液压机械手直线运动液压系统的设计

湖南生物机电职业技术学院毕业设计液压机械手直线运动液压系统的设计专业:班级:学生姓名=指导老师:完成日期:目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"绪论 2\o"CurrentDocument"对液压系统的分析 4液压系统设计参数 4工况分析 4\o"CurrentDocument"确定液压系统的主要参数 4确定系统最大工作压力 5液压缸有效工作面积 5系统最大流量 5计算液压缸的主要结构尺寸 5液压执行元件实际工作压力 6\o"CurrentDocument"拟定液压系统图 6制定系统方案 6执行机构的确定 6升降缸动作回路 6伸缩缸动作回路 7夹紧缸动作回路 71.5系统安全方案的制定 7\o"CurrentDocument"液压系统工作原理 7\o"CurrentDocument"液压元件的计算与选择 81.液压泵及电动机的选择 9确定油箱的有效容积 9系统部分液压元件的选择 9\o"CurrentDocument"机械手PLC控制系统控制要求 10机构要求 102.工艺过程 11\o"CurrentDocument"控制要求 12输入、输出分析 14\o"CurrentDocument"控制程序容量估计 14\o"CurrentDocument"九・PLC选型 14\o"CurrentDocument"十.画出输入、输出接线图及相关的图纸 15十一・程序设计・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・161・整体设计・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・162・手动控制程序・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・163・自动操作程序・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・184・输出显示程序・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・21十二.机械手的总体设计 211机械手的发展・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・212机械手手爪结构设计・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・223机械手手臂的设计・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・234腰座结构的设计・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・235动力臂的机构构造・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・246控制系统的选择・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・247驱动系统・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・248控制过程及要求・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・259机械手的动作示意图・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・27十三・致谢・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・28十四・参考文献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・29十五・附录・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・31摘要机械手模仿人的手部动作,按给定程序,轨迹和要求实现自动抓取,搬运和操作的自动装置.其驱动方式多用液压驱动.在设计液压系统时,对机械手的动作过程及工作情况进行分析，可以算出各执行元件的最大负载F,运动速度V以及行程S等一系列参数.然后根据这些参数可以得出液压系统的主要参数,系统最大工作压力P和最大流量V.maxp=p+丫A1pq=AxVmaxmax然后确定各执行元件的工作压力,流量和有效工作面积.3个液压缸的尺寸.根据液压缸的缸径和活塞杆的直径和压力,查机械设计手册可以选用标准系列的液压缸.根据系统工况分析和各执行元件的压力以及流量可以拟定液压系统图.在拟定液压系统图时,充分考虑了各执行元件所需要的条件以及各个阶段对系统的需求.为满足工况的要求.系统中设置了调速回路,保压回路,平衡回路和安全措施等.拟定液压系统图之后,计算系统中所用到的部分主要的液压元件.计算液压泵的最大吸油量和最大供油压力.然后确定液压泵电动机的功率.最后可以完成整个液压系统的设计.在本系统中充分考虑到了机械手的工况,在选择各液压回路时也充分考虑到了背压,惯性冲击力,管路压力损失等对液压系统带来的影响.在本系统推广方面,也可以在系统中加上回转回路,这样可以让机械手更加灵活.用途更加广泛.此液压系统也可用于各种搬运以及起重设备中.绪论机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置.它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全.因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门.机械手可把人类从危险,繁重的体力劳动中解放出来,配合机械手工作.同时可极大地提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐.下面介绍下机械手的历史和前景.机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的,机械手研究始于20世纪中期,随着计算机和自动化技术的发展,特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来,计算机取得了惊人的进步,向高速度、大容量、低价格的方向发展.同时,大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展,又为机器人的开发奠定了基础.另一方面,核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质,在这一需求背景下.美国于1947年开发了遥控机械手,1948年又开发了机械式的主从机械手.机械手首先是从美国开始研制的.1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利,该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节.利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作的记录和再现.这就是所谓的示教再现机器人.1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人.作为机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”.从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域.我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关,目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用,弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上.但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距,当前我国的机器人生产都是应用户的要求“一客户,一次重新设计”,品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低,而且质量、可靠性不稳定.因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、模块化设计,积极推进产业化进程,我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下,也取得了不少成果,其中最为突出的是水下机器人,6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平.对液压系统的分析液压系统设计参数负载最大压力80KN上下最大行程200mm伸出最大行程500mm伸出最大速度35mm/s泵工作时的各缸最高压力伸缩缸P=3.2MPa,夹紧缸P=4MPa,升降缸12P=4.5Mpa.3分析工况根据液压系统的设计依据,对主机的工作过程进行分析即负载分析和运动分析，确定负载和速度在整个工作循环过程中得变化规律•然后计算执行元件的主要参数，以及确定液压系统的主要参数即工作压力和最大流量.启动阶段：F=F+Fs G(1)加速阶段：F=F+F+Ff m G⑵恒速阶段：F=F+Ff G(3)制动阶段：F=F-F+Ff m G⑷式中F.为重力，若工作中执行元件水平放置，则F=0.f为静摩擦TOC\o"1-5"\h\z- G s力，F=fxF,f为静摩擦系数，取f=0.25,F为对支承面的正压力.F为动s sns s n f摩擦力F=fxF，f为动摩擦系数取f=0.05.F为惯性阻f dn d d m力,F=mg-Av-At.Av为速度变化量，At为启动或制动时间.m确定液压系统的主要参数1.根据机械手伸出，上升，夹紧时的最大压力和系统损失压力丫A，确定系p统的最大工作压力：p=p+丫A=4.5+0.5=5（MPa）1p（式1）2.液压缸有效工作面积：a=Fmax确定液压系统的主要参数1.根据机械手伸出，上升，夹紧时的最大压力和系统损失压力丫A，确定系p统的最大工作压力：p=p+丫A=4.5+0.5=5（MPa）1p（式1）2.液压缸有效工作面积：a=Fmax= 8%i°4pn 5x106x0.8=0.02（m2）（式2）系统最大流量(q):maxq=AxV=0.02x35x10-3=0.7x10-3m3/s=42(L/min)(式3)max max (式3)计算液压缸的主要结构尺寸1)确定升降缸的活塞及活塞杆的直径升降缸最大载荷时，为受压使产品下降和提升产品.其载荷力为80KN,工作在受压和拉伸状态.活塞直径为:：4x0.023.14（式4）根据液压手册，取标准系列D=0.2,取d/D=0.7,即活塞杆直径为:d=0.7D=0.7x0.2=0.14（m）1（式5）根据液压手册标准系列，取d=0.15(m)2)伸缩缸的活塞及活塞杆的直径伸缩缸直接控制机械手臂的伸出和缩回,主要承受纵向力(弯矩),轴向力较小所以对活塞缸的强度要求较高,而对缸的伸出压力并不需要很大.伸缩缸移动最大载荷为其伸出顶紧之时,缸的回油流量虽经节流阀,但流量极小,故背压视为零.故其活塞直径为D24x30x1033.14x3.2x106=0.109（m）.（式6）根据液压机械手册，取D=0.12，取d/D=0.8,即活塞杆直径为:d0.8D0.80.120.096圆整标准系列，取d0.1m).3)确定夹紧缸的活塞及活塞杆直径夹紧缸最大载荷时，根据工况分析，机械手指夹紧产品.需要较大的夹紧力以至于不会让产品滑落.其活塞直径为:牛川咼0.138m）3D牛川咼0.138m）3D3（式7）圆整标准系列取D0.15.取d/D0.7即活塞杆的直径为:d0.70.150.105根据液压设计手册，取标准系列d0.125.液压执行元件实际工作压力:执行元件名称载荷(KN)背压力(MPa)工作压力(MPa)升降缸800.54.5伸缩缸300.33.2执行元件名称载荷(KN)背压力(MPa)工作压力(MPa)升降缸800.54.5伸缩缸300.33.2夹紧缸600.3三、拟定液压系统图根据该液压系统的主机工作要求和工况分析.液压系统主要包括3个液压缸，伸缩缸，升降缸，夹持缸，液压系统采用单泵供油.为了保证多缸运动互不干扰，实现同步或非同步运动，换向阀采用中位机能为“0”型换向阀.由于整个系统采用单泵供油.各缸所需流量相差较大，因此各缸选择节流阀进行调速.此外，系统还设置了锁紧保压回路.平衡回路.以防止断电，失压等意外发生.1.制定系统方案1)执行机构的确定本系统液压驱动动作均为直线运动，各直线运动机构均采用单活塞杆双作用液压缸直接驱动.

升降缸动作回路升降缸要求实现平稳,可靠上升和下降.要克服惯性冲击等.其运动方向直接由电液换向阀直接驱动.回路设置单向节流阀用以调速和设置一定的背压.另外,为防止垂直防止的液压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,特别在升降缸动作回路中采用外控式顺序阀来实现平衡控制.并控制其通流速度,限制执行元件的运动速度,由于外控式顺序阀不但具有很好的密封性,能起到对活塞很长时间的锁紧定位作用.而且阀开口大小能自动适应不同载荷对背压压力的要求,保证了活塞下降速度的稳定性不受载荷变化影响.伸缩缸动作回路在机械手臂伸出和缩回的过程中,运动速度也较快,平稳性要求也不高,故只采用了单向节流阀来调速,也能设置一定的背压.夹紧缸动作回路.手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响,保证牢固地夹紧工件,采用了液控单向阀锁紧回路.系统安全方案本系统为保证安全生产,在溢流阀的远程调控口设置了一个两位两通的手动换向阀,当系统出现意外时,可以直接用手动换向阀打开溢流阀的远程调控口,直接让系统卸荷.从而保证安全.该液压系统在整个工作循环中徐友亮变化较大,另外在夹紧后又要求有较长时间的保压.虽采用单泵供油,但是在需要快速运动时可以采用蓄能器和泵同时供油.机械手原位 %手臂伸出 、手臂下降 机械手原位 %手臂伸出 、手臂下降 / L?J冃1严F7)液压系统图见附录手指夹紧手指松开手臂下隆 手臂缩回手臂上升图2.液压机械手动作顺序图四、 液压系统工作原理：按下启动按钮后，泵启动给系统供油，同时1YA］得电。阀1处左位，油液通过单向阀，缸1左腔进油，控制机械手臂伸出。当活塞伸出碰到定位挡块，左腔持续进油，回路压力升高，当油液压力达到压力继电器(K1)的调定压力时，压力继电器K1动作。1YA失电，液压阀1处中位，缸1锁紧。同时使3得电。阀2处左位，油液经过节流阀.，缸2下油腔进油，当回路压力达到顺序的开启压力时，顺序阀打开，控制机械手下降，当活塞运动到下极限位置碰到定位挡块时，液压缸2内持续进油，回路压力升高，当油液压力达到压力继电器「二动作。5YA得电。阀3处左位，油液经过单向阀进入液压缸3的左腔。控制机械手手指夹紧工产品，当活塞碰到行程开关S2时，5YA失电，阀3处中位。同时4YA得电。阀2处右位油液经过右边的单向阀流入缸2的上腔，控制机械手上升，当缸2的活塞运动到极限位置时，压力继电器K3动作，控制4YA失电，阀2处中位，同时2YA得电，阀1处右位，油液经过单向阀进入液压缸1的右腔，控制机械手缩回，当活塞运动到左端极限位置时，液压继电器K1动作，控制3YA得电.阀2处左位，油液经过节流阀，缸2下油腔进油，当回路压力达到顺序阀的开启压力时，顺序阀打开，控制机械手下降，当活塞运动到极限位置时，液压缸2内持续进油，回路压力升高，当油液压力达到压力继电器K4动作。同时6得电。阀3处右位，夹紧缸在液压力下缩回，机械手指在弹簧张力下自动回位，从而使机械手松开工件。当液压缸3退回碰到S［时，控制2YA得电，从而使得液压缸1上升(即复原位)，等待下一个循环。五、 液压元件的计算与选择液压泵及电动机的选择液压泵的最大工作压力：p=p+丫A=4.5+0.5=5(MPa)1 p根据系统工况，最大流量二确定液压泵的最大供油量qmax

q>kqmaxq=1.2x42=50.4(L/min)max考虑到系统泄漏的修正系数，取k=1.2.根据设计要求和系统工况可确定液压泵的类型，然后根据算出的p和q,max参照产品样本，即可选择液压泵的规格和型号.在整个工作循环中，液压泵的工作压力和流量比较稳定,则液压泵的驱动功率为5.25=(kw)5x106x50.45.25=(kw)0.8x60选用标准5.5kw的电动机.确定油箱的有效容积已知所选泵的总流量为50.4(L/min),这样液压泵没分钟排出来压力油的体积为0.5m3,根据液压设计手册，取a=5,算出有效面积为:V=aq=5x0.05=0.25(m3)3.部分液压系统元件列表元件名称型号公称流量滤油器XU-CJ45*50BS40溢流阀YF3-10L63电磁换向阀123D0-D8C22电磁换向阀234DF30-E10B-D25电磁换向阀334DF30-E11B-D40液控单向阀CPT-03-04-5040压力继电器HEP.OA20/30单向节流阀SRCT-0.3-5030单向顺序阀HCT-03-A-3-2250机械手直线运动PLC控制系统控制要求机械结构机械手的工作示意图如图2-1所示.图2-1机械手的工作示意图在图2-1中，机械手的所有动作均采用液压驱动。它的上升/下降，左移/右移和夹紧/放松均采用双线圈三位电磁阀推动液压缸完成。当某个电磁阀线圈通电时，就一直保持当前的机械动作，直到相反动作的线圈通电为止。例如当下降电磁阀通电后，机械手下降，即使线圈再断电后，仍保持当前的下降动作状态,直到上升电磁阀线圈通电为止。夹紧/放松电磁阀处中位具有保持前一个动作的功能。为了保证动作准确到位，机械手上安装了压力继电器（视为限位开关）SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对机械手进行下降、上升、右行、左行等动作的限位，并给出了动作到位的信号。另外，还安装了光电开关SP负责监测工作台B上的工件是否已移走，从而产生无工件信号，为下一个工件的下放做好准备.工艺过程机械手的动作顺序、检测元件和执行元件的布置如图2-2所示。机械手的初

始位置在原位，按下起动按钮后，机械手将依次完成：手臂伸出一手臂下降一手

臂夹紧f手臂上升f手臂缩回f手臂下降f手臂松开手臂上升8个动作，实现机

械手一个周期的动作。机械手的下降、上升、右移、左移的动作转换靠限位开关

来控制，而夹紧放松动作的转换是由时间继电器来控制的.图2-2系统结构示意图为了保证安全，机械手右移到位后，必须在工作台B上无工件时才能下降。若上一次搬到右工作台上的工件尚未移走，则机械手应自动暂停等待。为此设置了一只光电开关，以检测“无工件”信号。3.控制要求工作台A、B上工件的传送不用PLC控制。机械手要求按一定的顺序动作,其流程图如图2-3所示。2-3控制系统流程图起动时，机械手从原点开始顺序动作。停止时，机械手停止在现行工步上。重新起动时，机械手按停止前的动作继续进行。为满足生产要求，机械手设置有手动工作和自动工作两种方式，而自动工作方式又分为单步、单周和连续工作方式。1） 手动工作方式：利用按钮对机械手每一步单独进行控制，例如，按“上升”按钮，机械手上升；按“下降”按钮，机械手下降。此种工作方式可使机械手置原位。2） 单步工作方式：从原点开始，按自动工作循环的工序，每按一下“起动”按钮，机械手完成一步动作后自动停止。单周期工作方式：按下起动按钮，从原点开始，机械手按工步自动完成一个周期的动作后，停在原位。连续工作方式：机构在原位时，按下起动按钮，机构自动连续地执行周期动作。当按下停止按钮时，机械手保持当前状态。重新恢复后机械手按停止前的动作继续进行。七．输入、输出分析根据控制要求分析，系统为开关量顺序控制系统。1.输入共有14个开关量控制信号和一个4位多档转换开关：起动按钮、停止按钮、下降按钮、上升按钮、左移按钮、右移按钮、夹紧按钮、松开按钮、上限位下限位、左限位、右限位、无工件检测和模式选择开关。输出共有6个开关量控制信号：下降电磁阀、上升电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、夹紧/松开电磁阀和原位显示。八．控制程序容量估计从控制要求来看出，系统为开关量循环控制系统，每个工作循环共有10步，每一步只是完成一些简单动作，程序比较简单，200步内即可实现。九.PLC选型根据控制要求分析，PLC控制系统选用SIEMNS公司的S7-200系列CPU224和EM221，其输入、输出端子电气接线图如图2-4所示。十．画出输入、输出接线图及相关的图纸控制系统PLC外部接线图如图2-4所示。

动限限限限件止动垢起下上右左任停手单10°CPU214rIO.1ttO.2IO.310.4IO.5IO.&IO.711.0II.311.4动限限限限件止动垢起下上右左任停手单10°CPU214rIO.1ttO.2IO.310.4IO.5IO.&IO.711.0II.311.4_z~：［0.2-^—12.1z—12.2-.—12.311__U_QO.OQO.1go.2QO.3QO.4Q0.5EM221L根据电路要求，输入、输出地址分配见表2-5。表2-5输入、输出地址分配输入输出符号地址功能符号地址功能SB110.0起动KM1Q0.0下降SB210.1下限KM2Q0.1夹紧，松开SB3I0.2上限KM3Q0.2上升SB410.3右限KM4Q0.3右移SB510.4左限KM5Q0.4左移SPI0.5无工件检测LAMPQ0.5原位显示SB610.6停止十一．设计程序1.整体设计手动程序和自动程序分别编成相对独立的子程序模块，通过调用指令进行功能选择。当工作方式选择开关选择手动工作方式时，10.7接通，执行手动工作程序；当工作方式选择开关选择自动方式（单步、单周、连续）时，11.0、11.1、I1.2分别接通，执行自动控制程序。整体设计的梯形图（主程序）如图2-6所示。2.手动控制程序手动操作不需要按工序顺序动作，可以按普通继电器接触器控制系统来设计。手动控制的梯形图见子程序O。手动按钮11.3、11.4、11.5、12.0、12.1、12.2分别控制下降、上升、右移、左移、夹紧、松开、各个动作。为了保持系统的安全运行，设置了一些必要的连锁保护，其中左右移动的控制环节中加入了I0.2作为上限连锁。因为机械手只有处于上限位置（10.2=1）时才允许左右移动。手动控制的程序如图2-7所示。

2-6主程序梯形图自动操作程序机械手的自动操作流程图如图2-3所示。对于顺序控制可用多种方法进行编程，用移位寄存器也很容易实现这种控制功能，转换的条件由各行程开关及定时器的状态来决定。机械手的夹紧和松开动作的控制原则，可以采用压力检测、位置检测或按照时间的原则进行控制。本例题用定时器T37控制夹紧时间，T38控制放松时间。其工作过程分析如下。1） 机构处于原位，上限位和左限位行程开关闭合，10.2、10.4接通，移位寄存器首位M1.0置“1”，0.5输出原位显示，机构当前处于原位。2） 按下启动按钮，10.0接通，产生移位信号，使移位集训期右移一位，M1.1置“1”（同时M1.0恢复为零），M1.1得电，Q0.0输出下降信号。3） 下降至下限位，下限位开关受压，I0.1接通，移位寄存器右移一位，移位结果使M1.2置“1”（其余为零），Q0.1接通，夹紧动作开始，同时T37接通，定时器开始计时。4） 经延时，T37触点接通，移位寄存器又右移一位，是M1.3置“1”（其余为零），Q0.2接通，机构上升，由于M1.2为1,夹紧动作继续执行。5） 上升至上限位，上限位开关受压，I0.2接通，寄存器再右移一位，M1.4置“1（其余为零），Q0.3接通，机构右行。6） 右行至右限位，I0.3接通，将寄存器中“1”移到M1.5,Q0.0得电，机构再次下降。7） 下降至下限位，下限位开关受压，移位寄存器又右移一位，使M1.6置〃1〃（其余为零），Q0.1复位，机构松开，放下搬运零件同时接通T38定时器，定时器开始计时。8） 延时时间到，T38动合点闭合，移位寄存器右移一位，M1.7置“1”（其余为零），Q0.2再次得电上升。9） 上升至上限位，上限位开关受压，I0.2闭合，移位寄存器右移一位，M2.1置“1”（其余为零），Q0.4置“1”，机构左行。左行至原位后，左限位开关受压，I0.4接通，寄存器仍右移一位，M2.1置“1”（其余为零）,一个自动循环结束。自动操作程序中包含了单周或连续运动。程序执行单周或连续取决于工作方式选择开关，当选择连续方式时，I1.2使M0.0置“1”。当机构回到原位时，移位寄存器自动复位，并使M1.0为“1”。同时11.2闭合，又获得一个移位信号，机构按顺序反复执行。当选择单周期操作方式时，I1.1使M0.0为“0”。当机构

回到原位时，按下起动按钮，机构自动动作一个运动周期后停止在原位。自动操作的梯形图程序如图2-7所示。4•输出显示程序机械手的运动主要包括上升、下降、左行、右行、夹紧、松开，在控制程序中M1.1、M1.5分别控制左右下降，M1.2控制夹紧，M1.6控制松开，M1.3、M1.7分别控制左右上升，M1.4、M2.0分别控制右、左运行，M1.0原位显示。设计输出梯形图如图2-8所示。2-8输出显示程序十二、机械手的总体设计2.1机械手的发展机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。机械手由以下结构：执行机构一一驱动-传动机构一一控制系统一一智能系统一一远程诊断监控系统，五部分组成。机械手的设计构想是以人的手为基础，以机械拉来实现人的动作，它的动作由以下三部分来实现：1、自由度的旋转1、肩的前后动作2、肘的上下动作3、腕（手）的动作驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分:机械式、电气式、液压式和复合式，本设计主要设计PLC和液压复合式的控制。控制系统采用西门子PLC控制。本设计运动形式:前后、上下两个自由度运动，均由液压伺服系统控该控制系统的设计是可以给操作臂一个信号的动力反馈系统。该工作臂类似一个伸缩仪。在方位、肩部和肘部上的轴直接控制位置,利用主臂控制速度。在机械手的操作柄有一个按钮来控制工作头（降低、翻转、倾斜和抓住的装置）。控制系统的特性是可以使操纵器以一定的速度和精确性进行工作。工业机械手的结构是基于模组块系统上的，模组块系统适合于提高移动的速度或特殊类型的工作。在设计上考虑维修的简单性。维修的人员需要具备一定的资格，应能处理一般的机械设备的问题或通常液压件的安装。工业机械手传输在末端工具上的力或负载的感觉到操作者的手中（动力反馈）“动力反馈”的意思是在机械手臂末端上的力有一小部分反馈到操作柄。减少比率意味着操作者必须用2公斤的力才能将工具额定的负载举起。对于动力反馈，操作者有机会感觉在方位、肩部和肘部的轴的负载改变的不同情况（惯性和加速度）。通过提供额外的力，操作者可以优先确定使用的力和搬运的路径，目的是为了获得一个快慢速.1.2机械手手爪结构设计1.2.1设计要求手爪是用来进行操作及作业的装置，其种类很多，根据操作及作业方式的不同，分为搬运用、加工用、测量用等。本次设计主要是针对搬运用，而搬运用手爪是指各种夹持装置，用来抓取或吸附被搬运的物体。一般工业机械手手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型；按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。1.2.2机械手手腕结构的设计机械手手腕是机械手操作机的最末端,与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪在空间运动，完成所需要的作业动作。图1-1.手臂、手爪的机械机构简图1.3机械手手臂的设计1.3.1手臂结构的设计要求机械手的手臂在工作时，要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，因此，机械手手臂的设计需要遵循以下设计要求：1工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度有密切的关系，因此手臂尺寸设计应合理，一般满足其工作空间即可。2为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。1.3.2机械手手臂的结构该机械手采用直角坐标系式结构方式，该种结构的三个运动方向相对独立,不会受到其他方向运动的影响，所以该机械手运动更加符合本次题目要求。考虑到本机械手采用液压控制，综合各方面决定将机械手臂的上下臂都采用液压缸来代替，机械手爪的张、合也用液压缸来控制，这三个分别为机械手的上臂、下臂以及手爪的辅助部分。1.4腰座结构的设计1.4腰座结构的设计要求机械手的腰座，就是机械手的回转基座。它是机械手的第一个回转关节，承受了机械手的全部重量。因此在设计机械手腰座结构时，有以下设计要求：由于腰座要承受机械手全部的重量和载荷，因此，机械手腰座的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力它对机械手末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度。腰部结构要便于安装、调整。要有可靠的定位基准面和调整机构。且腰座要安装在足够大的基面，以保证机械手在工作时整体安装的稳定性。动力臂的机械构造动力臂由上臂和一个较底臂（下臂）连接组成，它建立一个轴的支撑上。在垂直面的运动是上臂的水平运动和下臂的上下运动叠加而获得的。上、下臂的运动是通过液压缸直接控制，手爪的运动是由液压缸与一个铰链机构来控制。通过横梁和和肘部零件的连接保持最终配置部件的位置恒定不便。这样上臂和下臂的运动各自具有独立的方向。控制系统的选择本机械手采用液压控制和PLC两种控制方式并用，相辅相成。液压控制主要是利用电磁阀和液压缸。机械手的控制运用plc编程来控制，PLC以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易的完成顺序逻辑，运动控制，定时控制，记数控制，数字运算，数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，而从实现生产过程的自动控制。PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"冒险竞争"，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作PlC的可靠性好，它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可在机械手运动的极限位置都装有位置开关，当机械手运动到位时触碰开关，同时将信号传替到cpu经过PLC来控制下一个动作。图.机械手位置控制原理图该系统并装有压力传感器，它将负载信号输送到电子控制器，起到动压反馈的作用，它将改善系统的动态特性（如：稳定性等）驱动系统驱动系统可以选择液压驱动，气动和伺服电机作为机械手的驱动系统，但是根据本次设计的要求选择液压系统作为本次的驱动系统液压驱动的机械手具有很大的抓取能力，可抓取质量达上百公斤的的物体，油压可达7MPA,液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性要求高，不宜在高温和低温现场工作，需配备一套液压系统。控制过程及要求机械手的全部动作有汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈两位电磁阀控制。例如当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀端电时，机械手上升停止。同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械的放松/加紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为加紧电磁阀）控制。当该线圈通电时，机械手加紧，该线圈断电时，机械手放松。当机械手处于原点时（即左限位开关和上限位开关合上），启动以后，机械手移向A点，加紧工件，然后回到原位，移向B点，放下工件，再回到原位完成一次动作。当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台上无工作时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。机械手的动作过程如图3-2所示。从原点开始，按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工作，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过八步动作完成一个周期。机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。手动操作:手动操作：就是用按钮操作对机械手的每一种运动单独进行控制。例如，当选择上/下运动时，按下启动按钮，机械上升；按下停止按钮，机械手下降。当选择左右运动时，按下起动按钮，机械手左移；按下停止按钮，机械手右移。当选择夹紧/放松运动时，按下起动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放

松。戎第电礒阀夹囁电碗阀松。戎第电礒阀夹囁电碗阀图3-2机械手动作过程单步操作【用于调试】:单步操作：每按一次起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止单周期操作:单周期操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。在工作中若按一下停止按钮，则机械手停止重新起动时，需要手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下起动按钮，机械手又重新开始单周期操作。连续操作:连续操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮，