 機(jī)械手的組成和分類 3
1.2.1機(jī)械手的組成 3
1.2.2 機(jī)械手的分類 5
2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 7
2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 7
2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7
2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7
2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 8
2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 8
2.6 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 8
2.7 機(jī)械手的主要參數(shù) 8
2.8.機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 9
3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 11
3.1.1手指的形狀和分類 11
3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 11
3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 12
4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4.1 手腕的自由度 16
4. 2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 16
4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 16
4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 19
5 手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 21
5.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 21
5.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì) 21
5.1.2 尺寸校核 21
5.1.3.導(dǎo)向裝置 22
5.1.4 平衡裝置 22
5.2手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 22
5.2.1 尺寸設(shè)計(jì) 22
5.2.2 尺寸校核 23
5.3 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 24
5.3.1 尺寸設(shè)計(jì) 24
5.3.2 尺寸校核 24
6 結(jié)論 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 29
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 30
1 緒論
1.1 工業(yè)機(jī)械手概述
本課題為封焊機(jī)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，其實(shí)就是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手代替人手進(jìn)行晶體的上料。現(xiàn)代封焊機(jī)在把晶體底座和晶體帽封焊在一起時(shí)大多采用人工上料，人工上料不但速度慢、成本高、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、而且存在一定的安全隱患。生產(chǎn)的需要是最大的更新動(dòng)力，現(xiàn)設(shè)計(jì)一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手，不但可以提升產(chǎn)品的質(zhì)量還可以大大提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，改善工人的工作環(huán)境
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：封焊機(jī)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2013年04月
封焊機(jī)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
本文通過(guò)對(duì)機(jī)械手的組成和分類，及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r的了解，進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手用四自由度和圓柱坐標(biāo)型式。
本機(jī)械手為上料機(jī)械手，為使其通用性加強(qiáng)，故同時(shí)設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)和吸附式手部結(jié)構(gòu)，可以更換使用。計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)汽缸的驅(qū)動(dòng)力矩，確定了相關(guān)尺寸，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)了手臂伸縮，升降用液壓緩沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器。
關(guān)鍵詞 上料；機(jī)械手；氣缸
I
Seal Welding Machine Automatic Feeding Mechanism Design
Abstract
In this paper, the composition and classification of the robot, and the development of domestic and international understanding of the status, the overall design, the robot with four degrees of freedom and cylindrical coordinates type.
The robot feeding robot, to its versatility strengthen, while the design of the robot holding hands structure and adsorption hand structure, you can replace the use of. Calculate the torque required to drive the rotation of the wrist and the drive torque of the rotary cylinder, with a hydraulic buffer identified by relative size, the design of the robotic wrist structure; design of the robotic arm junction structure; design of the telescopic arm lifting The rotary arm with hydraulic shock absorber.
Keywords： feeding robot；cylinder.；manipulator
1
目 錄
1 緒論 1
1.1 工業(yè)機(jī)械手概述 1
1.1.1 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2 機(jī)械手的組成和分類 3
1.2.1機(jī)械手的組成 3
1.2.2 機(jī)械手的分類 5
2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 7
2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 7
2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7
2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7
2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 8
2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 8
2.6 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 8
2.7 機(jī)械手的主要參數(shù) 8
2.8.機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 9
3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 11
3.1.1手指的形狀和分類 11
3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 11
3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 12
4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4.1 手腕的自由度 16
4. 2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 16
4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 16
4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 19
5 手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 21
5.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 21
5.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì) 21
5.1.2 尺寸校核 21
5.1.3.導(dǎo)向裝置 22
5.1.4 平衡裝置 22
5.2手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 22
5.2.1 尺寸設(shè)計(jì) 22
5.2.2 尺寸校核 23
5.3 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 24
5.3.1 尺寸設(shè)計(jì) 24
5.3.2 尺寸校核 24
6 結(jié)論 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 29
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 30
1 緒論
1.1 工業(yè)機(jī)械手概述
本課題為封焊機(jī)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，其實(shí)就是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手代替人手進(jìn)行晶體的上料。現(xiàn)代封焊機(jī)在把晶體底座和晶體帽封焊在一起時(shí)大多采用人工上料，人工上料不但速度慢、成本高、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、而且存在一定的安全隱患。生產(chǎn)的需要是最大的更新動(dòng)力，現(xiàn)設(shè)計(jì)一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手，不但可以提升產(chǎn)品的質(zhì)量還可以大大提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，改善工人的工作環(huán)境
機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。
工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。
工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)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(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。
機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。
1
1
機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
1.1.1 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì):
(1)工業(yè)機(jī)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)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的65萬(wàn)美元。
(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)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(jī)器人整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。
(3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
(4)機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。
(6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。
(7)機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距等。
1.2 機(jī)械手的組成和分類
1.2.1機(jī)械手的組成
機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。
(1)執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)，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。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;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)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)手腕:
腕部：是機(jī)械手中聯(lián)接手部與臂部主要用來(lái)確定手部工作時(shí)位置并擴(kuò)大臂部動(dòng)作范圍的部件?？捎脕?lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。
目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于 ）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。
3) 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(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。
4) 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(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。
5) 行走機(jī)構(gòu):
當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式布為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。
6)機(jī)座:
機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。
(2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，是為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力的裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。
1）液壓式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由油缸、電磁閥、油泵和油箱等組成。其特點(diǎn)是操作力大、體積小、動(dòng)作平穩(wěn)、低速性好、耐沖擊耐振動(dòng)。但漏油對(duì)系統(tǒng)的工作性能影響大。與氣壓式相比成本較高。
2）氣壓式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由氣缸、氣閥、空氣壓縮機(jī)（或由氣壓站直接供給）和儲(chǔ)氣罐等組成。其特點(diǎn)是氣源方便、維修簡(jiǎn)單、易于獲得高速度、成本低、防火防爆、漏氣對(duì)環(huán)境無(wú)影響。但操作力小、體積大，又由于空氣的壓縮性大、速度不易控制、響應(yīng)慢、動(dòng)作不平穩(wěn)、有沖擊，臂力一般不超過(guò)300N。
3）電氣式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般電電機(jī)驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是電源方便，信號(hào)傳遞運(yùn)算容易、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)力較大，適用于中小型工業(yè)機(jī)械手。但是必須使用減速機(jī)構(gòu)（如齒減速器、諧波齒輪減速器等），所需的電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)、DC伺服電機(jī)和AC伺服機(jī)電等。
4）機(jī)械式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、凸輪、齒輪齒條、連桿等機(jī)械裝置組成，傳動(dòng)可靠，適用于專一簡(jiǎn)單的機(jī)械手。這種方式結(jié)構(gòu)比較龐大。
號(hào)。
(2)控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)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(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
1.2.2 機(jī)械手的分類
工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。
(1)按用途分
機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:
1) 專用機(jī)械手
它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和加工中心。
2) 通用機(jī)械手
它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制，伺服型可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，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(jī)械手屬于數(shù)控類型。
(2) 按驅(qū)動(dòng)方式分
1) 液壓傳動(dòng)機(jī)械手
是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。
2) 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手
是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。
3) 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手
即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。
4) 電力傳動(dòng)機(jī)械手
即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。
(3)按控制方式分
1) 點(diǎn)位控制
它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。
2) 連續(xù)軌跡控制
它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案
對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度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:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(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，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)
頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。也可用于操作環(huán)境惡劣的生產(chǎn)場(chǎng)合。
2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度
按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度
2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部;當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。
2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)
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，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。
2.6 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)
考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)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)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。
2.7 機(jī)械手的主要參數(shù)
(1)機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為1公斤
(2)基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為。平均移動(dòng)速度為。平均回轉(zhuǎn)速度為。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為。手臂升降行程定為。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為。
2.8.機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表
一 用途:
用于封焊機(jī)的自動(dòng)上料
二 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):
1 抓重:
2 自由度數(shù):4個(gè)自由度
3 坐標(biāo)型式:圓柱坐標(biāo)
4 最大工作半徑:
5 手臂最大中心高:
6 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù): 伸縮行程
伸縮速度
升降行程
升降速度
回轉(zhuǎn)范圍
回轉(zhuǎn)速度
7 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù): 回轉(zhuǎn)范圍
回轉(zhuǎn)速度
8 定位方式:行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等
9 定位精度:
10 驅(qū)動(dòng)方式:氣壓傳動(dòng)
11 控制方式:點(diǎn)位控制（采用PLC）
圖2.1 機(jī)械手臂剖視圖
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部:如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)，
3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)
夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。
3.1.1手指的形狀和分類
夾持式是最常見(jiàn)的一種，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(或內(nèi)漲式)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(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。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，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。
3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題
1.具有足夠的握力(即夾緊力)
在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。
2.手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角
兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。
3.保證工件準(zhǔn)確定位
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。
4.具有足夠的強(qiáng)度和剛度
手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。
5.考慮被抓取對(duì)象的要求
根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。
3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)
1.手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算
本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，
圖3.1 齒輪齒條式手部
其工件重量G=1公斤，
V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為
(1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為:
(3.1)
(2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式:
(3.2)
所以
(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:
(3.3)
I,因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加
速度取時(shí)，則: (3.4)
所以
所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。
2.氣缸的直徑
本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為:
(3.5)
式中: - 活塞桿上的推力，N
- 彈簧反作用力，N
- 氣缸工作時(shí)的總阻力，N
- 氣缸工作壓力，Pa
彈簧反作用按下式計(jì)算:
(3.6)
(3.7)
= (3.8)
式中:- 彈簧剛度，N/m
- 彈簧預(yù)壓縮量，m
- 活塞行程，m
- 彈簧鋼絲直徑，m
- 彈簧平均直徑，.
- 彈簧有效圈數(shù).
- 彈簧材料剪切模量，一般取
在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則:
(3.9)
由以上分析得單向作用氣缸的直徑:
(3.10)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得
(3.11)
所以:
查有關(guān)手冊(cè)圓整，得
由,可得活塞桿直徑:
圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式 (3.12)
有: (3.13)
其中，[]，
則:
滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。
3.缸筒壁厚的設(shè)計(jì)
缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:
(3.14)
式中:6- 缸筒壁厚，mm
- 氣缸內(nèi)徑，mm
- 實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa
材料為:ZL3,[]=3MPa
代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:
(3.15)
取，則缸筒外徑為:
4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。
4.1 手腕的自由度
手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于，并且要求嚴(yán)格的密封。
4. 2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩
手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖4-1所示為手腕受力的示意圖。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1.工件2.手部3.手腕
圖4.1手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)
手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算:
(4.1)
式中: - 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩();
- 慣性力矩();
- 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩().,
- 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力
矩();
下面以圖4-1所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算:
1.手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M悅
若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為，則:
(4.2)
式中:- 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;
- 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量`。
若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:
(4.3)
式中: - 工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:
- 工件的重量(N);
- 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm),
- 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s);
- 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s);
— 起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。
2.手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏
+ () (4.4)
式中: - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N);
- 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)
當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則.
3.手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩
() (4.5)
式中: ，- 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm);
- 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承;
,- 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，
根據(jù),得:
(4.6)
(4.7)
同理，根據(jù)(F),得:
(4.8)
式中:- 的重量(N)
,— 如圖4-1所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).
4.轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。
4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算
在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè).當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為:
, 或 (4.9)
圖4.2 回轉(zhuǎn)氣缸簡(jiǎn)圖
式中:M—回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩((N·㎝);
P—回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力((N·㎝);
R—缸體內(nèi)壁半徑(cm);
r—輸出軸半徑(cm);
b—?jiǎng)悠瑢挾?cm).
上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。
5 手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5 手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)
手臂伸縮氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63：
5.1.2 尺寸校核
1.在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng),
則驅(qū)動(dòng)力：
(5.1)
測(cè)定手腕質(zhì)量為50kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力
(5.2)
2.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),
(5.3)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
總受力
所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求要求。
5.1.3.導(dǎo)向裝置
氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，
應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。
導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。
5.1.4 平衡裝置
在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。
5.2手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.2.1 尺寸設(shè)計(jì)
氣缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=110mm,半徑R=55mm,氣缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.4MPa,則驅(qū)動(dòng)力
(5.4)
5.2.2 尺寸校核
1.測(cè)定手腕質(zhì)量為80kg,則重力
(5.5)
2.設(shè)計(jì)加速度，則慣性力
(5.6)
3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)，
(5.7)
總受力
所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。
5.3 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.3.1 尺寸設(shè)計(jì)
氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,氣缸內(nèi)徑為,半徑R=105mm,軸徑半徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間0.5s,壓強(qiáng),
則力矩： (5.8)
5.3.2 尺寸校核
1．測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，
質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
(5.9)
（）
(5.10)
考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),
(5.11)
總驅(qū)動(dòng)力矩
(5.12)
設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。
6 結(jié)論
6 結(jié)論
1.采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。
工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，
不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。
2.機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn)
行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)
機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明
致謝
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)幾年間所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，通過(guò)這次設(shè)計(jì)把這幾年所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)課程作了一個(gè)總結(jié)和回顧，加深了對(duì)理論的理解，能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的全套思路，為將來(lái)在工作崗位和以后的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了大量的圖書資料以及網(wǎng)絡(luò)上的資料，包括機(jī)械零件、材料力學(xué)、液壓控制、幾何量公差與測(cè)量、機(jī)械制圖、機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等等，尤其是在從對(duì)各類設(shè)計(jì)手冊(cè)的查閱中，我的知識(shí)面得到了很大的提高；通過(guò)對(duì)該課題的獨(dú)立設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)械知識(shí)有了一個(gè)更加深入的了解，對(duì)機(jī)械這門學(xué)科有了進(jìn)一步的理解。也使我獨(dú)立設(shè)計(jì)的能里有了極大的提高。
由于本人設(shè)計(jì)水平有限、在課程中沒(méi)有接觸過(guò)機(jī)械手的相關(guān)課程，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不足，以及時(shí)間上的限制，在設(shè)計(jì)中難免存在一些錯(cuò)誤。懇請(qǐng)老師給予以批評(píng)以及指正。
再次表示感謝！
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明
秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的成果，不包含他人已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過(guò)的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了致謝。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名：
指導(dǎo)教師簽名：
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