液壓機械手直線運動液壓系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計

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1、 畢業(yè)設計 液壓機械手直線運動液壓系統(tǒng)的設計 系 部： 機械及自動化系 專 業(yè)： 機械制造及自動化 班 級： 機制09321 目錄 摘要 1 緒論 2 第一章 液壓系統(tǒng)的設計 4 1.對液壓系統(tǒng)的分析 4 1.1 液壓系統(tǒng)設計參數 4 1.2 工況分析 4 2.確定液壓系統(tǒng)的主要參數 5 2.1 確定系統(tǒng)最大工作壓力 5 2.2 液壓缸有效工作面積 5 2

2、.3 系統(tǒng)最大流量 5 2.4 計算液壓缸的主要結構尺寸 5 2.5 液壓執(zhí)行元件實際工作壓力 6 3.制定系統(tǒng)方案 6 3.1 執(zhí)行機構的確定 6 3.2 升降缸動作回路 6 3.3 伸縮缸動作回路 7 3.4 夾緊缸動作回路 7 3.5 系統(tǒng)安全方案的制定 7 4.液壓系統(tǒng)工作原理 7 5.液壓元件的計算與選擇 8 5.1 液壓泵及電動機的選擇 9 5.2 確定油箱的有效容積 9 5.3 系統(tǒng)部分液壓元件的選擇 9 第二章 PLC控制系統(tǒng)的設計 10 1.機械手PLC控制系統(tǒng)控制要求 10 1.1 機構要求 11 1

3、.2 工藝過程 1 1.3 控制要求 11 2.輸入輸出分析 13 3.控制程序容量估計 13 4.PLC選型 13 5.畫出輸入,輸出接線圖及相關圖表 13 6.程序設計 15 6.1 整體設計 15 6.2 手動控制程序 15 6.3 自動操作程序 16 6.4 輸出顯示程序 18 第三章 機械手結構設計 20 1 機械手的發(fā)展 20 2 機械手手抓結構設計 21 3 機械手手臂的設計 22 4 腰座結構的設計 22 5 動力臂的結構設計 23 6 控制系統(tǒng)的選擇 23 7 驅動系統(tǒng) 24 8 機械手的動作示意圖

4、 25 致謝 26 參考文獻 27 附錄 28 摘要 機械手模仿人的手部動作,按給定程序,軌跡和要求實現自動抓取,搬運和操作的自動裝置.其驅動方式多用液壓驅動. 在設計液壓系統(tǒng)時,對機械手的動作過程及工作情況進行分析,可以算出各執(zhí)行元件的最大負載F,運動速度V以及行程S等一系列參數.然后根據這些參數可以得出液壓系統(tǒng)的主要參數,系統(tǒng)最大工作壓力p和最大流量. 然后確定各執(zhí)行元件的工作壓力,流量和有效工作面積. 3個液壓缸的尺寸.根據液壓缸的缸徑和活塞桿的直徑和壓力,查機械設計手冊可以選用標準系列的液壓缸.根據系統(tǒng)工況分析和各執(zhí)行元件的壓力以及流量可以擬定液壓系統(tǒng)圖.在擬定液壓

5、系統(tǒng)圖時,充分考慮了各執(zhí)行元件所需要的條件以及各個階段對系統(tǒng)的需求.為滿足工況的要求.系統(tǒng)中設置了調速回路,保壓回路,平衡回路和安全措施等. 在本系統(tǒng)中充分考慮到了機械手的工況,在選擇各液壓回路時也充分考慮到了背壓,慣性沖擊力,管路壓力損失等對液壓系統(tǒng)帶來的影響.在本系統(tǒng)推廣方面,也可以在系統(tǒng)中加上回轉回路,這樣可以讓機械手更加靈活.用途更加廣泛.此液壓系統(tǒng)也可用于各種搬運以及起重設備中. 關鍵詞:液壓 PLC 機械手  緒論 機械手能模仿人手和臂的某些動作功能,用以按固定程序抓取、搬運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現生產的機械化和自動化,能在有害環(huán)

6、境下操作以保護人身安全.因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門.機械手可把人類從危險,繁重的體力勞動中解放出來,配合機械手工作.同時可極大地提高勞動生產率,加快實現工業(yè)生產機械化和自動化的步伐.下面介紹下機械手的歷史和前景. 機械手是在早期出現的古代機器人基礎上發(fā)展起來的,機械手研究始于20世紀中期,隨著計算機和自動化技術的發(fā)展,特別是1946年第一臺數字電子計算機問世以來,計算機取得了驚人的進步,向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展.同時,大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展,又為機器人的開發(fā)奠定了基礎.另一方面,核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質,在這

7、一需求背景下.美國于1947年開發(fā)了遙控機械手,1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手.機械手首先是從美國開始研制的.1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念,并申請了專利,該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節(jié).利用人手對機器人進行動作示教,機器人能實現動作的記錄和再現.這就是所謂的示教再現機器人.1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人.作為機器人產品最早的實用機型是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”. 從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來,這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一,紛紛探索開拓其實際應用的

8、領域.我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步,在國家的支持下,通過“七五”、“八五”科技攻關,目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術,控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術,運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產了部分機器人關鍵元器件,開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規(guī)模應用,弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上.但總的來看,我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離,如:可靠性低于國外產品:機器人應用工程起步較晚,應用領域窄,生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距,當前我國的機器人生產都是應用戶的要求

9、“一客戶,一次重新設計”,品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低,而且質量、可靠性不穩(wěn)定.因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術,對產品進行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設計,積極推進產業(yè)化進程,我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下,也取得了不少成果,其中最為突出的是水下機器人,6000m水下無纜機器人的成果居世界領先水平. 第一章:液壓系統(tǒng)的設計 1. 對液壓系統(tǒng)的分析 a) 液壓系統(tǒng)設計參數 負載最大壓力 上下最大行程 伸出最大行程 伸出最大速度 泵工作時的各缸最高壓力伸縮缸,夾緊缸,升降缸. b) 分析工況 根據液壓系統(tǒng)的

10、設計依據,對主機的工作過程進行分析即負載分析和運動分析,確定負載和速度在整個工作循環(huán)過程中得變化規(guī)律.然后計算執(zhí)行元件的主要參數,以及確定液壓系統(tǒng)的主要參數即工作壓力和最大流量. 啟動階段： (1) 加速階段： (2) 恒速階段： (3) 制動階段： (4) 式中FG為重力,若工作中執(zhí)行元件水平放置,則.為靜摩擦力, ,為靜摩擦系數,取,為對支承面的正壓力.為動摩擦力,為動摩擦系數取.為慣性阻力,.為速度變化量,為啟動或制動時間. 2. 確定液壓系統(tǒng)的主要參數 a) 根據機械手伸出

11、，上升，夾緊時的最大壓力和系統(tǒng)損失壓力，確定 系統(tǒng)的最大工作壓力： (1.1) b) 液壓缸有效工作面積： (1.2) c) 系統(tǒng)最大流量： (1.3) d) 計算液壓缸的主要結構尺寸 1) 確定升降缸的活塞及活塞桿的直徑 升降缸最大載荷時,為受壓使產品下降和提升產品.其載荷力為,工作 在受壓和拉伸狀態(tài).活塞直徑為: (式4) 根據液壓手冊,取標準

12、系列,取, 即活塞桿直徑為: (式5) 根據液壓手冊標準系列,取 2) 伸縮缸的活塞及活塞桿的直徑 伸縮缸直接控制機械手臂的伸出和縮回,主要承受縱向力(彎矩),軸向力較 小所以對活塞缸的強度要求較高,而對缸的伸出壓力并不需要很大. 伸縮缸移動最大載荷為其伸出頂緊之時,缸的回油流量雖經節(jié)流閥,但流量極小,故背壓視為零.故其活塞直徑為 .(式6) 根據液壓機械手冊,取,取, 即活塞桿直徑為: 圓整標準系列,取. 3) 確定夾緊缸的活塞及活塞桿直徑 夾緊缸最大載荷時,根據工況分析,機械手指夾緊

13、產品.需要較大的夾緊力以 至于不會讓產品滑落. 其活塞直徑為: (式7) 圓整標準系列取.取即活塞桿的直徑為: 根據液壓設計手冊,取標準系列 e) 液壓執(zhí)行元件實際工作壓力: 表一 f) 執(zhí)行元件名稱 載荷(KN) 背壓力(MPa) 工作壓力(MPa) 升降缸 80 0.5 4.5 伸縮缸 30 0.3 3.2 夾緊缸 60 0.3 4 3. 制定系統(tǒng)方案 根據該液壓系統(tǒng)的主機工作要求和工況分析.液壓系統(tǒng)主要包括3個液 壓缸,伸縮缸,升降缸,夾持缸,液壓系統(tǒng)采用單泵供油. 為了保證多缸運動互

14、不干擾,實現同步或非同步運動, 換向閥采用中位機能為“O”型換向閥.由于整個系統(tǒng)采用單泵供油.各缸所需流量相差較大,因此各缸選擇節(jié)流閥進行調速.此外,系統(tǒng)還設置了鎖緊保壓回路.平衡回路.以防止斷電,失壓等意外發(fā)生. 3.1 執(zhí)行機構的確定 本系統(tǒng)液壓驅動動作均為直線運動,各直線運動機構均采用單活塞桿雙作用 液壓缸直接驅動. 3.2 升降缸動作回路 升降缸要求實現平穩(wěn),可靠上升和下降.要克服慣性沖擊等.其運動方向直接 由電液換向閥直接驅動.回路設置單向節(jié)流閥用以調速和設置一定的背壓.另外,為防止垂直防止的液壓缸及其工作部件因自行下落或在下行云多功能藏獒功能因自重造成失控失速,特別在升

15、降缸動作回路中采用外控式順序閥來實現平衡控制.并控制其通流速度,限制執(zhí)行元件的運動速度,由于外控式順序閥不但具有很好的密封性,能起到對活塞很長時間的鎖緊定位作用.而且閥開口大小能自動適應不同載荷對背壓壓力的要求,保證了活塞下降速度的穩(wěn)定性不受載荷變化影響. 3.3 伸縮缸動作回路 在機械手臂伸出和縮回的過程中,運動速度也較快,平穩(wěn)性要求也不高,故只 采用了單向節(jié)流閥來調速,也能設置一定的背壓. 3.4 夾緊缸動作回路. 手指夾緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動的影響,保證牢固地夾緊工件,采用了液控單向閥鎖緊回路. 3.5 系統(tǒng)安全方案 本系統(tǒng)為保證安全生產,在溢流閥的遠程調控口設置了

16、一個兩位兩通的手動 換向閥,當系統(tǒng)出現意外時,可以直接用手動換向閥打開溢流閥的遠程調控口,直接讓系統(tǒng)卸荷.從而保證安全. 該液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中徐友亮變化較大,另外在夾緊后又要求有較長時間的保壓.雖采用單泵供油,但是在需要快速運動時可以采用蓄能器和泵同時供油. 液壓系統(tǒng)圖見附錄<圖一> 機械手原位 手臂伸出 手臂下降 手指夾緊 手臂縮回 手臂下降 手指松開 手臂上升 圖2.液壓機械手動作順序圖 4. 液壓系統(tǒng)工作原理 1. 按下啟動按鈕后，泵啟動給系統(tǒng)供油，同時1YA]得電。閥1處左位，油液通 過單向閥，缸1左腔進油，控制機械手臂伸出。當活塞

17、伸出碰到定位擋塊，左腔持續(xù)進油，回路壓力升高，當油液壓力達到壓力繼電器(K1)的調定壓力時，壓力繼電器動作。1YA失電，液壓閥1處中位，缸1鎖緊。同時使3得電。 2. 閥2處左位，油液經過節(jié)流閥.，缸2下油腔進油，當回路壓力達到順序的 開啟壓力時，順序閥打開，控制機械手下降，當活塞運動到下極限位置碰到定位擋塊時，液壓缸2內持續(xù)進油，回路壓力升高，當油液壓力達到壓力繼電器K4動作。5YA得電。 3. 閥3處左位，油液經過單向閥進入液壓缸3的左腔。控制機械手手指夾緊工 產品，當活塞碰到行程開關S2時，5YA失電，閥3處中位。同時4YA得電。 4. 閥2處右位油液經過右邊的單向閥流入缸2的

18、上腔，控制機械手上升，當缸 2的活塞運動到極限位置時，壓力繼電器K3動作，控制4YA失電，閥2處中位，同時2YA得電， 5. 閥1處右位，油液經過單向閥進入液壓缸1的右腔，控制機械手縮回，當活 塞運動到左端極限位置時,液壓繼電器K1動作,控制3YA得電. 6. 閥2處左位，油液經過節(jié)流閥，缸2下油腔進油，當回路壓力達到順序閥的 開啟壓力時，順序閥打開，控制機械手下降，當活塞運動到極限位置時，液壓缸2內持續(xù)進油，回路壓力升高，當油液壓力達到壓力繼電器K4動作。同時6得電。 7. 閥3處右位，夾緊缸在液壓力下縮回，機械手指在彈簧張力下自動回位，從 而使機械手松開工件。當液壓缸3退回碰

19、到時，控制2YA得電，從而使得液壓缸1上升（即復原位），等待下一個循環(huán)。 4. 液壓元件的計算與選擇 4.1 液壓泵及電動機的選擇 液壓泵的最大工作壓力： 根據系統(tǒng)工況，最大流量q確定液壓泵的最大供油量 考慮到系統(tǒng)泄漏的修正系數，取. 根據設計要求和系統(tǒng)工況可確定液壓泵的類型，然后根據算出的和,參照產品樣本，即可選擇液壓泵的規(guī)格和型號. 在整個工作循環(huán)中，液壓泵的工作壓力和流量比較穩(wěn)定,則液壓泵的驅動功率為 選用標準5.5kw的電動機. 4.2 確定油箱的有效容積 已知所選泵的總流量為50.4(L/min),這樣液壓泵沒分鐘排出來壓 力油的體積為0

20、.5,根據液壓設計手冊,取a=5,算出有效面積為: 4.3 部分液壓系統(tǒng)元件列表 第二章PLC控制系統(tǒng)的設計 1.機械手直線運動PLC控制系統(tǒng)控制要求 圖2-1機械手的工作示意圖 1.1 機械結構在圖2-1中，機械手的所有動作均采用液壓驅動。它的上升/下降，左 移/右移和夾緊/放松均采用雙線圈三位電磁閥推動液壓缸完成。當某個電磁閥線圈通電時，就一直保持當前的機械動作，直到相反動作的線圈通電為止。例如當下降電磁閥通電后，機械手下降，即使線圈再斷電后，仍保持當前的下降動作狀態(tài)，直到上升電磁閥線圈通電為止。夾緊/放松電磁閥處中位具有保持前一個動作的功能。 為了

21、保證動作準確到位，機械手上安裝了壓力繼電器(視為限位開關）SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分別對機械手進行下降、上升、右行、左行等動作的限位，并給出了動作到位的信號。另外，還安裝了光電開關SP負責監(jiān)測工作臺B上的工件是否已移走,從而產生無工件信號,為下一個工件的下放做好準備. 1.2 工藝過程 機械手的動作順序、檢測元件和執(zhí)行元件的布置如圖2-2所示。機械手的初始位置在原位，按下起動按鈕后，機械手將依次完成：手臂伸出→手臂下降→手臂夾緊→手臂上升→手臂縮回→手臂下降→手臂松開手臂上升8個動作，實現機械手一個周期的動作。機械手的下降、上升、右移、左移的動作轉換靠限位開關來控制，而夾緊放松動作

22、的轉換是由時間繼電器來控制的. 圖2-2系統(tǒng)結構示意圖 為了保證安全，機械手右移到位后，必須在工作臺B上無工件時才能下降。若上一次搬到右工作臺上的工件尚未移走，則機械手應自動暫停等待。為此設置了一只光電開關，以檢測“無工件”信號。 1.3 控制要求 工作臺A、B上工件的傳送不用PLC控制。機械手要求按一定的順序動作，其流程圖如圖2-3所示。 2-3控制系統(tǒng)流程圖 起動時，機械手從原點開始順序動作。停止時，機械手停止在現行工步上。 重新起動時，機械手按停止前的動作繼續(xù)進行。 為滿足生產要求，機械手設置有手動工作和自動工作兩種方式，而自動工作方式又分為單步、單周和連

23、續(xù)工作方式。 1) 手動工作方式：利用按鈕對機械手每一步單獨進行控制，例如，按“上升”按鈕，機械手上升；按“下降”按鈕，機械手下降。此種工作方式可使機械手置原位。 2) 單步工作方式：從原點開始，按自動工作循環(huán)的工序，每按一下“起動”按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。 3) 單周期工作方式：按下起動按鈕，從原點開始，機械手按工步自動完成一個周期的動作后，停在原位。 4) 連續(xù)工作方式：機構在原位時，按下起動按鈕，機構自動連續(xù)地執(zhí)行周期動作。當按下停止按鈕時，機械手保持當前狀態(tài)。重新恢復后機械手按停止

24、前的動作繼續(xù)進行。 2. 輸入、輸出分析 根據控制要求分析，系統(tǒng)為開關量順序控制系統(tǒng)。 輸入共有14個開關量控制信號和一個4位多檔轉換開關：起動按鈕、停止按鈕、下降按鈕、上升按鈕、左移按鈕、右移按鈕、夾緊按鈕、松開按鈕、上限位、下限位、左限位、右限位、無工件檢測和模式選擇開關。 輸出共有6個開關量控制信號：下降電磁閥、上升電磁閥、左移電磁閥、右移電磁閥、夾緊/松開電磁閥和原位顯示。 3. 控制程序容量估計 從控制要求來看出，系統(tǒng)為開關量循環(huán)控制系統(tǒng)，每個工作循環(huán)共有10步，每一步只是完成一些簡單動作，程序比較簡單，200步內即可實現。 4. PLC選型 根據控制要求分析，PLC

25、控制系統(tǒng)選用SIEMNS公司的S7-200系列CPU 224和EM221，其輸入、輸出端子電氣接線圖如圖2-4所示。 5. 畫出輸入、輸出接線圖及相關的圖紙 圖<2-4> 控制系統(tǒng)PLC外部接線 根據電路要求，輸入、輸出地址分配見表2-5。 表2-5輸入、輸出地址分配 輸入 輸出 符號 地址 功能 符號 地址 功能 SB1 I0.0 起動 KM1 Q0.0 下降 SB2 I0.1 下限 KM2 Q0.1 夾緊，松開 SB3 I0.2 上限 KM3 Q0.2 上升 SB4 I0.3 右限 KM4 Q0.3 右移

26、SB5 I0.4 左限 KM5 Q0.4 左移 SP I0.5 無工件檢測 LAMP Q0.5 原位顯示 SB6 I0.6 停止 KA I0.7 手動 I1.0 單步 I1.1 單周期 I1.2 連續(xù) SB7 I1.3 下降 SB8 I1.4 上升 SB9 I1.5 右移 SB10 I2.0 左移 SB11 I2.1 夾緊 SB12 I2.2 放松 SB13 I2.3

27、復位 6. 設計程序 6.1 整體設計 手動程序和自動程序分別編成相對獨立的子程序模塊，通過調用指令進行功能選擇。當工作方式選擇開關選擇手動工作方式時，I0.7接通，執(zhí)行手動工作程序；當工作方式選擇開關選擇自動方式（單步、單周、連續(xù)）時，I1.0、I1.1、I1.2分別接通，執(zhí)行自動控制程序。整體設計的梯形圖（主程序）如圖2-6所示。 6.2 手動控制程序 手動操作不需要按工序順序動作，可以按普通繼電器接觸器控制系統(tǒng)來設計。手動控制的梯形圖見子程序O。手動按鈕I1.3、I1.4、I1.5、I2.0、I2.1、I2.2分別控制下降、上升、右移、左移、夾緊、松開、各個動

28、作。為了保持系統(tǒng)的安全運行，設置了一些必要的連鎖保護，其中左右移動的控制環(huán)節(jié)中加入了I0.2作為上限連鎖。因為機械手只有處于上限位置（I0.2=1）時才允許左右移動。手動控制的程序如圖2-7所示。 2-6主程序梯形圖 2-7手動程序梯形圖 6.3 自動操作程序 機械手的自動操作流程圖如圖2-3所示。對于順序控制可用多種方法進行編程，用移位寄存器也很容易實現這種控制功能，轉換的條件由各行程開關及定時器的狀態(tài)來決定。 機械手的夾緊和松開動作的控制原則，可以采用壓力檢測、位置檢測或按照時間的原則進行控制。本例題用定時器T37控制夾緊時間，T38控制放松時間。其工作過程分析如下

29、。 1) 機構處于原位，上限位和左限位行程開關閉合，I0.2、I0.4接通，移位寄存器首位M1.0置“1”，0.5輸出原位顯示，機構當前處于原位。 2) 按下啟動按鈕，I0.0接通，產生移位信號，使移位集訓期右移一位，M1.1置“1”（同時M1.0恢復為零），M1.1得電，Q0.0輸出下降信號。 3) 下降至下限位，下限位開關受壓，I0.1接通，移位寄存器右移一位，移位結果使M1.2置“1”（其余為零），Q0.1接通，夾緊動作開始，同時T37接通，定時器開始計時。 4) 經延時，T37觸點接通，移位寄存器又右移一位，是M1.3置“1”（其余為零），Q0.2接通，機構上升，由于M1.2為

30、1，夾緊動作繼續(xù)執(zhí)行。 5) 上升至上限位，上限位開關受壓，I0.2接通，寄存器再右移一位，M1.4置“1（其余為零），Q0.3接通，機構右行。 6) 右行至右限位，I0.3接通，將寄存器中“1”移到M1.5,Q0.0得電，機構再次下降。 7) 下降至下限位，下限位開關受壓，移位寄存器又右移一位，使M1.6置"1"(其余為零），Q0.1復位，機構松開，放下搬運零件同時接通T38定時器，定時器開始計時。 8) 延時時間到，T38動合點閉合，移位寄存器右移一位，M1.7置“1”（其余為零），Q0.2再次得電上升。 9) 上升至上限位，上限位開關受壓，I0.2閉合，移位寄存器右移一位，M2

31、.1置“1”（其余為零），Q0.4置“1”，機構左行。 左行至原位后，左限位開關受壓，I0.4接通，寄存器仍右移一位，M2.1置“1”（其余為零),一個自動循環(huán)結束。 自動操作程序中包含了單周或連續(xù)運動。程序執(zhí)行單周或連續(xù)取決于工作方式選擇開關，當選擇連續(xù)方式時，I1.2使M0.0置“1”。當機構回到原位時，移位寄存器自動復位，并使M1.0為“1”。同時I1.2閉合，又獲得一個移位信號，機構按順序反復執(zhí)行。當選擇單周期操作方式時，I1.1使M0.0為“0”。當機構回到原位時，按下起動按鈕，機構自動動作一個運動周期后停止在原位。 圖2-8自動操作程序控制圖

32、6.4 輸出顯示程序 機械手的運動主要包括上升、下降、左行、右行、夾緊、松開，在控制程序中M1.1、M1.5分別控制左右下降，M1.2控制夾緊，M1.6控制松開，M1.3、M1.7分別控制左右上升，M1.4、M2.0分別控制右、左運行，M1.0原位顯示。設計輸出梯形圖如圖2-8所示。 圖2-8輸出顯示程序 第三章 機械手的結構設計 1. 機械手工作的分析 　　機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 機械手由以下結構： 執(zhí)行機構——驅動-傳動機構——控制系統(tǒng)——智能系統(tǒng)——遠程診斷監(jiān)控系

33、統(tǒng)，五部分組成。 機械手的設計構想是以人的手為基礎，以機械拉來實現人的動作，它的動作由以下三部分來實現： 1、肩的前后動作 2、肘的上下動作 3、腕(手)的動作 驅動-傳動機構與執(zhí)行機構是相輔相成的，在驅動系統(tǒng)中可以分:機械式、電氣式、液壓式和復合式，本設計主要設計PLC和液壓復合式的控制。 　　控制系統(tǒng)采用西門子PLC控制。本設計運動形式:前后、上下兩個自由度運動，均由液壓伺服系統(tǒng)控　　該控制系統(tǒng)的設計是可以給操作臂一個信號的動力反饋系統(tǒng)。該工作臂類似一個伸縮儀。在方位、肩部和肘部上的軸直接控制位置，利用主臂控制速度。在機械手的操作柄有一個按鈕來控制工作頭（降低、翻轉

34、、傾斜和抓住的裝置）?？刂葡到y(tǒng)的特性是可以使操縱器以一定的速度和精確性進行工作。 　　工業(yè)機械手的結構是基于模組塊系統(tǒng)上的，模組塊系統(tǒng)適合于提高移動的速度或特殊類型的工作。在設計上考慮維修的簡單性。維修的人員需要具備一定的資格，應能處理一般的機械設備的問題或通常液壓件的安裝。 工業(yè)機械手傳輸在末端工具上的力或負載的感覺到操作者的手中(動力反饋)“動力反饋”的意思是在機械手臂末端上的力有一小部分反饋到操作柄。減少比率意味著操作者必須用2公斤的力才能將工具額定的負載舉起。對于動力反饋，操作者有機會感覺在方位、肩部和肘部的軸的負載改變的不同情況(慣性和加速度)。通過提供額外的力，操作者可以優(yōu)先確

35、定使用的力和搬運的路徑，目的是為了獲得一個快慢速. 2. 機械手手爪結構設計 3.2.1 設計要求 手爪是用來進行操作及作業(yè)的裝置，其種類很多，根據操作及作業(yè)方式的不同，分為搬運用、加工用、測量用等。本次設計主要是針對搬運用，而搬運用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體。 一般工業(yè)機械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內撐式兩種。 3.2.2機械手手腕結構的設計 機械手手腕是機械手操作機的最末端，與手爪相連接，它與機械手手臂配合，使手爪在空間運動，完成所需要的作業(yè)動作。 圖3-1.手臂、手爪的機械機構簡圖

36、 3. 機械手手臂的設計 3.3.1手臂結構的設計要求 機械手的手臂在工作時，要承受一定的載荷，且其運動本身具有一定的速度，因此，機械手手臂的設計需要遵循以下設計要求： 1工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度有密切的關系，因此手臂尺寸設計應合理，一般滿足其工作空間即可。 2為了提高機械手的運動速度與控制精度，應在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。 3.3.2機械手手臂的結構 該機械手采用直角坐標系式結構方式，該種結構的三個運動方向相對獨立，不會受到其他方向運動的影響，所以該機械手運動更加符合本次題目要求。

37、 考慮到本機械手采用液壓控制，綜合各方面決定將機械手臂的上下臂都采用液壓缸來代替，機械手爪的張、合也用液壓缸來控制，這三個分別為機械手的上臂、下臂以及手爪的輔助部分。 4. 腰座結構的設計 機械手的腰座，就是機械手的回轉基座。它是機械手的第一個回轉關節(jié)，承受了機械手的全部重量。因此在設計機械手腰座結構時，有以下設計要求： 由于腰座要承受機械手全部的重量和載荷，因此，機械手腰座的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力它對機械手末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度。 腰部結構要便于安裝、調整。要有可靠的定位基準面和調整機構。且腰座要安裝在足夠

38、大的基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。 5. 動力臂的機械構造 動力臂由上臂和一個較底臂(下臂)連接組成，它建立一個軸的支撐上。在垂直面的運動是上臂的水平運動和下臂的上下運動疊加而獲得的。上、下臂的運動是通過液壓缸直接控制，手爪的運動是由液壓缸與一個鉸鏈機構來控制。通過橫梁和和肘部零件的連接保持最終配置部件的位置恒定不便。這樣上臂和下臂的運動各自具有獨立的方向。 6. 控制系統(tǒng) 本機械手采用液壓控制和PLC兩種控制方式并用，相輔相成。液壓控制主要是利用電磁閥和液壓缸。 機械手的控制運用plc編程來控制，PLC以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易的完成順序邏輯，運動控制，

39、定時控制，記數控制，數字運算，數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，而從實現生產過程的自動控制。 PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現的"冒險競爭"，其控制結果總是確定的；而且又能應急處理急于處理的控制，保證了PLC對應急情況的及時響應，使PLC能可靠地工作 PlC的可靠性好，它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復時間也很短，幾小時以至于幾分鐘即可 在機械手運動的極限位置都裝有位置開關，當機械手運動到位時觸碰開關同時將信號傳替到cpu經過PLC來控制下一個動作。 圖3-3機械手位置控制原

40、理圖 該系統(tǒng)并裝有壓力傳感器，它將負載信號輸送到電子控制器，起到動壓反饋的作用，它將改善系統(tǒng)的動態(tài)特性（如：穩(wěn)定性等） 7. 驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)可以選擇液壓驅動，氣動和伺服電機作為機械手的驅動系統(tǒng)，但是根據本次設計的要求選擇液壓系統(tǒng)作為本次的驅動系統(tǒng) 液壓驅動的機械手具有很大的抓取能力，可抓取質量達上百公斤的的物體，油壓可達7MPA,液壓傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但對密封性要求高，不宜在高溫和低溫現場工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。 8. 機械手的動作示意圖 圖3-3機械手的動作示意圖 致 謝 二個月時間的畢業(yè)課題設計是我大學生活中忙碌而又充實一段時光.這里有治學嚴謹而又

41、親切的老師,有互相幫助的同學，更有積極、向上、融洽的學習生活氛圍.短短的時間里,我學到了很多的東西.不僅學到就更多的理論知識,擴展了知識面,提高了自己的實際操作能力,而且學會了如何去學習新的知識,學會了面對困難和挑戰(zhàn).學會了團結合作.借此論文之際,向所有幫助、關心、支持我的 老師、朋友同學，表達我最真誠的謝意。 首先感謝指導老師厲老師,本論文是在老師耐心指導下完成的.幾度我遇到困難,感覺到滿無頭緒和無助時,是老師點我撥開了云霧,使我茅塞頓開.在此,我對老師的耐心指導和幫助表達我最真誠的謝意,感謝老師在這幾個月來所付出的努力.在這段時間里,我從小組成員身上不僅學到了許多的專業(yè)知識,更

42、感受到了其他以外的精神,生活中的平易近人.此外,老師的嚴謹治學態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學習.在此,請允許我對說一聲：“老師，您辛苦了！”再次感謝您. 非常感謝我的同學。當我在畢業(yè)設計過程中遇到問題和困難時,是他們給我提出許多關鍵性的意見和建議,使我對整個的思路有了總體的把握,并耐心的幫我解決了許多實際問題,使我獲益良多. 同時,感謝三年來傳授我知識的老師們,更要感謝我的家人及朋友對我學業(yè)上的支持和鼓勵,感謝所有關心,幫助過我的人,同時感謝我的大學. 總之，在以后的學習、工作、生活中我將更加努力,用自己的行動回報社會、學校、老師及同學. 參考文獻 1.

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