直行搬运机械手的设计说明书

11 前言1.1 概述在现代化的工业生产中，生产的机械化，自动化已得到长足的发展并将逐步成为主要的趋势。生产的自动化已经在有的行业得到了普及，采用全自动化机械手进行装配更是目前研究的重点。直行搬运作为一种搬运方式也得到了很大的发展，直行搬运常用的表现形式是搬运机械手。所以在本设计中主要针对搬运机械手进行了设计。1.2 设计的目的机械手设计是机械设计、机械制造和机电一体化的综合应用，是大学课程的一次大的总结和回顾。通过设计提高了本人机构分析和机构设计的能力，锻炼了运用液压系统和电气系统的能力，为即将走向工作的我们打下良好的专业基础和设计基础。1) 通过设计，把有关课程（机械原理、理论力学、机械设计、液压与气压传动、测试技术、电子电工、可编程控制器 原理 应用 网络、微型计算机控制等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使所学的知识得到巩固和提升。2) 通过设计，培养独立的机械设计的能力，树立正确的设计思路，掌握机电一体化设计的基本方法和步骤。3) 通过设计，使自己能熟练地应用有关参考资料、手册和规范；熟悉国家有关标准。4) 通过设计，锻炼自己的动手能力，解决问题、处理问题的能力，让我养成一丝不苟，认真踏实的习惯。1.3 设计的意义随着科学技术的发展，机械手的应用逐渐广泛，特别是在工业领域，更起到了不可替代的作用。搬运机械手作为机械手的一个类型，也得到了极大的运用。搬运机械手是一种交互性很强的搬运工具，它可以代替人类繁重的体力劳动，尤其是在许多特殊环境中，如水下作业，有毒，放射性等恶劣的劳动环境下。机械手的应用可以有效提高劳动生产率，减轻了工人的劳动强度，能够为社会带来良好的经济效益。直行搬运机械手在繁重，重复的工业转配过程中得到了越来越广泛的应用，所以对直行搬运机械手的设计和研究是非常有意义非常有必要的。21.4 直行搬运机械手的设计内容所谓机电一体化技术，是指机械工程技术和微电子技术、信息处理技术、传感技术等相结合的一门技术 1。因此，我们的设计理所当然也包含了机械部分的设计和电气部分的设计，其主要设计内容如下：1) 根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部、臂部和机身。2) 各个部件设计的有关计算。3) 机械手机械装配图的绘制4) 驱动系统的设计5) 电气控制部分的设计1.5 机械手的组成工业机械手由执行机构、驱动系统和控制系统组成，其个部关系如图 11：控制系统 驱动系统 执行系统位置检测装置工件图 11 机械手的主要组成图1. 控制系统本机械手采用可编程序控制器控制，主要控制其坐标位置。2. 驱动系统驱动机构有气动、液压、电动和机械式四种形式 1。液压式速度快，动力大，技术成熟，机构简单，成本低，采用点位控制，有较高的定位精度。所以我选择液压式驱动机构。3. 执行机构执行机构主要由手部、臂部和机身组成。1) 手部一般手部分为回转型或平移型，因为回转型结构比较简单，所以我选用回转型手部。传力机构形式较多，常见的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式等 2。本设计选择滑槽杠杆式。2) 臂部手臂是支撑被抓物体、手部等的重要部件，同时它还带动被抓取的物件，按预定要去将其搬运到指定位置。1.6 机械手的规格参数3机械手的规格参数，主要是说明机械手规格和性能的具体指标，一般包括以下几个方面：1) 抓重：额定抓取重量或者称额定负载，本机械手的抓重范围在 1-60之间；2) 自由度数目和坐标形式：整机有三个自由度，坐标形式为直角坐标系；3) 驱动方式：采用液压方式驱动；4) 能传送的工件重量：从 30kg-60kg；5) 手臂运动参数：升降液压缸的行程为 500mm，伸缩液压缸的行程为400mm；6) 定位精度：1mm；7) 控制方式：自动控制和手动操作两种控制方式；42 机械部分的设计2.1 机械手手部的选择与计算手部是用直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状、尺寸大小、质量、材料性能、表面状况的不同而不同。归结起来，常用的手部，按照其握持工件的原理，大致分为夹持型和吸附两大类 2。根据要求我选用夹持型。夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式 2。夹持类手部按其手指夹持工作时的运动方式不同划分为手指回转型和平移型。本设计选用夹钳式手部，其手部主要有三部分组成，分别是手指、传动机构和驱动装置 3。本设计采用两个手指，驱动装置为液压驱动装置，传动装置为滑槽连杆装置。根据回转型支点个数，选择单支点式，如图 21图 21 单支点回转型2.1.1 手部的计算本设计选用滑槽杠杆式手部 图 21 为所采用的手部结构图。图 22 滑槽杠杆式手部结构1-手指 2-销轴 3-杠杆如图 22，在杠杆 3 的作用下，销轴 2 向上的拉力为 ，并通过中心点 OF5点，两个手指在销轴的作用下产生的反作用力为 、 ，其力的方向垂直于滑1F2槽的中心线 和 并指向 点。1O2O图 23 受力分析图由 得 0xF21F得 = cos1由 得0MbhxFN= （ ） 2F (2-1) ba2cos式中 手指的回转支点到对称中心线的距离。a工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。由式(1-1)可知，当驱动力 F 一定时， 角增大，则握力 FN也增大。2.1.2 夹紧力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计机械手手部的主要 。所以，必须对其大小、方向和作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力以及工件运动状态变化所产生的负载，以保证工件夹紧状态的稳定。手指对工件的夹紧力可按下式计算：(2-2) NFGK3216式中 安全系数，通常取 ；1K0.21工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估算：2 2kga其中 运载工件时重力方向的最大上升加速度；a重力加速度g(2-3)a响tvmax式中 运载工件时重力方向的最大上升速度；maxv系统达到最高速度的时间；一般取 0.03-0.5。响t方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选3K定。我设计的机械手是垂直放置夹水平放置的工件。满足公式： ftgK15.03粗略计算 .9313K已知 =60 取 1.5，取工件上升的速度为 0.5 ，响应时间 ，m1 smst5.0max= ， 。g210s3K解： 2k1ga105.24根据公式 ，将已知条件代入：2 (2-4)936N5.4.FN根据公式 ，可以推出：1NFab2cos将已知条件代入： F4129360s5122取 则：85.0(2-5)N5.80实 际2.1.3 手部液压缸的选择夹紧装置是使手指抓紧、松开的动力装置；其动力源是液压的，因此要计7算选择液压缸的类型。如图 23 是夹紧装置的结构原理示意图。当压力油从液压缸右边油管进油时，活塞杆向左运动，手爪闭合夹紧；当压力油从左边进油时正好相反。根据液压有关原理可知： PdDF24拉 推式中 活塞直径D活塞杆直径d驱动压力P图 23 夹紧装置原理图确定液压缸：已知 ，压力油工作压力 a,选取活塞杆直径NF495实 际 P6102.则:Dd21mp 0837.5.102.495.01462 实 际根据液压缸内径 系列（GB/T2348-1993）选取液压缸内径为: D9则活塞杆直径为： md4292.2 机械手臂部的设计及计算手臂是机械手的重要握持部件之一，它的作用是支撑手部及工件，并带动他们做直线运动，它的目的是通过液压缸的伸缩来达到把工件运送到指定的位8置 3。手臂的驱动机构选用液压机构，从臂部的受力情况分析，它在工作中既直接承受手部和工件的静、动载荷，而且自身运动过程还受到很多因素的影响，特别是臂部承载能力要大、刚性要好故手臂设计过程中的基本要求为：1) 在设计过程中要合理选择截面形状和尺寸，合理选择支承的距离。2) 合理布置作用力的位置和方向3) 提高配合精度4) 臂部运动速度要高，惯性要小5) 位置精度要高如图 24 是机械手臂部示意图图 24 机械手臂部示意图2.2.1 伸缩手臂的设计与计算（1）计算重心位置 如图 24 所示： 臂爪工 件总 GGniiLi1由上式可以估算出 mL450NG0总（2）伸缩液压缸的设计计算，液压缸在左右运动过程中要克服摩擦、回油背压及惯性等几个方面的阻力，所以液压缸活塞的驱动力 的计算公式为：F（2-6）惯液密摩 F式中 摩擦阻力，手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力；摩F9密封装置处得摩擦阻力；密F液压缸回油腔低压油所造成的阻力；液（3）各个阻力的计算：1) 的计算摩根据具体情况可以知道其计算公式为：（2-7）a2LGF总摩 式中 参与运动的零部件所受都的总重力；总G手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑前端的距离；L导向支承的长度；a当量摩擦系数，对于圆柱面： 57.12.4摩擦系数，钢对铸铁取 3.08.已知 把已知条件代入得：mL450a20 NLGF 16502.0412.5总摩 2) 的计算 密不同的密封圈其摩擦阻力是不同的，因为在液压缸压力小于 ，活塞MPa杆直径为液压缸直径的一半时一般都采用“O”型密封圈，此时（2-8）F03.密式中 为驱动力F3) 的计算液一般来说背压阻力较小，通常为（2-9）PF05.液4) 的计算惯F（2-10）tgv总惯 G式中 参与运动的零部件所受都的总重力；总G10重力加速度，取 ；g210sm由静止加速到常速的变化量；v起动过程时间，一般取t 5.（4）伸缩手臂驱动力的计算由公式 （2-5）及以上计算结果所以惯液密摩 FF NpFN1805.03.516惯液密摩考虑安全因素，应乘以安全系数 K=1.5F27.80（5）伸缩手臂液压缸直径的计算与选择根据双作用液压缸的计算公式:当油进入无杆腔时 （2-11）421DPF当油进入有杆腔时（2-12）422pd其中: 活塞杆伸出时的推力;1F活塞杆缩入时的拉力;2活塞直径d液压缸工作压力P故有 当推力做功时: pFD145.0827m9.当拉力做功时： 2124)09.1(pFDm2所以液压缸内径选为（6） 伸缩手臂液压缸活塞杆直径的选择根据设计要求,此活塞杆为空心活塞杆。考虑到其强度要求，活塞杆内径要11尽可能大，取d=70mm.2.2.2 升降机身的计算与选择（1）计算重力如图所示：（2-13） 爪工 件总 G由上面可知 N10总（2）升降液压缸的设计计算液压缸在升降运动过程中要克服重力、摩擦、回油背压及惯性等几个方面的阻力，所以液压缸活塞的驱动力 的计算公式为：F（2-14）GF惯液密摩式中 摩擦阻力，手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力；摩F密封装置处得摩擦阻力；密液压缸回油腔低压油所造成的阻力；液（3）各个阻力的计算：1) 的计算摩F根据具体情况可以知道其计算公式为：取 （2-15）fF12摩 8.02) 的计算 密不同的密封圈其摩擦阻力是不同的，因为在液压缸压力小于 ，活塞杆直MPa10径为液压缸直径的一半时一般都采用“O”型密封圈，此时（2-16）F03.密式中 为驱动力F3) 的计算液一般来说背压阻力较小，通常为（2-17）PF05.液4) 的计算惯F（2-18）tgv总惯 G12式中 参与运动的零部件所受都的总重力；总G重力加速度，取 ；g210sm由静止加速到常速的变化量；v起动过程时间，一般取t 5.（4）驱动力的计算由公式 （2-5）及以上计算结果所以GFF惯液密摩 N20 惯液密摩考虑安全因素，应乘以安全系数 5.1KF380（5）液压缸直径的计算与选择根据双作用液压缸的计算公式:当油进入无杆腔时 （2-19）421DPF当油进入有杆腔时（2-20）422pd其中: 活塞杆伸出时的推力;1F活塞杆缩入时的拉力;2活塞直径d液压缸工作压力P故有 当推力做功时:pFD14= 5.083m9.7所以液压缸内径选为 10（5）活塞杆直径的计算根据设计要求,此活塞杆为空心活塞杆。考虑到其强度要求，活塞杆内径要尽可能大，为了简化设计取活塞杆直径与伸缩缸直径相同取 md70133 驱动系统的设计3.1 液压系统概述设计机械手时，选择哪一类驱动系统，要根据机械手的用途、作业要求、控制功能、运行的功耗、性能和价格等综合考虑。由于液压技术是一种比较成熟的技术，它具有动力大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。综合上述，本设计选用液压驱动系统。液压系统原理图如下图3-1所示图3-1 液压系统原理图1油箱 2过滤器 3液压泵 4、8、13、20单向阀 5、9、11、15、17、21节流阀 6、12、18三位四通电磁换向阀 7、14、19溢流阀 10、16、22二位二通电磁换向阀下面是其工作原理：1. 手臂伸缩支路14手臂伸缩支路的执行元件是一个液压缸，它的伸缩运动驱动手臂的左、右移动。液压缸由电磁换向阀6控制左、右移动，其油路为进油路:油箱滤油器2液压泵3单向阀4流量阀5三位四通电磁换向阀6单向阀8液压缸无杆腔回油路：液压缸有杆腔三位四通电磁换向阀6流量阀9油箱2. 手臂升降支路手臂升降支路的执行元件是一个液压缸，它的伸缩运动驱动手臂的上、下移动。液压缸由电磁换向阀12控制上、下移动，其油路为进油路:油箱滤油器2液压泵3单向阀4流量阀11三位四通电磁换向阀12单向阀13液压缸无杆腔回油路：液压缸有杆腔三位四通电磁换向阀12流量阀15油箱3. 手部夹紧支路手抓夹松支路的执行元件是一个液压缸，它的伸缩运动驱动手臂的夹松。液压缸由电磁换向阀18控制上、下移动，其油路为进油路:油箱滤油器2液压泵3单向阀4流量阀17三位四通电磁换向阀18单向阀20液压缸有杆腔回油路：液压缸无杆腔三位四通电磁换向阀18流量阀21油箱3.2 液压系统各部件选择及计算1. 各液压缸的换向回路为了便于机械手的自动控制，采用可编程控制器控制，由上面机械部分设计可知系统的压力和流量都不高，为了获得较好的自动化程度和经济效益，选用电磁换向回路。本机械手采用单泵供油，手臂伸缩、手臂升降采用并联供油。根据三个液压缸的要求，三缸均采用三位四通电磁换向阀，如图 3-2 所示：图 3-2 三位四通电磁换向阀2. 调速方案15由于整个液压系统用单泵工作，各个液压缸所需的流量相差较大，各个液压缸的速度要求也不一样，为了保证液压缸运行的平稳，所以要进行调速，因为系统为中低系统，所以选用节流阀调速。机械手的手臂伸缩和升降采用两个单向节流阀来实现，如图3-3图3-3 调速回路3. 减速缓冲回路液压系统要安装减速缓冲装置，形成缓冲回路，达到保护系统的作用。如图 3-4图 3-4 减压缓冲回路4. 系统安全可靠设计夹紧缸在夹紧工件和升降液压缸工作时，为了防止失电等意外状况，应加锁紧保压回路。为防止夹紧缸压力受系统压力波动的影响或过高，导致压力过16大损坏工件，或者过小无法夹紧工件，需要在油路上增加减压阀保证夹紧缸的压力恒定，所以用液压单向阀来平衡，如图 3-5 所示图 3-5 夹紧缸保压回路5. 液压泵的选择1) 计算液压泵的工作压力：泵的工作压力 是所有液压缸中工作压力p最大者与大泵至该液压缸的全部损失之和；即（3-1）iipmax式中 表示管道和各阀的全部压力损失之和；ipi 5108估算 pap6.2) 计算液压泵的流量： （3-2）maxVipKq式中 表示所有液压缸中所有流量最大的流量；maxViq泄露折算系数，一般 。K3.1估算最大流量 取 ，in/3maxLqVi 2i/6.92.1vivp3) 选择液压泵的规格：机械设计手册第五版第五卷 21-128 页，选用外啮合齿轮泵，选取其额定压力比 高 。所以选液压泵：CB-p%02B40， n=1450r/min， in/40Lqv额 Ma5.额4）计算功率，选用电动机：与最高功率点 对应的 （计算值）和泵的额mxNp17定流量的乘积，然后除以泵的总效率 。设 ，p65.0p电动机功率计算式为： (3-3)PVdqN泵所需电机功率： ；KWpsd 54.26.01395.236根据机械设计课程设计手册第三版第 167 页选取电动机所选电动机型号为：Y100L 2-4,额定功率 N=3kw,满载转速 n=1430r/min。 184 电气控制部分设计4.1 电气控制系统概述机械手的电气控制系统相当于人的大脑，它指挥机械手的各个动作，机械手的工作顺序、应当到达的位置、手臂的升降、手臂的伸缩、手部的夹紧，以及各个动作的时间、速度，都在控制系统的指挥下工作。按照控制系统的结构一般可将控制系统分为两类，开环控制系统和闭环控制系统，它们的结构组成见下图41和图42：图 41 开环控制系统图 42 闭环控制系统运动控制方式有点位控制和连续轨迹控制两种。点位控制方式就是由点到点的控制方式，只对机械手运动部件所应到达的空间点进行控制，这种控制方式可以达到较高的重复定位精度。本机械手采用点位控制方式，同时用可编程控制器进行控制。4.2 电路设计194.2.1 电路设计的基本要求（1）电路设计必须以安全、可靠为基础，为保证电路的安全、可靠，要求有必要的保护装置和联锁环节，误操作时不至于导致重大事故。（2）要求避免电器依次动作，即要求线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路。（3）电路设计要求简单明了，在电路出现错误时便于操作和维修。4.2.2 主控电路设计主控电路是电路设计的中枢，系统的主控制电路主要由限位开关组成，通过限位开关实现搬运机械手的各个动作，详见电路图。图中的 1YA、2YA、3YA、4YA 和 5YA 分别是控制机械手下降、上升、右移、左移以及夹紧电磁阀的线圈，当相应的电磁阀线圈通电时，搬运机械手可以实现相对应的动作。4.2.3 保护电路设计保护电路是一个完善的电路必不可少的一部分，保护电路的设计意义重大。机械手的各个动作不能发生颠倒和错乱，否则都会对系统造成一定的损坏，特别是在工业过程中更会造成难以弥补的财产损失。这就要求在机械手的设计过程中就要充分考虑到这些错误的发生。为了尽可能的避免不必要的损失，在设计电路时我们就设计完整的保护电路，从而使机械手的工作过程更加安全、可靠。保护电路主要由各个联锁保护组成。详见附录电路图。4.2.4 电器元件的选择（1）控制继电器 继电器是在某种输入量的作用下，得到某种输出量，实现信号的转换、传送和放大，以便控制电路执行某种功能。其输入量可以是电流、电压等物理量，也可以是温度、时间、速度、压力等物理量，而输出则都是触点的动作 8。继电器种类繁多，广泛应用于电力系统。按继电器在电路中的作用不同，可分为两大类:一类是在电路中主要其控制、放大的控制继电器;另一类是在带电路中主要起保护作用的保护继电器 8。控制继电器主要有：中间继电器、时间继电器、速度继电器等。保护继电器有：过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器、热继电器等。在本电路中用到的继电器有，中间继电器、时间继电器，热继电器。中间继电器在控制电路中传输或转换信号，其主要是扩展控制触点数量或增加触点容量。本设计中主要采用 JZ15 系列中间继电器。时间继电器是一种定时元件，在电路中用来实现延时控制。本设计采用空20气阻尼式时间继电器通电延时型。热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，在电路中主要起过载保护的作用。（2） 接触器接触器是一种用来自动接通和断开主电路、大容量控制电路的控制电器。接触器不仅可以用来频繁地接通或断开带负载电路，而且能实现远距离控制，还具有失电压保护功能 8。触器种类繁多，本设计中选用应用较广泛的空气电磁式交流接触器。1) 主令电器主令电器主要用来接通和分断控制电路，用以发出命令或信号，达到对系统的控制 8。主令电器应用广泛，种类繁多。主要有控制按钮、位置开关、万能转换开关等。本设计主要用到的是控制按钮和行程开关。控制按钮是一种短时连接或断开小电流电路的电器，它不直接去控制主电路的通断，而是在控制电路中用于手动发出控制信号，去控制继电器、接触器或电气联锁电路，以实现对各个运动的控制。目前，国内常用的按钮有LA2、LA10、LA18、LA20、LA25 等系列，本设计选用 LA25 系列按钮。行程开关是依照机械的行程发出命令以控制其运行顺序或行程大小的主令电器。它常装在基座的某个位置，当撞块碰上行程开关时，行程开关就通过机械可动部分的动作，对控制电路发出指令，以实现自动控制目标。国内常用的行程开关有 LX19、JLXK1、LX32 等系列，本设计选用 LX32 系列行程开关7。2) 保护类电器设计中用到的保护类电器主要是熔断器。熔断器是一种最简单有效的保护电器，广泛应用于低压配电系统和各种控制系统中，主要用于作短路保护。常用熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、无填料封闭管式熔断器、有填料封闭管式熔断器 8。本设计选用 RL6 系列熔断器（螺旋式熔断器） 。4.3 控制系统设计本机械手的控制系统由可编程控制器为中心来完成预定的动作，可编程控制器运用简单，灵活。控制系统是整个机械手系统的中心，是系统的重中之重。4.3.1 控制系统的要求1) 控制准确，实现自动控制和手动操作两种控制方式。2) 自动控制方式有单工步、单周期和连续运行三种运行方式。3) 采用可编程控制器进行电气控制。214) 程序编写要求简明准确。4.3.2 控制系统总述本设计的直行搬运控制系统要求有手动操作和自动操作两种控制方式，在设计中要根据机械手的动作过程来确定 PLC 端口的分配与编号。搬运机械手的动作过程主要包括机械手的下降、上升、左移、右移、夹紧放松，如图 43所示。图 43 直行搬运机械手的运动过程4.3.3 PLC 选择可编程控制器（PLC ）定义为一种电子装置，主要将外部的输入装置如：按键、感应器、开关及脉冲等的状态读取后，依据这些输入信号的状态或数值并根据内部储存预先编写的程序，以微处理机执行逻辑、顺序、计时、计数及算式运算，产生相对应的输出信号到输出装置如：继电器的开关、电磁阀及马达驱动器，控制机械或程序的操作，达到机械控制自动化的目的 14。目前可编程控制器的型号繁多，但是其编程原理和编程元素是相同的，只有编程元素代号、地址编号和指令符号略有不同。本设计使用中达电通股份有限公司生产的台达 ES 系列机型。本设计用到的有关指令如下（1） OR（并联 A 接点）指令22（2） OUT（驱动线圈）指令（3） SET（动作保持）指令（4） RST（接点或寄存器清楚）指令（5） TMR（16 位定时器）指令（6） END（程序结束）指令（7） STL（程序跳至副母线，步进梯形开始）指令（8） RET（程序返回主母线，步进梯形结束）指令4.3.4 PLC 的 I/O 分配I/O 分配是控制系统设计中重要的环节，通过分析机械手的工作原理和运行动作以及控制要求，I/O 点数为 17/8。其详细分配如表 4-1 所示输入 输出上限位开关 X0 下降 Y1下限位开关 X1 上升 Y2左限位开关 X2 缓冲 Y3有限位开关 X3 右行 Y4无工件检测 X4 左行 Y5手动 X5 缓冲 Y6单周期 X6 夹紧 Y7自动连续 X7 原点指示 Y10启动按钮 X10停止按钮 X11下降 X12上升 X13右行 X14左行 X15夹紧 X16松开 X17原点复位 X20表 4-1 PLC 的 I/O 分配表4.3.5 手动控制系统设计手动操作主要针对系统维修使用，即用按钮对机械手的每一种动作进行单步控制，然后逐一排除，最后找出系统的毛病所在。23因为在手动操作方式下，各种动作都是用按钮控制来实现，其程序可独立于自动程序而另行设计。当选择手动操作方式，执行手动程序，在本设计中，手动操作按照一般继电器控制系统的逻辑设计方法进行了设计。为了安全起见，程序中设置了联锁保护。由手动程序的梯形图可知，只有当机械手处于上限位限时才能进行左/右移动，因此在左/右移动时用上限条件作为联锁保护。另外，由于左/右，上/下运动采用双线圈两位电磁阀控制，两线圈不能同时通电，因此在左/右、上/下移动的电路中设置了互锁环节。4.3.6 自动控制系统设计自动操作是操作的重点，是机械手运行的主要操作方式，自动控制设计的成功与否关系整个系统设计。自动操作分为两种种情况：单周期工作、原点回归和连续运行。1) 单周期工作：当把开关打到单周期工作时，系统执行相关动作一个周期结束后自动停止。2) 原点回归：按下启动按钮，系统执行相关动作，自动返回到原点。3) 自动连续运行：正常工作用时使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始地执行各工步动作。自动连续运行结束也标志着整个系统设计的成功和结束。自动操作控制比较复杂，也最为重要，下面是整个自动控制的执行顺序和工作过程的分析。（1） 原点状态 当机械手处于原点时，X2 和 X0 两个线圈接通，原点指示灯亮。（2） 下降 按下起动按钮，X10 接通，此时 M10 线圈接通并保持，下降电磁阀 Y1 和时间继电器 KT0 接通带电，此时液压系统执行机械手下降动作，下降 3 秒后 KT0 闭合缓冲电磁阀 Y3 带电启动，进行下降缓冲。同时，机械手离开原点，上限位开关断开，使 X0 断开，原点指示灯熄灭。（3） 工件夹紧 当机械手下降到位时，撞击下限开关使其闭合，此时常开触点 X1 接通，其常闭触点断开，同时常闭触点 Y1 线圈断开，下降停止；同时 X1 的常开触点闭合，一方面接通 Y7，使夹紧电磁阀得电，机械手执行夹紧动作，另一方面起动 T1 计时为下一动作做准备。（4） 上升 当计时继电器 T1 计时 3s 后，其常开触点闭合产生移位信号，输出 Y2 线圈接通，上升电磁阀和时间继电器 KT2 得电，机械手执行上升动作。3 秒后 KT2 闭合缓冲电磁阀 Y3 带电启动，进行上升缓冲。由于对 Y7 使用了 SET指令，使 Y7 仍保持接通，继续保持夹紧工件的动作。（5） 右移 待机械手上升到位，上限开关闭合，使输入点 X0 接通，其24常闭触点将 Y2 线圈断开，机械手停止上升。接通 Y4 和时间继电器 KT3，机械手右移。（6） 下降 当机械手右移至右限位置，X3 接通，其常闭触点将 Y4 线圈断开，右移停止。线圈 Y1 接通，机械手再次下降；若工作台上有工件，机械手将暂时停止运动，待工件取走后，再执行下降动作。（7） 工件放松 当机械手下降到位，X1 接通，产生移位信号 Y7 被复位，开始放松工件。同时 T5 开始定时。（8） 上升 待 T5 定时 3s 后，其常开触点闭合，接通 Y2，机械手再次上升。（9） 左移 当机械手上升到上限位置，将 Y5 线圈接通，机械手执行左移动作。（10）回归原点 机械手左移到达左限为止，X2 接通，其常闭触点使 Y5线圈断开，停止左移。至此，机械手完成了一个周期的动作又回到原点。以上十个运动步骤详细介绍了本机械手的工作过程。对于不同的工作状态机械手动作又有一定的不同。255 结 论 本设计的题目是直行搬运机械手的设计，通过半年的努力，现在已经完成。本设计顺利的达到了预定的目的和任务。首先在机械部分，通过对机械手参数和要求的分析，构思出了机械手的执行过程；然后通过计算各部分的受力来选择手部液压缸、伸缩液压缸和升降液压缸。通过机械部分的设计为机械手的动作打下了实体基础。在这里完整温习了大学四年所学的机械方面的知识。在驱动系统方面，在考虑了液压驱动、气压驱动和电机驱动后，通过综合分析选择了液压驱动。通过对液压系统的设计，温习了液压的有关知识，并顺利完成了机械手升降、伸缩、抓紧、松开的驱动。在电气控制部分通过对电路设计和可编程控制器的运用，有效实现了预定的控制要求。