【JQ018】12KG下料机械手设计[液压]
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四川理工学院毕业设计（论文）第一章 绪论1.1工业机械手的设计目的工业机械手设计是机械手机械制造,机械设计和机械电子工程(机电一体化)等专业的一个重要饿教学环节,是学完技术基础课及有关专业课的一次专业课内容的综合设计.通过设计提高学生的机构分析与综合的能力,机械结构设计的能力,机电液一体化系统设计能力,掌握实现生产过程自动化的设计方法.通过设计把有关课程(机构分析与综合,机械原理,机械设计,液压与气压技术,自动控制理论,测试技术,数控技术,微型计算机原理及应用,自动机械设计等)中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用,使这些知识得到巩固和发展,并使理论知识和生产密切地结合起来.工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完善的机电一体化设计.通过设计,培养学生独立的机械整体设计的能力,树立正确的设计思想,掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤,为自动机械设计打下良好的基础.通过设计,使学生能熟练地应用有关参考,计算图表,手册,图册,和规范;熟悉有关国家标准和部颁标准,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练.1.2工业机械手在生产中的作用a 建造旋转体零件b 实习单机自动化c 锻，焊，热处理等热加工方面1.3工业机械手的分类1.3.1按规格（所搬运的工件重量）分类 a 微型的 搬运重量在1kg以下 b 小型的 搬运重量在10kg以下 c 中型的 搬运重量在50kg以下 d 大型的 搬运重量在500kg以下1.3.2按功能分类a 简易型工业机械手 有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制来给定程序。b 记忆再现型工业机械手 这种工业机械手由人工通过示教装置领教一遍，由记忆元件把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序重法进行循环动作c 计算机数字控制的工业机械手 可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作程序，还可以进行多机控制。d 智能工业机械手 由电子计算机通过各种传感元件等进行控制，具有视觉，热觉，触觉，行走机构等1.3.3按用途分类 a 专用机械手 附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。这种机械手工作对象不变，动作固定，结构简单，使用可靠，适用于成批，大量生产的生产自动线或专机作为自动上，下料用。 b 通用机械手 具有独立控制系统，程序可变，动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中，小批量自动化生产。1.4工业机械手的组成工业机械手是由执行机构，驱动系统和控制系统所组成a 执行机构执行机构由抓取部分(手部),腕部,肩部和行走机构等运动部件组成b 驱动机构有气动,液动,电动和机械式四种形式c 控制系统有点动控制和连续控制两种方式.大多数用插销板进行点位程序控制,也有采用可编程序控制器控制,微型计算机数字控制,采用凸轮,磁盘磁带,穿孔卡等记录程序.主要控制的是坐标位置,并注意其加速度特性. d 基体(机身)基体是整个机械手的基础1.5工业机械手的技术发展方向国内外实际上使用的定位控制的机械手,没有视觉和触觉反馈.目前.世界各国正积极研制带有视觉和触觉的工业机械手,使它能对所抓取的工件进行分辨,选取所需要的工件,并正确地夹持工件,进而精确地在机器中定位,定向.为使机械手有眼睛去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件,它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息,通过计算机进行图形分辨,判别是否是所要抓取的工件.为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来,一般采用两种方法:一是检测把握物体手臂的变形,以决定适当的握力;另一种是直接检测指部与物体的滑落位移,来修正握力.因此这种机械手就具有以下几个方面的性能a 能准确地抓住方位变化的物体b 能判断对象的重量c 能自动闭开障碍物d 抓空或抓力不足是能检测出来这种具有感知能力并能对感知的信息作出反应的工业机械手称为智能机械手,它是具有发展前途的.现在,工业机械手的使用范围只限于在简单复杂的操作方面节省人力,其效益是代替人从事繁重的工作和危险的工作,在恶劣环境下尤其明显.至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业 部门,机械手的应用情况决不能说是很好的.虽然这些工业部门工时不足的问题很尖锐,但采用机械手只限于一小部分工序.其原因之一是,工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求,适于机械手工作的范围很小.另外经济性问题当然也很重要,采用机械手来节约人力从经济上看不一定总是合算的,然而,利用机械手或类似机械设备节省和实现生产合理化的要求,今后还会增长.1.6工业机械手的设计的内容a 拟订整体方案,特别是传感,控制方式与机械本体的有机结合的设计方案.b 根据给定的自由和技术参数选择合适的手部,腕部,肩部和机身的结构.c 各部件的设计计算d 工业机械手工作装配图的设计与绘图e 液压系统图的设计与绘图f 电气控制的绘制g 编写设计计算说明书第二章 手部的设计2.1手部的功能、分类手部（亦称抓取机构）是用来直接把握工件的部件，由于被握持工件的形状，尺寸大小，重量，材料性能，表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的。归纳起来，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持和吸附两大类。夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式。夹持类手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为手指回转型和手指平移型两种。吸附类可分有气吸式和磁吸式。 2.2夹钳式手部设计的基本要求a 应具有适当的夹紧力和驱动力 手指握力（ 夹紧力）大小要适当，力量过大则动力消耗多，结构大，不经济，甚至回损坏工件；还考虑转送或操作过程中所产生的惯性和振动，以保证工件夹钳安全可靠。b 手指应具有一定的开闭范围 手指应具有足够的开闭角度或开闭距离，以便抓取或退出工件。c 应保证工件在手指内的夹持精度 应保证每个被夹持的工件在手指内部有准确的相对位置。d 要求结构紧凑，重量轻，效率高 在保证本身刚度，强度的前提下，尽量可能使结构结构紧凑，重量轻，以利于减轻手臂的负载。e 应考虑通用性和特殊要求 一般情况下，手部多是专用的，为了扩大它的使用范围，提高它的通用化程度，以适应夹持不同尺寸和形状的工件需要，通常采取手指可调整的办法。2.3夹钳式手部的计算与分析2.3.1夹紧液压缸的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。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所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷（惯性力或惯性力矩）。以使工件保证可靠的夹紧状态。 手指加在工件上的夹紧力可按下式计算: (2-1)式中：安全系数,通常取1.2-2.0工作情况系数，主要考虑惯性力的影响性力的影响.可近似按下式估算 (2-2)其中：a运载工件时重力方向的最大上升加速度g重力加速度a可按下式估算 (2-3)式中: 运载工件时重力方向的最大上升速度 系统达到最高速度的时间；根据设计参考选取.一般取0.030.5s设计中取0.1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定 设计中选取 =4G：被抓取工件所受重力 G=图2-1 夹钳式手抓形状图假设 =2， = =4那么夹紧力 驱动力 = =724.212 N考虑手爪的机械效率取0.85那么 N2.3.2液压缸直径的确定表2-1 液压缸压力与载荷关系载荷 KN50工作压力 MPa5根据载荷选取工作压力 P=10 Mpa取 d=0.5D根据 所以 = =0.04804 m =48.04 mm表2-2 液压缸内径尺寸系列81012162025324050638090100110125140160180200220根据表2-2 选取 内径 D=63 mm所以 活塞杆直径为 d=0.5D=32 mm第三章 手臂的设计手臂的设计通常是先进行粗略的估算,或类比同类结构,根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸,在进行校核计算,修正设计,如此反复数次,绘出最终的结构.3.1手臂作升降运动的液压缸驱动力计算根据液压缸运动时所需要克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需的驱动力。3.1.1液压缸活塞的驱动力的计算 (3-1)式中 摩擦阻力。 密封装置处的摩擦阻力。 液压缸回油腔低压油液所造成的阻力。 启动或者制动时，活塞杆所受的平均惯性。 G 零部件及工件所受的总重力。a) 的计算 =G f (3-2) N其中 f取0.16那么 根据式(3-2)可求出=320.1880.16=52.23 Nb) 的计算 = (3-3)活塞与活塞杆处都采用“O”形密封圈，液压缸密封处的总摩擦力为： (3-4) (3-5)式中 F 驱动力 P 工作压力（Pa） d 伸缩油管的直径(m) l 密封的有效长度（m）为了保证“O”形密封圈装入密封沟槽，并与配合件接触后起到严格的密封，在加工密封沟槽时考虑密封圈的预压缩量 (3-6)K=0.08-0.14 (3-7)设计时取K=0.1 初步拟订=0.6mm d=5mm 那么 根据式(3-6)可求出 mm 又根据式(3-7)求出 =5.23mm求出以上2个结果后，可根据式(3-5)求出=82.111 pac) 的计算 (3-8)式中 参与运动的零部件所受的总重力（包括工件重量） g 重力加速度，取9.81 由静止加速到常速的变化量 起动过程时间。一般取0.010.5 s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载取较大值初步设计时取 =0.1 m/s 取0.02 S N那么 = Nd) 的计算 一般背压阻力较小，可按 =0.05F计算。e) 驱动力的确定 根据以上分析，结合式(3-1)可知： =52.23+163.194+0.03F+82.811+0.05F+320.188 =671.43N3.2 确定液压缸的结构尺寸3.2.1液压缸内径的计算如图3-1图3-1 双作用液压缸示意图当油进入无杆腔时：当油进入有杆腔时：液压缸的有效面积：故有： （无杆腔） (3-9) （有杆腔） (3-10)式中 F 驱动力（N） 液压缸的工作压力（pa） d 活塞杆的直径（m） D 液压缸的直径（m） 液压缸的机械效率。初步设计中取机械效率为0.85。代入已求得的F值 可得D=0.07259 m根据表（2-2）可选取液压缸直径D=100mm3.2.2液压缸壁厚计算a 中等壁厚：即163.2时 (3-11)式中 P液压缸内工作压力强度系数（当为无缝钢管时）计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般圆整到标准壁厚值液压缸内径（m）b 薄壁：即16时 (3-12)c 厚壁：即当3.2时 (3-12)式中 =材料抗拉强度n安全系数， n=3.55一般常用缸体材料的许用应力锻纲=110120MPa铸铁=60MPa无缝钢管=100110MPa通过以上分析选厚壁，缸体材料无缝钢管=100110Mpa因此根据式(3-12)可计算出壁厚为m3.3缸盖螺钉的计算缸盖的受力为保证联接的紧密性,必须规定螺钉的间距t，然后决定螺钉的数目.每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为工作载荷和预紧力之和=+式中 F 驱动力（N） Z螺钉数目 P工作压力（pa） 预紧力 =K K=1.51.8 D危险剖面直径(m)螺钉的强度条件为 (3-13)式中 计算载荷（N）;=1.3抗拉许用应力(MPa) n=1.22.5螺纹内径 螺钉材料屈服极限（见表3-1）表3-1 常用螺钉材料的屈服极限钢 号 10 Q215 Q235 35 45 40Cr（MPa) 210 220 240 320 360650900 9000根据以上分析 取 k=1.5 n=1.5螺钉数目Z=8 选择刚的材料为Q235 =240 MPa所以 = MPa=2512 N=K=1.52512=3768 N所以根据式（3-13） m 第四章 手臂回转液压缸的设计4.1 手臂回转时所需要的驱动力矩采用回转液压缸实现手臂回转运动时，其受力情况可简化成图4-1图4-1 手臂运动时的受力简图驱动手臂回转的力矩，应该与手臂起动时所产生的惯性力矩及各密封装置处的摩擦力矩相平衡。 （4-1）式中 密封装置处的摩擦力矩（NM） （4-2） （4-3）式中 回转缸动片的角速度变化量（），在起动过程中= 起动过程的时间 手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量 若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为，则 （4-4）式中 回转零件对重心轴线的转动惯量 回转缸回油腔的背压反力矩 （4-5） 初定b=5 cm R=4 cm r=2cm =0.5 cm =0.2所以 =0.025 mm=37.5=1.8=13.5=1.8+13.5=15.3工件转动惯量：根据圆柱体的转动惯量计算公式： (4-6)平行轴定理： (4-7)已知：m=8kg R=0.04m d=0.36m代入上式（4-6）和式（4-7）可得： =0.0064 Nm=0.0064+80.1296=1.0432 Nm夹紧缸的转动惯量：根据空心圆柱转动惯量计算公式： (4-8)已知：m=10kg R=0.04m r=0.02m d=0.41m代入式(4-8)和（4-7）可得： =0.01 Nm =0.01+1.681 =1.691 Nm由以上分析可得手臂包括工件对回转轴线的转动惯量 =1.0432+1.691 =2.7342 Nm根据式(4-3)取=0.1 =0.5 可得=0.5468又根据式（4-1） =0.5468+15.3+37.5 =53.3468 Nm4.2回转缸内径D的计算如图4-2所示回转液压缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩图4-2 回转液压缸计算图 （4-9）根据 （4-10）式中 D 回转缸内径（m） 作用在动片的外载荷力矩(Nm) P 回转缸工作压力（pa） d 输出轴与共片联接处的直径（m） 初步设计时按=1.52.5选取 b 动片宽度（m） 为减少动片与输出轴的联接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择选片宽度（及液压缸宽度）时，可选用 D 回转液压缸内径（m） 根据以上分析以及式（4-10）可得 = =0.1687m 根据表2-2 选取 内径 D=180mm4.3缸盖联接螺钉和动片联接螺钉计算4.3.1缸盖联接螺钉计算 缸盖与回转液压缸的缸体用螺钉联接时，其螺钉的强度计算方法与伸缩液压缸缸盖螺钉强度计算方法相同。根据3.3节讲述的方法可算出缸盖连接螺钉 mm4.3.2动片与输出轴联接螺钉计算动片与输出轴用螺钉联接，其结构简图如图4-3。联接螺钉一般为偶数，对称地安装，并用两个销钉定位。联接螺钉的作用是：使动片与输出轴的配合面紧密接触不留间隙，当油腔通高压油时，动片受油压作用，产生一个合成液压力矩，克服输出轴上所受的外载荷力矩。图4-3 动片与输出轴连接方式及动片受力图根据动片所受力矩的平衡条件，有：于是得 （4-11）式中 每个螺钉的预紧力动片的宽度回转液压缸的工作压力动片外径动片与输出轴配合处直径螺钉数目被联接件配合面间的摩擦系数，刚对刚取=0.15 螺钉的强度条件为 （4-12）式中 d螺钉的底径 计算载荷，=1.3 螺钉材料的许用应力，见表3-1选取材料235 =240 MPa 设计中取螺钉数目Z=4，工作压力P=1.0Mpa，结合以上章节所计算出的结果，根据式 （4-11）和（4-12）可得螺钉的底径mm4.4轴的校核4.4.1许用弯曲应力的计算：由弯矩产生的弯曲应力应有以下关系式：，由材料力学可得到： （4-13）式中 回转缸扭转时的当量弯矩（）； 花键轴截面抗扭系数，查机械设计得 （渐开线花键轴）；又 （4-14）式中 根据该换转缸性质而定的应力校正系数， 取； 回转时产生的扭矩；则有 N.mm N.mm因此 = N.mm 故设计满足要求！4.4.2花键剪应力的计算又由于花键轴在径向受到抗扭矩的作用且作用在花键最小截面上产生最大剪应力，即 （4-15）式中 螺钉数目；螺钉宽度；则有： 所以故设计合理！第五章 液压驱动系统5.1机械手驱动系统的选择5.1.1各类驱动系统的特点工业机械手的驱动系统,按动力源分为液压,气动和电动三大类.根据需要也可由这三种基本类型组成复合式的驱动系统。a液压驱动系统 由于液压技术是一种比较成熟的技术,它具有动力大,力(或力矩)惯量比大,快速响应高,易于实现直接驱动等特点,适用于承载能力大,惯性大以及在防爆环境中工作的机械手。b气动驱动系统 具有速度快,系统结构简单,维修方便,价格低等特点,适用于中,小负载的系统中，但难于实现伺服控制,多用于程序控制的机械手中。如在上,下料和冲压机械手中应用较多。c电动驱动系统 由于低惯量,大转矩的交,直流伺服电机及配套的伺服驱动器(交流变频器,支流脉冲调制器)的广泛采用,这类驱动系统在机械手中被大量选用。5.1.2工业机械手驱动系统的选择原则设计机械手时,选择哪一类驱动系统,要根据机械手的用途,作业要求,机械手的性能,规范,控制功能,维护的复杂程度,运行的功耗,性能与价格比以及现有的条件等综合因素加以考虑。在注意各类驱动系统特点的基础上,综合上述各因数,充分论证其合理性,可行性,经济性及可靠性后进行最终的选择。一般情况下机械手驱动系统的选择大致按如下原则:a 物料搬运(包括上，下料）用有限点位控制的程序控制机械手，重负载的可选用液压驱动系统，中等负载的可选用电动驱动系统，中等负载的选用电动驱动系统，轻负载的可选用气动驱动系统。冲压机械手用气动系统。b 用于点焊和弧焊及喷涂作业的机械手，要求具有任意电位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统。只有采用液压或电动驱动系统才能满足要求。5.2 液压驱动系统液压系统自60年代初到现在，已在机械手中获得广泛应用目前，虽在中等负载以下的机械手中有采用电机驱动系统，但在简易经济型，重型的工业机械手和喷涂作业的机械手中采用液压系统的任然占有较大比例。液压系统在机械手中所起的作用是通过电液转换元件把控制信号进行功率放大，对液压动力机构进行方向，位置和速度的控制，进而控制机械的手臂按给定的运动规律动作。液压动力机构多数情况下采用直线液压缸或摆动液压缸用于实现手臂的伸缩升降以及手腕，手臂的回转。5.2.1程序控制机械手的液压系统这类机械手属非伺服控制机械手，在只有简单搬运作业功能的机械手中，常常采用简易的逻辑控制装置或编程控制，对机械手实现有限位的控制这类机械手的液压系统设计与其它液压机械设计所考虑的问题大致相同，只有在以下方面须加以重视。a 液压缸设计：在确保密封性的前提下，尽量选用橡胶与氟化塑料组合的密封件，以减少摩擦阻力，提高液压缸的寿命b 定位点的缓冲与制动：因机械手手臂的运动惯量较大，在定位点前要加缓冲与制动机构或缩紧装置c对惯性较大的运动轴和接近机械手末端的腕部运动轴的液压缸两侧，最好加设安全保护装置，防止因碰撞过载损坏机械结构5.2.2液压系统传动方案的确定5.2.2.1各液压缸的换向回路为便于机械手的自动控制，如采用可编程序控制器或微机进行控制，系统的压力和流量都不高，因此一般都选用电磁换向阀回路，以获得较好的自动化程度和经济效益.液压机械手一般采用单泵或双泵供油，手臂伸缩，手臂俯仰和手臂旋转等机构采用并联供油，这样可有效降低系统的供油压力，此时为了保证多缸运动的系统互不干扰，实现同步或非同步运动，换向阀需采用中位“O”型换向阀。5.2.2.2调速方案整个液压系统只用单泵或双泵工作，各液压缸所需的流量相差较大，各液压缸都用液压泵的全流量工作是无法满足设计要求的。尽管有的液压缸是单一速度工作，但也需要进行节流调速，用以保证液压缸运行的平稳运行。各缸可选择进油路或回油路节流调速，因为系统为中底系统，一般适宜选用节流阀调速。机械手的手臂伸缩和手臂俯仰或升降缸采用两个单向节流阀来实现，若只用一节流阀调速时，则进油达到最大允许速度来调节。当无杆腔进油时，其速度就少于最大允许速度，但仍然符合设计需求。在一般情况下，机械手的各个部位是分别动作的，手腕回转缸和手臂回转缸（或升降）所需的流量较为接近，手腕回转缸和手臂回转缸及夹紧缸所需流量较为接近，且它们两组缸所需的流量相差较大，这样不但可以选择单泵供油系统，也可选择双泵供油系统。单泵供油系统要以所有液压缸中需流量最大的来选择泵的流量。优点是系统较为简单，所需的元件较少，经济性好，缺点是当所需流量较少的液压缸（如手腕回转缸，夹紧缸等）动作时，系统的溢流损失较大，能源利用率低.对于系统功率较小的场合是可取的。 双泵供油系统,它在需要大流量动作的缸运动时,双泵同时为其供油,在需小流量动作液压缸运动时,则用小流量泵供油,而大流量泵低压卸荷。双泵供油系统避免了溢流损失过大,而且可以用双联泵代替双泵,其优缺点与单泵供油系统相反。5.2.2.3减速缓冲回路通用工业机械手要求可变行程,它是由微机控制,可在行程中任意点定位,故应在液压系统中采用缓冲装置,形成缓冲回路。当液压缸运动快到希望点时,由位置检测检测装置(电位器)发讯号给微机,然后微机控制电磁铁通电切断二位二通阀的通路,液压缸的回路改经节流阀回油箱,增大了回油路的阻力,使液压缸速度减慢,防止冲击达到缓冲目的,这种回路也适用于摆动缸。也可以在油路中设置单向行程节化程度和通用性方面不如上述方案。5.2.2.4系统安全可靠性手臂俯仰缸（或手臂升降缸）在系统失压情况下会自由下落或超速下行，所以应在回路中增加平衡回路，方法可用单向顺序阀做平衡阀。手臂伸缩缸有俯仰状态时，亦应同样考虑。夹紧缸在夹紧工件时，为防止失电等意外情况，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，导致夹紧力过大损坏工件，或过低无法夹紧工件，造成意外的安全事故，需在油路上增加减压阀保证夹紧缸的压力恒定不变。5.2.2.5液压系统的合成和完善在上述主要液压回路选好后，在配上其他功用的辅助油路（如卸荷，测压等油路），就可以进行合并，完善为整体的液压系统，并编制液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表。5.3计算和选择液压元件5.3.1液压泵5.3.1.1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最大者与泵至该液压缸的全部压力损失之和即： （5-1）式中 管道和各阀的全部压力损失之和5.3.1.2计算液压泵的流量式中 所有液压缸中所需流量最大的流量泄漏折算系数，一般1.11.35.3.1.3选择液压缸的规格 参考设计手册或产品样本，选取其额定压力比高20%60%，其流量与上述计算一致的液压泵。5.3.1.4计算功率,选用电动机按工况图找出所有缸N-t图最高功率点的对应的（计算值）和泵的额定流量的乘积，然后除以泵的总效率 (5-2)根据以上分析：工作压力，估算 流量：=29.3 L/min 取K=1.2=35.16 L/min根据计算出的流量查 机械设计手册选CB-B40，n=1450 r/min 取泵的总效率为，则：=2.12KW根据此数值 选Y100L-4型电动机，额定功率为2.2KW。5.3.2选择液压控制阀按控制阀的额定压力和额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量的原则来选用系统的各类液压阀。5.3.3选择液压辅助元件a 滤油器 按泵的最大流量选取流量大些的滤油器b 油管和管接头 油管和管接头的通径按与阀一致来选取c 油箱体积 油箱容量与系统的流量有关，其容量的大小可从散热角度来设计计算出系统发热量与散热量，在考虑冷却散热后，从热平衡角度计算出油箱容箱。一般式中 液压泵的额定流量油箱的有效容积与系统压力有关的经验数字 5.3.4拟定液压系统5.3.4.1换向回路 夹紧缸换向选用二位二通电磁阀，其它缸全部选用O型三位四通电磁换向阀选电磁阀便于微机控制，选中位为O型使定位准确如图5-1图5-1换向回路5.3.4.2调速方案 本系统功率较小，故选简单的进油路节流阀调速同样理由选用单泵供油，力求获得较好的经济性。如图5-2图5-2 进油节流调速方案5.3.4.3 系统的安全可靠性为防止伸缩缸在俯仰一定角度后自由下滑，都采用单向顺序阀来平衡，如图5-3图5-3 液压防滑保护回路 为保证夹紧缸夹持工作的可靠性选用液控单向阀保压和锁紧，如图5-4图5-4 夹紧缸保压回路5.3.4.4 合成并完善液压系统合成后的液压系统图如图5-5压力继电器在夹紧工件后发讯，让微机控制其他缸开始动作。二位二通电磁换向阀用于系统卸荷。图5-5 机械手液压系统原理图根据动作要求编制液压动作循环及电磁铁动作顺序表，如表5-1所示。表5-1 液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表动作循环电 磁 铁1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA手臂伸缩伸出伸出缓冲缩回缩回缓冲 +手臂回转正转正转缓冲反转反转缓冲+夹紧夹紧松开+原位卸荷+ 该系统的元件型号如表5-2表5-2 元件型号及规格序号元件名称型号规格数量1滤油器XU-I 32X100250N 321L/Min12电动机Y100L1-4P=2.2KW n=1430r/min13单 泵CB-B252.5MPa 25L/Min14溢流阀P-B25B2.5MPa 12mm15电磁换向阀22D-25B2.5MPa 12mm16单向阀QI-25B6.3MPa 12mm17压力表Y-604.0MPa18压力表开关P-6B6.3MPa19节流阀L-25B6.3MPa 12mm510电磁换向阀22D-25BH6.3MPa 12mm111电磁换向阀34D-25BH6.3MPa 12mm112单向顺序阀XI-B25B6.3MPa 12mm113电磁换向阀22D-25BH6.3MPa 12mm114电磁换向阀34D-25BH6.3MPa 12mm115减压阀J-10B6.3MPa116电磁换向阀23D-10B6.3MPa 12mm117液控单向阀IY-25B6.3MPa 12mm118压力继电器DP1-63B1.06.3MPa1第六章 电气控制系统6.1 电气控制系统简介工业机械手的电气控制系统相当于人的大脑，它指挥机械手的动作，并协调机械手与生产系统之间的关系。机械手的工作顺序，应达到的位置，如手臂上下移动，伸缩，回转及摆动，手腕上下，左右摆动和回转，手指的开闭动作，以及各个动作的时间，速度等，都是在控制系统的指挥下，通过每一运动部件沿各坐标轴的动作按照预先整定好的程序来实现的。一般机械设备的控制系统，多着眼于自身运动的控制，而机械手的控制系统更注意本部与操作对象的关系。因此，对于机械手的控制系统来说，无论多么高级的系统，如果不能按置，都是毫无意义的。控制系统的结构一般分为开环系统和闭环系统两种闭环控制系统也叫反馈控制系统，是一种不断把给定值和各控制量进行比较，使其偏差为零的控制系统。而开环控制系统，即使有局部的小的闭环存在，但主要控制量是不用反馈控制的。对比两者，通常闭环系统的抵抗外部干扰和系统中主要单元的特性变化和能力强，而开环系统较弱。机械手的闭环系统控制受各种因素的影响，如外部负荷力，活动部分的内部摩擦，伺服阀的漂移，滞后，比较仪，伺服放大器的漂移，随动系统的粘滞性摩擦，反向电动势的影响等导致闭环控制系统产生静态误差。因而闭环控制的精度和定位时间等控制性能也有一定限度，要超过闭环控制系统的控制性能的界限必须采用由最佳控制理论所规定的控制结构，其中有时采用开环控制。因此要提高机械手的性能，应不局限于开环或闭环的系统而吸收两者之长。运动控制方式有点位控制和连续控制两种。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（手腕、臂）所应到达空间点的定位进行控制，而对两个定位点之间的运动轨迹则不加控制。这种方式可达到较高的重复定位精度。点位控制又分为两点控制和多点控制两种。如果机械手抓取和放置工件的位置都是准确而固定的，如上下料专用机械手，可由挡块，行程开关等来定位，采用起点的终点的“两点控制方式”。通用工业机械手则要求多点定位，而且要经常更换设定位置，这时一般装有位置检测器作为运动位置的反馈，即采用“多点式控制”。两点的点位控制可用普通的继电器控制线路实现，多点式的点位控制则常常采用继电器顺序控制器，可编程序控制器和微机控制系统等。6.2 机械手的电气控制机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。本次设计采用步进控制的方式来实现对机械手工作过程的控制。6.2.1 步进控制工作流程如图6-1图6-1 步进控制工作流程图6.2.2 I/O分配如图6-2：图6-2 步进控制接口端子分配图步进工步10步（启动，18，返回原点）分别对应 M100M111，共使用10个单元的移位寄存器。M100=1，启动主令信号ST=1 X100=1；1 M101=1，下降主令信号 X100=1，到位 SB1=1X101=1；2 M102=1，夹紧主令信号 X101=1，到位 T150延时3S 为1；3 M103=1，上升主令信号 T150=1，到位 SB2=1X102=1；4 M104=1，右行主令信号 X102=1，到位 SB3=1X103=1；5 M105=1，下降主令信号 X103=1，到位 SB1=1X101=1；6 M106=1，放松主令信号 T151=1，延时 2S（SB5=1X105=1）；7 M107=1，上升主令信号 X105=1，到位 SB2=1X102=1；8 M110=1，左行主令信号 X102=1，到位 SB4=1X104=1；9 M111=1，原点主令信号 X104=1，到位 T152延时2S为1。6.2.3梯形图及程序程序如下：LD X106 ANI M102 ANI M111AND M111 ANI M103 OUT M100OR X105 ANI M104 LD M100RST M100 ANI M10
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