四自由度机械手结构设计及其PLC控制

题目:四自由度机械手结构设计及其PLC控制 （3-2）式中———VMax—运载机械手响应时间为0.5s，=1.6,=60mm/s,则夹紧力计算得：=1+=0.5(4)实际所需驱动力，取3.3.2确定液压缸直径D设计尺寸（3-2）根据液压缸标准参数，取活塞杆直径d=0.5D，液压缸油压工作压力取39.2MPa,则:根据液压缸内径系列表参数，取液压缸内径为D=32mm,根据机械手装配关系，其外径取50mm。3.4机械手手爪夹持精度分析及计算3.4.1手爪夹持精度分析机械手精度设计需符合设计要求，使工件准确定位，抓取精度合适，重复定位精度高及运动稳定性好，能符合抓取范围。能精确抓取物料，这取决于臂部与腕部的部件间运动情况，而本设计的机械手用途属于运用在中小型多品种物料夹持。故需对机械手进行夹持误差分析。如图3-2：机械手的夹持范围为：Ø65Ø100，且夹持误差为：，而：手指长度为L=100mm,V型夹角为2θ=。3.4.2手爪夹持精度计算偏转角：平均理论半径的计算：因为＞＞（3-3）（3-4）所以，故夹持误差满足设计要求。4手腕设计及其计算校核4.1手腕设计要求（1）结构简单紧凑、重量轻；腕部结构、重量及动力载荷都对臂部结构、运转性能都有着影响。（2）结构力学考虑、合理布局。在保证腕部强度及刚度基础上，保证连接支承作用。（3）需考虑工作条件。良好工作条件，能保证手腕材料特性，保证机械手正常运转。4.2手腕设计方案的制定根据本设计要求，本机械手腕部存在一个回转自由度；腕部结构有四种形式：1、回转缸驱动腕部结构，2、齿条活塞驱动腕部结构，3、机-液结合的部结构，4、齿条活塞式结构。而本设计要求有一个回转自由度，综合考虑得，选择第一种形式，其优点是能直接使用回转缸驱动实现腕部的回转运动，具有结构简单灵巧等特点。4.3腕部转动所需动力矩计算4.3.1驱动力矩计算（4-1）(1)为其转动产生的惯性力矩，为其转动加速度，为其转动过程的时为其转过的角度。（4-2）或式中：—;—。(2)腕部转动时其与工件的偏重在轴线处产生偏重力矩，因手抓持在工件中间处，则e=0,得：（4-3）(3)腕部转动轴在载轴处的摩擦阻力矩为，则：（4-4）(4)回转缸的动片与缸径、端盖及定片等在密封处产生的摩擦助力矩，则与物料的选择有关。假设圆型物料的直径取100mm,长度取500mm,重量为30Kg,则当手部夹持工件中间处时并回转时，其与手爪驱动及回转液压缸可等效为一个圆柱体，长h=150mm,半径为50mm,所受的重力G=200N，，代入公式得：（4-5）（4-6）代入得：所以4.4确定腕部液压缸直径D设计尺寸表4-1液压缸的内径系列（JB826-66)2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250表4-2液压缸的外径系列（JB826-67)油缸内径405063809010011012514015016018020020号钢，P〈165060769510812113316814618019421924545号钢，P〈2050607695108121133168146180194219245设定腕部的尺寸：根据表4-1可设缸体内壁所需的半径R=63mm,外经按中等的壁厚来选取，则选取76mm,动片宽度，输出轴。则回转缸的工作压力为：，故。（4-6）4.5端盖连接方式强度计算根据液压缸盖与螺钉的工作压力关系，缸盖上螺钉的间距应小于100mm,则试选择螺钉数量为8个，根据πD/4=49.45≤100，故满足设计的要求。则螺钉所要承受的总拉力为：（4-7）图4-2缸盖螺钉间距示意表4-3螺钉间距t与压力P之间的关系工作压力P（Mpa)螺钉的间距t(mm)0.5～1.5小于1501.5～2.5小于1202.5～5.0小于1205.5～10.0小于80（4-8）危险截面：（4-9）（4-10）故：选取螺钉为；则，（4-11）螺钉直径为：故选取公称直径14mm的螺钉。4.6动片与输出轴连接螺钉计算动片与输出轴间保证动片和输出轴形成紧密配合，且其连接为对称偶数的安装，并用两个定位销来定位。于是根据动片所受的力矩平衡条件可得：即（4-12）式中：；（4-13）或代入数据得：螺钉材料选取Q235.则螺钉的直径m所以选取M15的开槽盘螺钉。5手臂设计及计算校核5.1机械手手臂的设计要求（1）臂部因伸缩过长，应保证其刚度及强度，承载能力、控制重量；（2）臂部运动速度要快速，且惯性冲击要相对的小；（3）减少臂部部件间的运动摩擦阻力，保证手臂结构简单紧凑；（4）设置导向支承装置，使手爪运动精准，传动及导向性精确。5.2手臂设计方案的制定本设计的手臂按工作要求，应要实现伸缩、回转及升降这三个运动，而回转及升降运动则由机身来实现。手臂伸缩机构常见的有：1、双导杆手臂伸缩机构；2、双层油缸空心结构；3、双活塞杆液压结构；4、活塞杆及齿轮齿条结构；5、双活塞伸缩油缸结构。根据设计要求，手臂需进行较大范围的伸缩，且其为直线运动。因此，选双活塞伸缩缸结构，其可实现双活塞运动，行程范围较大。其结构如图5-1所示：图5-1双活塞伸缩油缸结构示意图1.油缸体2.活塞套3.活塞杆5.3手臂设计及计算校核5.3.1手臂驱动力的计算手臂部件中的液压缸做伸缩直线水平运动时，需克服运动中的摩擦、惯性等方面的阻力。具体情况是：当压力油输入到工作腔中，驱动手臂伸出，在克服伸出的惯性力下，同时手臂表面与密封装置及回油腔之间的摩擦力。受力情况如图5-2所示：图5-2手臂驱动受力分析示意图手臂液压缸活塞的驱动力计算如：（5-1）(1)摩擦力的计算：由（5-2）式中：———；—当支撑杆选取铸铁，则导向杆为钢，摩擦系数取0.25，则=1.5×0.25=0.375。工件的总重量估计为1200N，L=656mm,a=160mm,代入公式得：(2)密封装置处的的计算：本设计的密封圈采用O型，而当液压缸工作的压力小于10Mpa时，其总摩擦阻力近似：(5-3)(3)惯性力计算：（5-4）式中：G总—Dn—Dt—0.01~0.5。根据预定的机械手运动参数，可知臂部的运动速度220mm/s,即Dn=220mm/s,而Dt=0.2，G=1700N,则代入公式得：回转惯性阻力计算：因为本机械手臂处涉及到直线伸缩运动，由于较小背压阻力，故其回转惯性可取：（5-5）结合以上的计算得：5.4手臂液压缸的工作压力及结构设计5.4.1确定液压缸工作压力根据以上公式计算，确定了液压缸基本驱动力F驱=4429.73N，根据表5-1选取液压缸工作压力P=1MPa;表5-1液压缸工作压力表作用在活塞上外力F（N)液压缸工作压力（Mpa)作用在活塞上外力F（N)液压缸工作压力（Mpa)小于50000.8～1.020000～300002.0～4.05000～100001.5～2.030000～500004.0～5.010000～200002.5～3.050000以上5.0～8.05.4.2确定液压缸的尺寸液压缸内径计算，如图5-3所示：图5-3有杆液压缸受力分析示意图液压缸直径计算公式：(5-6）(5-7）式中：代入公式得：(5-8）根据表4-2可知，液压缸内径取D=80mm,液压缸外径按中等壁厚要求，其可取95mm.5.4.3活塞杆的计算及校核活塞杆尺寸需符合活塞运动及强度的要求，且对于杆长L大于直径d(15倍以上的），按拉、压的强度来计算：(5-9）设计中的活塞材料采用碳钢，且碳钢许用应力为[]=110则：(5-10)根据活塞杆直径系列表5-2可知，d=20mm,则活塞杆可满足强度的要求；如表5-2所示：表5-2活塞杆直径系列（GB/T2348-93)1012141618202225283032364045505663708090100110125140160180对活塞杆进行稳定性的校核，其稳定性条件为：（5-11）式中：Pk—临界力(N);nk—安全系数，nk=2~4按中长杆进行稳定性校核，临界力：(5-12)式中：F—活塞杆截面面积；a，b—常数，与材料性质有关，碳钢a=461,b=2.47λ—柔度系数，取70.代入数据，临界力为：所以活塞杆满足稳定性的要求。5.4.4计算液压缸缸筒长度液压缸缸筒长度计算：L=J+B+A+M+C(5-13)5.4.5端盖连接方式强度计算（1）缸体材料选取无缝钢，端盖多采用半环链，易于加工和装卸；但缺点是缸体开环会削弱强度。（2）缸盖螺钉的计算根据液压缸盖与螺钉的工作压力关系，缸盖上螺钉的间距应小于150mm,则选择螺钉数量为4个，根据πD/4=62.8≤150，输出轴r=30mm,故满足设计的要求。则螺钉所要承受的总拉力为：,故:选取螺钉的材料为Q235；则，螺钉直径为：故选取公称直径10mm的螺钉。6机身设计及其计算校核机械手机身的设计要求(1)安装一个机身回转关节可保证机身精度及刚度；(2)应保证机身具有合适的安装基面，确保机械手工作稳定性；(3)机身与手臂的联结处要有可靠的定位基准面，确保各个部件关节的位置精度，且机身整体设计需符合安装及调整的要求。6.2机身的设计方案制定根据设计参数可知，机身设计与手臂设计关联性，确定选用活塞油缸结构能使机械手完成直线运动。而手臂升降运动则由安装于机身上的花键轴套导向升降结构来实现。它的特点是具有刚度大、活塞杆的直径大及传动平稳。当升降缸上下运动时，上下两腔通液压油，同时活塞杆做升降运动，而花键轴套与花键轴进行导向作用。实现手臂回转运动的机构繁多，常用的有：齿轮传动机构、连杆机构、链轮式传动机构、叶片式回转缸等。本设计取叶片回转缸使手臂回转运动，而回转缸位于升降缸上，则靠手臂部件与回转缸上端盖连接，回转缸动片则与缸体连接，由缸体带动手臂实现回转运动。具体结构如图6-1所示：图6-1回转缸置于升降缸的机身立柱结构示意图6.3机身的设计及计算校核如图所示，可知臂上升运动是靠油压作用于活塞上的推力来实现的，其不要克服臂伸缩工作状态下的四种阻力，而且还要克服臂部及手部、腕部、物料等的重量，故升降时手臂计算为：(6-1)G总—升降时，机械手及物料的总重量，而负号是用于手臂下降情况。其它公式符号同（5-1）。(1)总重量的估算：(2)计算中心与回转轴线之间的距离：所以(6-2)(3)摩擦力的计算：(6-3)故(4)惯性力的计算：而G总=1700N，，由(5-4)公式：(5)密封装置的摩擦阻力计算:本设计采用的升降结构是O型密封圈，由已知液压缸工作压力小于10MPa,因此：(6-4)(6)由于背压阻力很小，故可以忽略不计，。把各个参数代入公式：6.5升降液压缸的工作压力及结构设计6.5.1液压缸工作压力的确定根据驱动力查表5-1可得液压工作压力可取P=1MPa.6.5.2液压缸尺寸的确定由液压缸的计算直径的公式，且已知驱动力，其工作压力是P=1MPa,则代入(3-2)公式可得直径为：根据表4-1（JB826-66)，则可选标准液压内径系列，于是其取D=80mm。6.5.3液压缸外径的确定根据外径按中等壁厚的设计原则，据表4-2（JB1068-67）可知，其可取133mm.6.5.4活塞杆的计算校核活塞杆尺寸设计要符合活塞运动和刚度及强度要求，其计算公式同上，则可计算得：活塞直径为36mm。6.5.5液压缸缸筒长度的确定其长度计算公式同上，已知J=500mm,C=60mm,D=80mm,则代入计算可得L=776mm。6.5.6缸盖螺钉的计算螺钉受力的公式同上公式，且已知液压缸的工作压力P=1MPa,故可知螺钉的间距应小与150mm,取螺钉数为4个，又因为D=80mm,可由公式计算得：螺钉的材料选取Q235，Z取4（t为螺钉的间据）代入公式得;,所以公称直径可取6mm。6.6升降不自锁条件分析计算手臂在总重量作用的情况下有向下倾斜趋势.但导套阻止手臂的这种趋势，故不自锁条件的要求是升降立柱能够在导套内自由下滑，需满足：h>2¦r(6-5)式中：¦—摩擦系数，一般钢对于铸铁的滑动摩擦系数取0.1，因考虑到其它摩擦副的作用，故¦=0.16。r—偏重力臂即指手臂等部件的总重量重心到立柱轴线间的距离。当r=0.685m，¦=0.16时，h>0.2224m，故立柱导套须大于222.4mm。6.7回转机构的工作压力及计算本设计采用回转液缸结构，手臂驱动时产生的力矩与手臂起动时产生的惯性力矩、及各个密封装置产生的摩擦阻力矩相平衡。假若轴承处的摩擦力矩忽略不计时，则驱动力矩的计算如下：（6-6）式中：而计算：（6-7）式中：（6-8）（6-9）式中：回转的部件可等效为一个直径为100mm,长度为1500mm的圆柱体，总重量为165Kg.设置旋转起动角度w=180°，而起动角速度为Dw=0.314rad/s，启动时间设计为0.2s.代入公式得：而为了计算简便，密封处摩擦阻力矩取：由于回背阻力很小，故忽略不计，即：所以6.8回转缸尺寸的确定6.8.1回转缸油腔内径计算（6-10）式中：初步设计按动片宽度，可按设计回转缸动片宽b=60mm,工作压力取6MPa,d=50mm,则：根据表可选取液压缸内径为90mm，其按壁厚的设计要求取中等壁厚，其外径取108mm。6.8.2回转液压缸缸盖螺钉尺寸的确定已知液压缸的工作压力为P=6MPa,故可知螺钉的间距需小于80mm,输出轴r=40mm可试选取螺钉数目为6个，则，危险截面面积：，故：，，，，所以螺钉取：开槽盘头M12螺钉。6.9动片与输出轴之间的连接螺钉的计算动片与输出轴之间的连接应保证动片及输出轴形成紧密配合，且其连接为对称偶数安装，并用两个定位销来定位。于是根据（4-12）公式可得：螺钉材料选取Q235.则螺钉的直径mm螺钉的直径可选取d=20mm,则可取M20的开槽盘头螺钉。7机械手液压系统7.1机械手液压系统原理图设计根据本设计的要求，本机械手具有四个自由度，液压驱动及PLC控制，其要实现手爪松紧、手腕旋转、手臂伸缩、手臂升降、手臂摆动等动作，故根据机械手动作要求和计算选取所要的液压缸，再对本机械手的液压系统进行分析，简要的设计本机械手的液压系统简图。如图7-1所示：图7-1机械手液压系统原理简图7.2液压元件明细表表7-1液压元件明细表序号元件名称1双联叶片泵2、3、22单向阀4、5、21先导式溢流阀6线隙式滤油器7、9、11、12三位四通电磁换向阀8二位二通电磁换向阀10二位三通电磁换向阀13、14、17、18、19、20单向节流阀15、16节流阀23压力继电器24液控单向阀25减压阀8机械手动作PLC控制设计8.1可编程控制器（PLC）介绍8.1.1PLC的概述可编程控制器简称PLC，其是一种集成电路、.计算机技术基础上发展起来的.一种新型工业控制设备。其具有体积小、重量轻、控制功能强、配置灵活及可靠性强等优点。PLC实质上是一种工业控制计算机，它是专门为工业电气控制而设计的，设计思想源于常规继电器及开关控制电路。随着控制技术快速发展，PLC的数量及种类、规格多种多样。其中以西门子、欧姆龙及三菱、AB、GE更具代表性，其形式虽不同，但工作原理及使用方法基本相同。8.1.2PLC的工作原理及基本结构运行PLC后，其工作过程.分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行及输出刷新三个阶段。完成上述三个.阶段称作一个扫描周期。在整.个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度.重复执行上述三个阶段。其基本结构如图8-1：图8-1PLC的基本结构8.1.3机械手PLC型号选择根据机械手动作及连接的开关控制、行程开关及液压阀等数量，其所需接口较多，再结合PLC程序设计要求，分析工艺过程特点、机械手控制要求，同时明确控制任务，整体估算了输入输出点数及所需的存储器容量。故选取S7-200CPU226AC/DC型PLC，作为本设计PLC控制系统的型号。8.2机械手动作原理及说明在自动化生产线上，待加工物料首先由传送带1将其运送到光电开关处，检测到物料关电开关SQ1触发并将信息传递到机械手，机械手接受到信号反馈后开始动作控制。机械手进行手爪松开、夹紧物料、手腕旋转90º、手臂上升、手臂中转、手臂前伸、手腕旋转至180º、手爪松开放料、手臂收缩至限位开关处等待机床加工工件、待加工结束手臂前伸、手爪夹紧已加工物料、手臂收缩、手腕旋转至270º、手臂右转、手臂下降、手爪松开将物料放置于传送带2上、手腕旋转至0º、手臂左转到初始位置、光电开关SQ1触发将信息反馈至异步电动机驱动、在传送带1上，如有物料则正常运转，如果无物料，则等待10S，超过时间则传送带1、2将停止等运动动作控制。其中，机械手的运动是通过PLC控制电磁阀等，而电磁阀则控制液压传动系统实现的;并且运用限位开关和光电开关等检测机械手各个动作状态及物料位置。而传送带驱动则由三相鼠笼式异步电动机来实现，而电动机驱动和保护则采用电气控制方面的知识及PLC控制来解决。机械手初始状态是位于传送带1处，手爪松开、手臂下降、手臂收缩的状态、处于相对左边处（松开限位开关SQ3、下限位开关SQ5、后限位开关SQ10均受压，且左限位SQ6处于变压状态），当物料运送到光电开关处，其受到触发，传送带1,2停止运转，机械手则在相应的PLC控制程序作用下完成自动（连续或单周期）及手动的机床上下料和物料运输的整个系列动作，待加工完成，则将物料置于传送带2，同时光电开关触发，两传送带运转，与此同时，机械手左转至初始位置，等待下个周期工作。机械手动作控制原理，如简图1-2所示。8.3机械手运动动作控制要求开始按下启动按钮时，传送带1、2同时启动运转。当物料在传送带1的运送下到达传送带前端及光电开关的位置时，光电开关SQ1检测到物料，进行信息传递和反馈，传送带1停止。手爪夹紧物料时，夹紧开关SQ3开始动作。手腕旋转时,旋转开关SQ11及PLC内部定时器动作计时0.2s达到旋转90°。手臂上升，上升到上限位时会碰到上限位开关SQ4。机械手中转，中止到中限位时会碰到中止开关SQ7。手臂伸长，前伸到前限位时会碰到前限位开关SQ9。手腕旋转时，旋转开关SQ11及PLC内部定时器动作计时0.2s达到旋转180°。手爪松开物料时，松开开关SQ2开始动作。手臂收缩，收缩到后限位时会碰到后限位开关SQ10。机械手等待机床加工，在PLC的程序控制下，机械手将在PLC内部计时器动作计时等待2min。手臂伸长，前伸到前限位时会碰到前限位开关SQ9。手爪夹紧物料时，夹紧开关SQ3开始动作。手腕旋转时，旋转开关SQ11及PLC内部定时器动作计时0.2s达到旋转270°。手臂收缩，收缩到后限位时会碰到后限位开关SQ10。机械手右转，右转到右限位时会碰到右限位开关SQ6。机械手下降，下降到下限位时会碰到下限位开关SQ5。手爪松开物料时，松开开关SQ2开始动作。手腕旋转时，旋转开关SQ11及PLC内部定时器动作计时0.2s达到旋转0°。机械手左转，左转到左限位时会碰到左限位开关SQ8。机械手在初始位置时，在传送带1上，如有物料，则机械手将继续进行自动（连续或单周期）及手动执行上述动作控制，如果无物料，则等待10s，超过时间时，传送带1、2将停止运转。8.4机械手PLC控制接线图及主电路图设计根据机械手的运动动作控制及输入\输出控制要求,四自由度机械手可选用S7-200CPU226AC/DC型PLC，如图8-2及图8-3所示。8.5机械手操作控制面板设计机械手控制面板的设计，应遵循机械动作,同时保证输入、输出的对应，简洁明了，设置指示灯符合操作习惯,便于跟进机械手工作状态情况。电源开关QS及电源开关指示灯HL12和原位指示灯HL等采用带灯自锁按压式开关。控制方式操作选3档式选择开关,旋转打在中间位置的为单周期操作，旋转打在左边位置的为单手动操作，旋转打在右边位置的为连续操作。操作控制面板如图8-4所示。8.6机械手控制程序设计及说明8.6.1传送带控制程序设计传送带的控制及物料检测，初始时，机械手位于下限位（I0.4=1）,右限位（I0.5=1）处，即位于初始位置。传送带控制及物料检测梯形图，如图8-5所示。图8-2机械手PLC控制接线图图8-3主电路图图8-4传送带程序控制梯形图图8-5机械手控制面板8.6.2传送带的控制及物料检测梯形图说明开始启动时，按下启动按钮I1.2,Q1.2和Q1.3同时得电发生自锁，传送带1、2同时启动，传送带1上的物料得已传送。同时，如图8-8初始状态步S0.0置位，并处于等待状态。当物料到达光电开关I0.O位置时，Q1.2线圈失电，传送带1停止。M0.0线圈得电，初始状态步的S0.0复位,S0.1置位，机械手开始进入工作状态。如果机械手在原始位置时，光电开关在10s内检测不出物料，则定时器T37开始动作，Q1.2和Q1.3同时断开，传送带1、2均停止，以避免长时间空转，提高效益。输入继电器I1.3主要用于电动机过载保护及紧急停止，当电动机中有一台过载时，热继电器发生动作，FR1或FR2常开接点动作接通I1.3,断开Q1.2和Q1.3，使传送带1、2停止，同时S0.1-S2.2均复位，机械手此时停止动作。8.6.3机械手手动控制的控制梯形图手动方式采用按扭点动控制，考虑到线圈彼此互锁及机械手的限位保护。手动控制梯形图及自动控制梯形图之间不能同时在PLC中被读取，此时可运用跳转指令JMP-LBL将两种梯形图很好的分开，并能达到预期达到效果，很好实现机械手动作控制。手动控制如图8-6所示。图8-6机械手手动控制梯形图8.6.4机械手手动控制梯形图说明手爪松开，对应输入接点I1.4接通，I0.1和Q0.1未通电未能动断，此时线路通路，Q0.0线圈得电，接点Q0.0得电自锁，同时与夹紧互锁。当手爪碰到夹紧开关SQ3,接通I0.2动断使线路断路，松开动作结束。手爪夹紧，对应输入接点I1.5接通，I0.2和Q0.0未通电未能动断，此时线路通路，Q0.1线圈得电，接点Q0.1得电发生自锁，同时与夹紧互锁。当手爪碰到松开开关SQ2,接通I0.1动断使线路断路，夹紧动作结束。手腕旋转时，当按下SB5按扭，对应输入接点I1.6接通,T38定时0.2秒，接点T38未到时间动断，此时通路，Q0.2线圈得电，接点Q0,2得电自锁。当T38定时完毕后，T38动断使线路断路，Q0.2线圈失电,手腕旋转停止。手臂上升，对应输入接点I1.7接通，I0.3和Q0.4未通电未能动断，此时线路通路，Q0.3线圈得电，接点Q0.3得电发生自锁，同时与下降互锁。当上升碰到上限位SQ4,接通I0.3动断使线路断路，上升动作结束。手臂下降，对应输入接点I2.0接通，I0.3和Q0.4未通电未能动断，此时线路通路，Q0.4线圈得电，接点Q0.4得电自锁，同时与上升互锁。当下降碰到下限位SQ5,接通I0.4动断使线路断路，下降动作结束。手臂右转，对应输入接点I2.1接通，I0.5和Q0.6未通电未能动断，此时线路通路，Q0.5线圈得电，接点Q0.5得电自锁，同时与左转互锁。当中转碰到左限位SQ8,接通I0.7动断使线路断路，右转动作结束。手臂中停，对应输入接点I2.2接通，I0.6和Q0.5未通电未能动断，此时线路通路，Q0.6线圈得电，接点Q0.6得电自锁，同时与右转互锁。当右转碰到中限位SQ7,接通I0.6动断使线路断路，中停动作结束。手臂左转，对应输入接点I2.3接通，I0.3和Q0.4未通电未能动断，此时线路通路，Q0.4线圈得电，接点Q0.7得电发生自锁，同时与右转、中停互锁。当左转碰到右限位SQ6,接通I0.7动断使线路断路，左转动作结束。手臂伸长，对应输入接点I2.4接通，I1.0和Q1.1未通电未能动断，此时线路通路，Q1.0线圈得电，接点Q1.0得电发生自锁，同时与收缩互锁。当伸长碰到前限位SQ9,接通I1.0动断使线路断路，收缩动作结束。手臂收缩，对应输入接点I2.5接通，I1.1和Q1.0未通电未能动断，此时线路通路，Q1.1线圈得电，接点Q1.1得电发生自锁，同时与伸长互锁。当收缩碰到后限位SQ10,接通I1.1动断使线路断路，收缩动作结束。8.6.6机械手工作状态转移图及输出梯形图机械手开始启动时，位于原始位置，四自由度机械手输出梯形图（如图8-7示意）,工作状态转移图(如图8-8示意)。图8-7机械手输出梯形图图8-7机械手工作状态转移设计图8.6.7机械手工作状态转移图和输入梯形图说明当机械手启动时，按下启动按钮I1.2,Q1.2和Q1.3得电，传送带1、2启动运转，传送带1上的物料前行。初始脉冲SM0.1使初始状态步S0.0置位,当物料到达光电开关II0.0位置时，Q1.2线圈失电，传送带1停止运转。I1.2和Q0.4得电接通，使S0.1置位。S0.1置位，S0.1驱动立即输出继电器输Q0.1，手爪夹紧。夹紧后，夹紧限位开关I0.2开始动作，S0.1复位，转移到S0.2状态步。S0.2置位，S0.2驱动输出继电器Q0.2，手腕旋转，在周期的上升沿及T38定时期间,M0.0线圈得电和M0.1线圈同时失电，但M0.0动断，M0.1未动合，在保证旋转所需时间，防止状态转移，从而达到手腕旋转90°。当T38定时0.2s后，刚好达到周期上升沿，M0.0线圈和M0.1线圈同时得电,M0.0动断，M0.1动合，S0.2复位，转移到S0.3状态步。S0.3置位，S0.3驱动输出继电器Q0.3，手臂上升。上升后，上限位开关I0.3开始动作，S0.3复位，转移到S0.4状态步。S0.4置位，S0.4驱动输出继电器Q0.6，手臂中转。中转后，中限位开关I0.6开始动作，S0.4复位，转移到S0.5状态步。S0.5置位，S0.5驱动立即输出继电器Q1.0，手臂伸长。伸长后，前限位开关I1.0开始动作，S0.5复位，转移到S0.6状态步。S0.6置位，S0.2驱动输出继电器Q0.2，手腕旋转，在周期的上升沿及T38定时期间,M0.0线圈得电和M0.1线圈同时失电，但M0.0动断，M0.1未动合，在保证了旋转所需的时间，防止状态的转移，从而达到手腕旋转的180度的角度。当T38定时0.2秒后，刚好达到周期上升沿，M0.0线圈和M0.1线圈同时得电,M0.0动断，M0.1动合，S0.6复位，转移到S0.7状态步。S0.7置位，S0.5驱动立即输出继电器Q0.0，手爪松开。松开后，松开限位开关I10.1开始动作，S0.7复位，转移到S1.0状态步。S1.0置位，S1.0驱动立即输出继电器Q1.1，手臂收缩。收缩后，后限位开关I1.1开始动作，S1.0复位，转移到S1.1状态步。S1.1置位，S1.1驱动输出继电器M0.2，机械手等待动作。T39定时2分钟，待机床加工完毕，定时结束；M0.2失电，T39动合，S1.1复位，转移到S1.2状态步。S1.2置位，S0.5驱动输出继电器Q1.0，手臂伸长。伸长后，前限位开关I1.0开始动作，S1.2复位，转移到S1.3状态步。S1.3置位，S0.1驱动输出继电器Q0.1，手爪夹紧。夹紧后，夹紧限位开关I0.2开始动作，S1.3复位，转移到S1.4状态步。S1.4置位，S0.2驱动输出继电器Q0.2，手腕旋转，在周期的上升沿及T38定时期间,M0.0线圈得电和M0.1线圈同时失电，但M0.0动断，M0.1未动合，在保证了旋转所需的时间，防止状态的转移，从而达到手腕旋转的270度的角度。当T38定时0.2秒后，刚好达到周期上升沿，M0.0线圈和M0.1线圈同时得电,M0.0动断，M0.1动合，S1.4复位，转移到S1.5状态步。S1.5置位，S1.5驱动输出继电器Q1.1，手臂收缩。收缩后，后限位开关I1.1开始动作，S1.5复位，转移到S1.6状态步。S1.6置位，S1.6驱动输出继电器Q0.5，手臂右转。中转后，右限位开关I0.5开始动作，S1.6复位，转移到S1.7状态步。S1.7置位，S1.7驱动输出继电器Q0.4，手臂下降。下降后，下限位开关I0.4开始动作，S1.7复位，转移到S2.0状态步。S2.0置位，S2.0驱动输出继电器Q0.0，手爪松开。松开后，松开限位开关I10.1开始动作，S2.0复位，转移到S2.1状态步。S2.1置位，S0.2驱动输出继电器Q0.2，手腕旋转，在周期的上升沿及T38定时期间,M0.0线圈得电和M0.1线圈同时失电，但M0.0动断，M0.1未动合，在保证了旋转所需的时间，防止状态的转移，从而达到手腕旋转的0度的角度。当T38定时0.2秒后，刚好达到周期上升沿，M0.0线圈和M0.1线圈同时得电,M0.0动断，M0.1动合，S2.1复位，转移到S2.2状态步。S2.2置位，S2.2驱动输出继电器Q0.7，手腕左转。左转后，左限位开关I10.7开始动作，并且结合传送带运送物料，当物料到达光电开关的SQ0.0的位置并触发光电开关，此时I0.0接通动合；旋转开关，当打到连续开关时，则动合接点I0.6得电动合接通，转移到S0.1状态步，S0.1置位，机械手动作连续运转。当打到单周期开关时,则动断接点I0.6未得电使得线路接通,转移到S0.0状态步，S0.0复位，机械手动作单周期运转结束。8.7机械手总控制梯形图（如附录1示意）8.8机械手总控制指令表（如附录2示意）9结论毕业设计是我们综合运用大学所学的课程知识所呈交的一份毕业答卷，在毕业设计期间，我不仅把与本设计相关的专业课程知识进行了综合系统地回顾，而且还深入学习了机械手及其电气控制方面等专业知识，对机械手发展状况、工作原理及其作用等有了较深认识。通过设计要求，在设计过程中，通过对机械手各个部件液压缸尺寸计算及机械手液压系统简要设计，这使我对液压知识较好的提高，同时在设计中学以致用；在根据机械手用途，通过运用西门子PLC对机械手动作控制，使我对工业电气控制技术相关专业知识有较深认识及运用。综合性地将知识整合，充分地运用到毕业设计中去，创新实现了机电一体化的思想，完成了PLC控制，液压驱动及相关结构的设计等的一中能配合机床上下料及搬运自动化生产线上的四自由度机械手。在设计的过程中，遇到了很多困难，且发现诸多不足但通过查阅相关的文献书籍及向老师请教，逐步地克服困难，逐渐实现设计目标，同时也巩固了专业知识，为以后的工作打下了基础。CAD绘图能力、机械制图各方面需注意的细节、三维造型的绘制等都有待加强，但我相信通过总结设计经验，加强锻炼，将来能成为一名合格的机械设计工程师。致谢参考文献[1]郭洪武.浅析机械手的应用与发展趋势[J].中国西部科技，2012，279：3-12.[2]宋文琪.机械手的基本知识（八）[J].锻压装备与制造技术，1980，03:37-43.[3]宋文琪.机械手的基本知识（三）[J].锻压装备与制造技术，1980，03:37-43.[4]冯辛安.机械制造装备设计[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.[5]孙恒．机械原理[M]．北京：高等教育出版社，2006．5.[6]李允文．工业机械手设计基础[M]．北京：机械工业出版社，1996.[7]张福学．机器人技术及其应用[M]．北京：电子工业出版社，2000.[8]濮良贵．机械设计[M]．北京：高等教育出版社，2006．5.[9]吕厚余．工业电器控制技术[M]．北京：科学出版社，