數(shù)控機床上下料機械手畢業(yè)論文

1、1 緒論11.1選題背景11.2設計目的11.3發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢22液壓上下料機械手的設計方案32. 1機械手的概念32.2機械手的組成及工作原理32. 3機械手的總體設計42. 3. 1機械手的總體機構(gòu)的類型 42. 3.2具體采用方案52.4機械手主要部件的選用52. 4. 1機械手手爪的選用52.4.2機械手手腕的選用62.4.3機械手手臂的選用72.4.4機械手機身的選用82.5驅(qū)動機構(gòu)的選擇 82.6傳動結(jié)構(gòu)的選擇 92.7機器人手臂的平衡機構(gòu)設計103液壓系統(tǒng)的設計113.1液壓系統(tǒng)的概述113.2液壓系統(tǒng)的組成113.3液壓系統(tǒng)的基本控制回路 113.4液壓系統(tǒng)的總體設計123.4

2、. 1控制回路的設計 123.4.2液壓源系統(tǒng)的設計123.4.3繪制的液壓系統(tǒng)圖133.5液壓系統(tǒng)的簡單計算 133. 5.1油缸的主要類型與相關運算 143. 5.2油泵的選擇183. 5.3油泵電動機功率的確定 184機械手控制系統(tǒng)的設計 194. 1系統(tǒng)硬件電路的設計 194. 1. 1可編程控制器的概念194. 1.2plc的應用領域194. 1.3plc系統(tǒng)的組成204.1.4plc的工作原理 21結(jié)論30致謝31參考文獻32摘要通過對機械設計基礎、工業(yè)用微型計算機及其自動化等專業(yè)課程的學習，以及課外實 踐所學的知識，對數(shù)控機床上下料機械手各部分機械結(jié)構(gòu)和功能進行了論述和分析，設計

3、 了一種液壓式圓柱坐標形式的數(shù)控機床上下料機械手。此設計主要針對機械手的手爪、手 腕、手臂、機身等各部分機械結(jié)構(gòu)以及機械手控制系統(tǒng)（傳動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)）進行了的 設計。同時對plc控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)進行了理論分析和設計計算。plc控制系統(tǒng)的分析 重點放在plc各硬件部分的設計和介紹、plc梯形圖的編寫上。此次設計的自動上下料機 械手采用液壓驅(qū)動，傳動平穩(wěn)，且易于控制，控制系統(tǒng)用plc作為控制器，優(yōu)化了機械手 群的控制系統(tǒng)。該機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的 作業(yè)區(qū)進行作業(yè)。關鍵詞：機械手；液壓系統(tǒng)；plc控制系統(tǒng)；1緒論1.1選題背景近年來，隨著科學技術的不斷提高

4、以及工業(yè)自動化的快速發(fā)展，高效、高質(zhì)量、低成 本、低污染無疑成為了工業(yè)自動化所追求的目標。其中機器人就代表了工業(yè)自動化的最高 水平。機器人的研發(fā)與應用，體現(xiàn)了一個企業(yè)先進的加工制造能力和科研能力。同時它也 促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。由于機械 手能代替人類完成高危險、高強度，重復枯燥的工作，同吋可以連續(xù)長吋間生產(chǎn)，從而大 大的提高了生產(chǎn)效率，降低了人工生產(chǎn)成本，減輕了人類的勞動強度。因此機械手已經(jīng)越 來越廣泛的得到了應用。一般機械手在機械行業(yè)中可用于零部件組裝、加工工件自動抓 取、上料、下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作，特別是在自動化數(shù)控機床以及組合機床

5、上 使用比較普遍。目前，機械手已經(jīng)發(fā)展成為一種非常成熟的機械加工輔助手段，同時也發(fā) 展成為了柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中一個重要組成部分。把機床設備和機械 手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元。可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置及人工，結(jié) 構(gòu)簡單，適應性強。機械手的應用改變了傳統(tǒng)的搬運方式，有效地改善了作業(yè)環(huán)境，提倡 零件加工數(shù)字化，信息化，少人化直至無人化管理，極大程度的保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，使現(xiàn) 代加工制造技術邁上了新的臺階。然而，目前我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平 與國外相比還有一定的差距，機械手應用工程起步相對比較晚。因此，為了加快我國工業(yè) 自動化的步伐，進行機械手的研究設

6、計是非常必要，也是十分具有意義的事。1.2設計目的眾所周知，一個國家經(jīng)濟實力很大程度上取決于制造業(yè)的發(fā)展水平。上世紀，美國制 造業(yè)占世界制造業(yè)40%,2010年中國制造業(yè)第一次趕超美國（中國占19.8%,美國占19.4%）。 近幾年，美國、口本、韓國等國家紛紛將自己的制造產(chǎn)業(yè)搬回本國，準備大力發(fā)展制造業(yè), 一場無硝煙的工業(yè)大戰(zhàn)即將開始。然而，我國大部分的工廠和企業(yè)仍然還是使用人工裝卸、 搬運、包裝、打碼等。這些人工操作具有一定的危險性，在高強度的作業(yè)環(huán)境下人容易犯 錯，工作效率會大打折扣。這些已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了加快工業(yè)自動 化的步伐，使其真正的走進人們的生活，結(jié)合自己所學的

7、專業(yè)理論知識及課外實踐知識， 設計了一臺自動上下料機械手，其兼?zhèn)淙撕蜋C器的優(yōu)點，它可替代人從事危險、有害、有 毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)的重復勞動，提高勞動生產(chǎn) 率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。1.3發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢fi前，國內(nèi)外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢 如下：1機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三 位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機。2. 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于pc機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器 件集成度提高，控制柜口見小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性

8、、易操作性 和維修性。3機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、 焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺 等多傳感器的融合技術進行決策控制；傳感器融合配置技術成為袴能化機器人的關鍵技 術。4關節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設 計；柔性仿形噴涂機器人開發(fā)，柔性仿形復合機構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制 系統(tǒng)開發(fā)；5焊接、'搬運、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機械手產(chǎn)品的標準化、通用化、模塊化、系列化 研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。綜上所述可以概括為兩個方向：其一是機

9、械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進 的控制算法，復雜的機電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工和聯(lián)系，性價比高，在滿足工作要 求的基礎上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元 件。世界工業(yè)機械手的數(shù)冃雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀的曙 光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機 器人應用的深化和滲透，工業(yè)機械手在各行各業(yè)中還在不斷開辟著新用途。隨著電子技術 的發(fā)展和科技的不斷進步，這項技術將日益完善。2液壓上下料機械手的設計方案2. 1機械手的概念我國國家標準（gb/t12643 - 90）對機械手的定義：“具有和

10、人手臂和似的動作功能，可 在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置?！睓C械手可分為專用機械手和通用機械手兩大類。專用機械手：它作為整機的附屬部分, 動作簡單，工作對象單一，具有固定（有時可調(diào)）程序，使用大批量的自動生產(chǎn)。如自動生 產(chǎn)線上的上料機械手，自動換刀機械手，裝配焊接機械手等裝置。通用機械手：它是一種 具有獨立的控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣的機械手。它適用于可變換生產(chǎn)品種的中 小批量自動化牛產(chǎn)。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強，廣泛應用于柔性自動線。2. 2工業(yè)機械手的組成及工作原理2. 2. 1工業(yè)機械手的組成工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)和控制部分所組成，各部分關系如下框圖

11、2. 1：控制機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)!a工件位置檢測裝置圖2.1工業(yè)機械手各部分關系圖執(zhí)行機構(gòu)：包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構(gòu)等運動部件所組成。 驅(qū)動機構(gòu)：有氣動，液動，電動和機械式四種形式?？刂葡到y(tǒng)：有點位控制和連續(xù)控制兩種方式。 機身：它是整個工業(yè)機械手的基礎。機械手功能：（1）它能部分的代替人工操作；（2）它能按照生產(chǎn)工藝的要求遵循一定的程序、吋間和位置來完成工件的傳送和裝 卸；（3）它能操作必要的機具進行焊接和裝配。2. 2. 2上下料機械手的工作原理上下料機械手是一種專用的工業(yè)機械手，其執(zhí)行程序一般是設計好的，一般只能進行 簡單編程，所以機械手的動作是固定的，一種機械手只能

12、供送一種或有限的幾種物品，程 序控制系統(tǒng)相對比較簡單。供送料機械手可看做是一種無料槽、滑道的供送料機構(gòu)，它在一個位置（料槽）抓取 物品（工件），然后將其搬運到另一個位置。其基木動作是：上料時，先由料槽中取出工 件，帶著工件到指定工位，將其放在工位上，返冋；卸料吋則從工位上取下工件，帶走，放到料箱屮。上料時一般有位置及方位要求，而卸料時一般無嚴格要求，所以上料是關鍵。要完成上述動作，上下料機械手的手爪必須到達兩點（取料點一料槽；放料點一加工 工位），這可通過機械手的手臂來實現(xiàn)。手爪必須做兩個動作（抓取料和放下料），這可 通過機械手的手爪閉合、張開來實現(xiàn)。方位要求一般通過機械手的手腕來滿足供送料要

13、求 的運動，軌跡應該是：直線下降一直線升起一平面圓弧擺動一直線下降。2. 3機械手的總體設計 2. 3. 1機械手總體結(jié)構(gòu)的類型工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)形式主要有四種：直角坐標結(jié)構(gòu)，圓柱坐標結(jié)構(gòu)，球坐標結(jié)構(gòu)和關節(jié)型 結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應的特點，分別介紹如下：1. 直角坐標機械手結(jié)構(gòu)特點直角坐標機械手的空間運動是用三個和互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1. a。由于直 線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動 空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的 工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)。直角坐標機械手有懸臂

14、式，龍 門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。2. 圓柱坐標機械手結(jié)構(gòu)特點圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個肓線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1. bo其 工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構(gòu)造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作 業(yè)。3. 球坐標機械手結(jié)構(gòu)特點球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1. co其工 作空間是一個類球形的空間。這種機械手結(jié)構(gòu)簡單、成木較低，但精度不很高，主要應用 于搬運作業(yè)。4. 關節(jié)型機械手結(jié)構(gòu)特點關節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖2-1. do相對機械手本體尺寸， 其工作空間比較大，動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。此種機

15、械手在工業(yè)中應用十分廣 泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)。關節(jié)型機械手又分為水平關節(jié)型和垂直關節(jié)型兩 種。a直角坐標荃b圓柱坐標型匚球坐標埜6關節(jié)型種機器人坐標形式2.3.2具體采用方案具體到本設計，因為考慮到數(shù)控機床布局的具體形式及對機械手的具體要求，考慮在 滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，一件小成木、提高可靠度。該機械手的工作 中需要3種運動，其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個直線運動，另一個為手臂的冋轉(zhuǎn)運動, 綜合考慮，機械手自由度數(shù)冃取為3,坐標形式選擇圓柱坐標形式，即一個轉(zhuǎn)動自由度兩 個一棟棟自由度，其特點是：結(jié)構(gòu)比較簡單，手臂運動范圍大，且有較高的定位準確度。 機械手工作布局

16、圖如圖2-2所示。機械手工作布局圖圖2-22. 4機械手主要部件的選用2. 4. 1手爪2. 4.1.1機械手手爪的結(jié)構(gòu)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(jù)操作及作業(yè)方式的不同，分為 搬運用、加工用、測量用等。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；加工用手爪是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銃刀等加工工具的機械手附加裝置，用來進行 相應的加工作業(yè)；測量用手爪是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進行測量及檢驗作 業(yè)。機械手手爪設計有如下要求：(1) 機械手手爪是根據(jù)機械手作業(yè)耍求來設計的。既根據(jù)其應用場合設計手爪，在滿 足作業(yè)要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重

17、量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。(2) 機械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結(jié)構(gòu)上很復雜，甚至很難實 現(xiàn)，從工業(yè)實際應用出發(fā)，應著重開發(fā)各種專用的、高效率的機械手手爪，加之以快速更 換裝置，以實現(xiàn)機械手的多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業(yè)，以 考慮設計的經(jīng)濟效益。(3) 機械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機械手，這就要 求末端執(zhí)行器要有標準的機械接口(如法蘭)，使末端執(zhí)行器實現(xiàn)標準化。(4) 機械手手爪要便于安裝和維修，易于實現(xiàn)計算機控制。2. 4. 1.2設計具體采用方案手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見的主要有夾 鉗式，本設計

18、主要考慮夾鉗式手部設計。夾鉗式手部是由手指，傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置三部分組成，它對抓取各種形狀的工件具 有較大的適應性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下多采用兩個手指。手部示意圖 如下：圖2-3手部示意圖2. 4. 2腕部2. 4. 2. 1腕部設計的基本要求手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調(diào) 整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，適應性更強。手腕具有獨立的自由度， 此設計手腕有繞x軸轉(zhuǎn)動和沿x軸左右擺動兩個自由度。手腕冋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為冋轉(zhuǎn)油缸，擺 動也采用回轉(zhuǎn)油缸。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設計要求，它要求嚴格密封才能保 證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。（1

19、）腕部處于臂部的前端，它連同手部的動靜載荷均由臂部承受。腕部的結(jié)構(gòu)、重 量和動力載荷宜接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運動性能。因此在腕部設計時，必須力求結(jié) 構(gòu)緊湊，重量輕。（2）腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運動的要 求以及具有足夠的強度和剛度外還應綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的 檢測和位置檢測、管線布置以及潤滑、維修調(diào)整等問題。（3）腕部設計應充分估計環(huán)境對腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點, 有關材料及電控電測元件的耐熱性等問題）。2. 4. 2. 2設計具體采用方案通過對數(shù)控機床上下料作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機床加工的具體形式及對機械手

20、上 下料作業(yè)時的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，腕部的結(jié)構(gòu)如 圖2-4所示，它可做與手臂垂直方向（例如y軸方向）橫移，還可以繞y軸或z軸冋轉(zhuǎn)。本次 設計，手腕回轉(zhuǎn)角度±115。,手腕回轉(zhuǎn)速度，v腕回二40。/so圖2-4腕部結(jié)構(gòu)2. 4. 3手臂2 4 3 手臂設計白勺基本要求手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶 動它們作空間轉(zhuǎn)動。臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點。因此，臂部具有三個自由度才 能滿足基本要求：即手臂繞橫軸旋轉(zhuǎn)，左右冋轉(zhuǎn)和俯仰運動。手臂的各種運動由油缸驅(qū)動 和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從背部的受力情況分

21、析，它在工作屮既直接承受腕部，手部和工 件的靜動載荷，而且自身運動又較多，故受力復雜。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性 以及抓重大小和定位精度等都直接影響機械手的工作性能。機身是固定的，它宜接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運動。臂部要實現(xiàn) 所要求的運動，需滿足下列各項基本要求：（1）機械手臂式機身的承載機械手臂式機身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸仲梁形式。顯然，仲 縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支臂桿的伸縮不斷變化，對于機械手 的運動性能，位置精度和負荷能力等影響很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長度。（2）臂部運動速度要高，慣性要小機械手臂的運動速度是

22、機械手主要參數(shù)乙一，它反映機械手的生產(chǎn)水平，一般是根據(jù) 生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運動，w和w為常數(shù)）， 但在手臂的啟動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時間的加速度和終 止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。為減少轉(zhuǎn)動慣量的措施： 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強度材料。 減少手臂運動件的尺寸輪廓。 減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸）， 盡可能在前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作，并且驅(qū)動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。（3）手臂動作應靈活為減少手臂運動件z間的摩擦阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。（4）位置精度要高一般說來，

23、直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高；關節(jié)式機械手的位置最難控制， 精度差；在手冊上加設定位裝置和自檢測機構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝 在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。2. 4. 3. 2具體設計方案由于機械手手臂運動為直線運動，這里實現(xiàn)直線往復運動是采用液壓驅(qū)動的活塞油缸。由 于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂機構(gòu)中應用比較多。通過液壓缸的直 接驅(qū)動，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運動件，而且液壓缸實現(xiàn)直線運動，控制簡單， 易于實現(xiàn)計算機的控制。日前使用的機械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機械手的臂力最 小為0. 15n,最大為8000no本液壓機械手的臂力

24、為n臂=1650 （n）,安全系數(shù)k 一般可在 153,本機械手取安全系數(shù)k=2o定位精度為±1価。手臂伸長量150i,手臂回轉(zhuǎn)角度 ± 120° o手臂升降行程180mm,手臂水平運動行程100mm。手臂伸縮速度,v臂伸二50 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)速度，v臂回二40° /s,手臂升降速度，v臂升二50 mm/so2. 4. 4機身2. 4. 4.1機身設計的基本要求機身是直接支撐和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降，冋轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動 裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構(gòu)成機體的軀干與底座相連。因此，臂部的運動 愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復雜。

25、機身嫵可以是i古i定的，也可以是行走的，即可以 沿地面或架空軌道運動。此次設計機身為地面軌道運動式。它的驅(qū)動系統(tǒng)是步進電機，再電動機后接了一個圓 錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/so在后是一個制動箱。其主要參數(shù)是由外部計算機 調(diào)整和控制，在很大程度上是由運動學和軌跡運動而去編制小車的運行程序。2. 5驅(qū)動機構(gòu)的選擇 2.5.1驅(qū)動機構(gòu)的主要類型驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同，可分為以下四類：（1）氣壓傳動機械手氣壓機械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其特點為：輸出力 大、易于保養(yǎng)、動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單成木低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定

26、 性較差、沖擊力大、定位精度一般、抓取力小。（2）液壓傳動機械手液壓傳動機械手是以油液壓縮的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其特點為：輸出 力大、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏、抓取力大。但是這種機械手對密封性要求很高、 不易于保養(yǎng)與維護、受到液體木身的屬性影響，不宜在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的 泄漏會導致對其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴格，成本高。（3）機械驅(qū)動機械手它是由機械傳動機構(gòu)驅(qū)動的機械手，是一種附展于工作主機的專用機械手，動力是由 工作機械提供的。其主要特點為：運動精確，動作頻率大，定位精度高。但是結(jié)構(gòu)較大， 保養(yǎng)需求高。（4）電氣驅(qū)動機械手它是由電木丿lfi接驅(qū)動

27、執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其特點為 運動速度快，行程長，定位精度高， 易于維護、使用方便、節(jié)能環(huán)保。但是其技術述不夠成熟、結(jié)構(gòu)較復雜、成本也較高。驅(qū) 動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分，工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動 方案及其裝置。2. 5. 2具體設計方案在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素，機械手腰部的旋轉(zhuǎn)運動需要一定的定 位控制精度，因此采用步進電動機來實現(xiàn)。由于手臂采用液壓缸，故用液壓驅(qū)動。隨著機 床加工的工件的不同，手臂伸出長度不同，要求手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服 液壓缸進行驅(qū)動。2. 6傳動結(jié)構(gòu)的選擇2. 6. 1工業(yè)機器人常用的傳動機構(gòu)形式（1）齒輪傳動機構(gòu)

28、在機器人中常用的齒輪傳動機構(gòu)有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳 動等。（2）諧波齒輪傳動諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕，傳動比大（幾十到幾百），傳動精度高、 回程誤差小、噪音低、傳動平穩(wěn)，承載能力強、效率高等一系列優(yōu)點。故在工業(yè)機器人系 統(tǒng)中得到廣泛的應用。諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似，它是依靠柔性齒輪 產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動力與運動的，故諧波齒輪傳動與一般的齒 輪傳動具有木質(zhì)上的差別。（3）螺旋傳動螺旋傳動及絲杠螺母，它主要是用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為 旋轉(zhuǎn)運動。螺旋傳動有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機、千斤頂?shù)龋挥?/p>

29、以傳遞運動為主的, 如機床工作臺的進給絲杠。絲杠螺母傳動分為普通絲杠（滑動摩擦）和滾珠絲杠（滾動摩 擦），前者結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成木低，具有自鎖能力；但是摩擦阻力矩大、傳動 效率低（30%、40%）。后者雖然 結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點是摩擦 阻力矩小、傳動效率高（92%98%）,其運動平穩(wěn)，靈活度高。通過預緊，能消除間隙、提 高傳動剛度；進給精度和重復定位精度高。使用壽命長；而且同步性好，使用可靠、潤滑 簡單，因此滾珠絲杠在機器人中應用很多。由于滾珠絲杠傳動返行程不能自鎖；因此在用 于垂育方向傳動時，須附加自鎖機構(gòu)或制動裝置。（4）同步帶傳動同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈

30、輪鏈條傳動優(yōu)點的一種新型傳動，它在帶的工作 面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動。為保證帶和帶輪作無滑動的 同步傳動，齒形帶采用了承載后無彈性變形的高強力材料，無彈性滑動，以保證節(jié)距不變。 同步帶具有傳動比準確、傳動效率高（可達98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要 潤滑；傳動平穩(wěn)，能高速傳動（可達40m/s）、傳動比可達10,結(jié)構(gòu)緊湊、維護方便等優(yōu)點，故 在機器人屮使用很多。其主要缺點是安裝精度要求高、屮心距要求嚴格，同時具有一定的 蠕變性。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。（5）鋼帶傳動鋼帶傳動的特點是鋼帶與帶輪間接觸面積尢是無間隙傳動、摩擦阻力大，無滑動，結(jié)構(gòu)簡

31、單緊湊、運行可靠、噪聲低，驅(qū)動力矩大、壽命長，鋼帶無蠕變、傳動效率高。（6）鏈傳動在機器人中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機器人末端的重量，_般都將腕關節(jié)驅(qū)動電機 安裝在小臂后端或大臂關節(jié)處。由于電機距離被傳動的腕關節(jié)較遠，故采用精密套筒滾子 鏈來傳動。（7）鋼絲繩輪傳動鋼絲繩輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟，成本較低等優(yōu)點。其缺點是帶輪較大、 安裝面積大、加速度不宜太高。2. 6. 2工業(yè)機器人傳動機構(gòu)設計的要求機器人是由多級聯(lián)桿和關節(jié)組成的多自由度的空間運動機構(gòu)。除直接驅(qū)動型機器人以 外，機器人各聯(lián)桿及關節(jié)的運動都是由驅(qū)動器經(jīng)過各種機械傳動機構(gòu)進行驅(qū)動的。機器人 所采用的傳動機構(gòu)與

32、一般機械的傳動機構(gòu)相類似。常用的機械傳動機構(gòu)主要有螺旋轉(zhuǎn)動、 齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動等。由于傳動部件直接影響機器人的精度、穩(wěn)定性和 快速響應能力，因此應設計和選擇滿足傳動間隙小精度高，低摩擦、體積小、重量輕、運 動平穩(wěn)、響應速度快、傳遞轉(zhuǎn)矩人人、諧振頻率高以及與伺服電動機等其它環(huán)節(jié)的動態(tài)性 能相匹配等要求的傳動部件。2. 6. 3具體設計方案為了簡化結(jié)構(gòu)，同時提高精度。機械手腰部回轉(zhuǎn)運動采用步進電機驅(qū)動，必須采用傳 動機構(gòu)來減速和增大扭矩。經(jīng)濟分析比較，選擇圓柱齒輪傳動，為了保證比較高的精度， 盡量減小因齒輪傳動造成的誤差；同時大大增大扭矩，同時較大的降低電動機轉(zhuǎn)速，以使 機械手的運

33、動平穩(wěn)，動態(tài)性能好。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比，齒輪采用 高強大、高硬度的材料，高精度加工制動。2. 7機器人手臂的平衡機構(gòu)設計直角坐標型、圓柱坐標型和球坐標型機器人可以通過合理布局，優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)，使得 手臂本身可能達到平衡。關節(jié)機器人手臂一般都需耍平衡裝置，一減小驅(qū)動器的負荷，同 時縮短啟動時間。2. 7.1機器人平衡機構(gòu)的形式通常，機器人所采用的平衡機構(gòu)主要有以下幾種：1. 配重平衡機構(gòu)這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了機器人手臂的 慣量與關節(jié)軸的載荷。一般在機器人手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機 構(gòu)。2. 彈簧平衡機構(gòu)彈簧平衡機構(gòu)，機構(gòu)

34、簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應用廣泛。3. 活塞推桿平衡機構(gòu)活塞式平衡系統(tǒng)有液壓和氣動兩種：液壓平衡小童平衡力大，體積小，有一定的阻尼 作用：氣動平衡系統(tǒng)，具有很好的阻尼作用，但體積比較大?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT 的液壓或氣動裝置，系統(tǒng)復雜，因此造價高，設計、安裝和調(diào)試都增加了難度，但是平衡 效果好。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。2.7.2設計具體采用的方案因為本設計機械手采用圓柱坐標型的結(jié)構(gòu)，而且在手臂的結(jié)構(gòu)設計以及整個機械手的 設計和布局屮都重點考慮了機械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)，使得 手臂本身盡可能達到平衡。若實際工作中平衡結(jié)果不

35、滿足，則設置彈簧平衡機構(gòu)進行平衡。3液壓系統(tǒng)的設計3. 1液壓系統(tǒng)的概述機械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機帶動油泵輸出 壓力油，是將電動機供給的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié) 裝置等進入油缸，推動活塞桿運動，從而使手臂作伸縮、升降等運動，將油液的壓力能乂 轉(zhuǎn)換成機械能。手臂在運動時所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時所需 保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關。手臂做各種運動的速度決 定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運動著的壓力油的容積變化來傳遞動力 的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機械手的液壓傳動系統(tǒng)都

36、展于容積式液壓傳動。3. 2液壓系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：(1) 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能, 用這壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。(2) 液動機 壓力油驅(qū)動運動部件對外工作部分。手臂做肓線運動，液動機就是手 臂伸縮油缸。也有冋轉(zhuǎn)運動的液動機一般叫作油馬達，冋轉(zhuǎn)角小于360°的液動機，一般 叫作回轉(zhuǎn)油缸(或稱擺動油缸)。(3) 控制調(diào)節(jié)裝置各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序 閥等，各起一定作用，使機械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運動。3. 3液壓系統(tǒng)的基本控制回路機械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機械手自由度

37、的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由 一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸 荷、運動的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運動等。3. 3. 1壓力控制回路壓力控制回路是通過控制液壓系統(tǒng)的壓力，以滿足執(zhí)行元件對力和力矩要求的回路。 包括調(diào)壓、卸荷、減壓、平衡鎖緊等基本回路。本設計采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙 控口卸荷回路和單向順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路為了使機械手手臂在移動過程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移， 可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關閉，使活塞停止運動并鎖緊。本機械手采用單向順 序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。3.

38、3.2速度控制回路液壓機械手各種運動速度的控制，主要是改變進入油缸的流量q。其控制方法有兩類: 一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來改變進入油缸或油馬達的流量；另一 類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。根據(jù)各油泵的運動速度要求，可分別采用li型單向節(jié)流閥、lci型單向節(jié)流閥或qi 型單向調(diào)速閥等進行調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調(diào)速范圍較人、價格便宜。其缺點是：有壓力和流 量損耗，在低速負荷傳動時效率低，發(fā)熱大。采用節(jié)流閥進行節(jié)流調(diào)速時，負荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。 其原因是負荷變化會引起節(jié)流閥進岀油口的壓差變化，因而使通過節(jié)

39、流閥的流量以至油缸 的速度變化。調(diào)速閥能夠隨負荷的變化而自動調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運動速度不受負 荷變化的影響，對速度的平穩(wěn)性要求高的場合，宜用調(diào)速閥實現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。3. 3.3方向控制回路在機械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達的運動方向和接通或關閉油路，通常采用 二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁 鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達的油路換向，實現(xiàn)直線往復運動和正反向轉(zhuǎn)動。目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（d型）和直 流電磁閥（e型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為220v （也有380v或36v）,直流電 磁閥的

40、使用電壓一般為24v （或110v）o這里采用交流電磁閥。交流電磁閥起動性能好， 換向吋間短，接線簡單，價廉，但是如吸不上吋容易燒壞，可靠性差，換向吋有沖擊，允 許換向頻率底，壽命較短。3. 4液壓系統(tǒng)總體設計此次設計的上下料機械手是以plc來控制整個液壓元件，通過控制液壓缸的電磁換向 閥而實現(xiàn)機械手各個關節(jié)的運動。至于機械手在空間的運動和定位則由外部的電腦操作系 統(tǒng)完成，它主耍先進行機器手的運動學分析，動力學分析，軌跡規(guī)劃和編程。從而由上述 系統(tǒng)完成整個機械手在空間的行走，定位和重復定位等操作。3. 4. 1液壓執(zhí)行元件運動控制回路的設計液壓執(zhí)行元件確定后，其運動速度和運動方向的控制是液壓回

41、路的核心問題。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸岀的流量或者利用密封空間的容積變化來 實現(xiàn)。相應的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速；方向控制是 用換向閥或是邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機組 合來實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來 實現(xiàn)。本設計的速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，利用用比較簡單的節(jié)流閥來實現(xiàn)，而方向控 制采用電磁換向閥來實現(xiàn)。3.4. 2液壓源系統(tǒng)的設計液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一 般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于

42、系統(tǒng)的需油量，多 余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多 用變量泵供油，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力。油液的凈化裝置是液壓源屮不可缺的元件。一般泵的入口要裝粗濾油器，進入系統(tǒng)的 油液根據(jù)要求，通過精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設置 磁過濾器。根據(jù)液壓設備所處的環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。木設計的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥vi來調(diào)定系統(tǒng)壓力。為了保證液壓油的 潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對循環(huán)的液壓油進行凈化3. 4. 3繪制液壓系統(tǒng)圖本機械手的液壓系統(tǒng)

43、圖如圖31所示機械手的液壓系統(tǒng)原理它擁有垂育手臂的上升、下降，水平手臂的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開 三個執(zhí)行機構(gòu)。其中，泵由三相交流異步電動機m拖動；系統(tǒng)壓力由溢流閥vi調(diào)定；1dt的得失電決 定了動力源的投入與摘除。考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個單向節(jié) 流閥。當5dt得電時，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥v5進入柱塞缸，實現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當6dt 失電吋，工作液體進入柱塞缸中，實現(xiàn)手爪迅速松開。另外，由于機械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負荷重力作用方向一致，下降時 有使運動速度加快的趨勢，為使運動過程的平穩(wěn)，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統(tǒng)的 安全性

44、，采用v2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負載。3. 5液壓系統(tǒng)的簡單計算計算的主要內(nèi)容是，根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)所要求的輸出力和運動速度，確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸 和所需流量、確定液壓系統(tǒng)所需的油壓與總的流量，以選擇油泵的規(guī)格和選擇油泵電動機 的功率。確定各個控制閥的通流量和壓力以及輔助裝置的某些參數(shù)等。-般會用到的油缸有活塞式油缸（往復直線運動）和冋轉(zhuǎn)式油缸（可以使輸出軸得到 小于360°的往復回轉(zhuǎn)運動），及無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸）。3.5.1油缸的主要類型與相關運算3. 5.1.1雙作用單桿活塞油缸qj iqafv v3 ._y_ _ 一 _ -_ 1vi圖5

45、-2雙作用單桿活塞桿油缸計算簡圖流量、驅(qū)動力的計算當壓力油輸入無桿腔，使活塞以速度vi運動時所需輸入油缸的流量q1為71q1 二 40d2vi對于手臂伸縮油缸：q1=o. 98cm3/s,對于手指夾緊油缸:qi=l. 02 cm3/s，對于手 臂升降油缸:qi=0. 83 cm7s油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力pi即油缸的驅(qū)動力為：71p1 二 4 d2p對于手臂伸縮油缸：pi二196n,對于手指夾緊油缸：p1二126n ,對于手臂升降油缸：pi=320n當壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度v2運動時所需輸入油缸的流量q2為：71q2 二 40 (d2-cf ) v2對于手臂伸縮油

46、缸：q2=0. 87cm3/s,對于手指夾緊油缸：q2=0. 96 cn?/s，對于手臂升降油缸：q2=0. 72 cm3/s油缸的有桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力p2即油缸的驅(qū)動力為:71p2 二4 (d2-d2 ) p 對于手臂伸縮油缸：p2二172n,對于手指夾緊油缸：p2=108n ,對于手臂升降油缸:p2=305n計算作用在活塞上的總機械載荷機械手手臂移動時，作用在機械手活塞上的總機械載荷p為p二p工+ p導+ p封+ p慣+ p回其屮p工為工作阻力p導為裝置處的摩擦阻力p封為密封裝置處的摩擦阻力p慣為性阻力p回為冋背壓阻力p = 83+125+66+80+208二562（n

47、）確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸 油缸內(nèi)徑的計算油缸工作時，作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動力與活塞桿上所 受的總機械載荷平衡，即p二pi （無桿腔）二p2 （有桿腔）油缸（即活塞）的直徑可由下式計算匡 /zd = 1. 13 v pi 厘米（無桿腔）對于手臂伸縮油缸：d=50mm,對于手指夾緊油缸:d=30mm ,對于手臂升降油缸：d=80mm ,對于立柱橫移油缸：d = 40mm或d = v 7ip 厘米（有桿腔） 油缸壁厚的計算:依據(jù)材料力學薄壁筒公式，油缸的壁厚（可用下式計算:p計d（二2匕厘米p計為計算壓力b油缸材料的許用應力。對于手臂伸縮油缸：'二6nini,對于手指夾緊油缸：e =17

48、mm ,對于手臂升降油缸: § =16mm ,對于立柱橫移油缸：§二17mm 活塞桿的計算可按強度條件決定活塞直徑d?；钊麠U工作時主要承受拉力或壓力，因此活塞桿的強 度計算可近似的視為直桿拉、壓強度計算問題，即p即d v 厘米對于手臂伸縮油缸：d二30mm,對于手指夾緊油缸：d二15mm ,對于手臂升降油缸: d二50mm ,對于立柱橫移油缸:d二16mm3. 5.1.2無桿活塞油缸(亦稱齒條活塞油缸)v -i p_p 丹圖5-3齒條活塞缸計算簡圖流量、驅(qū)動力的計算7iddg5q =133當 d= 103mm, d=40min, 0=0. 95 rad/s 時q 二 952

49、n作用在活塞上的總機械載荷pp二p工+ p封+ p慣+ p回其中p工為工作阻力p封為密封裝置處的摩擦阻力p慣為慣性阻力p回為背壓阻力p = 66+108+208二382 (n)油缸內(nèi)徑的計算根據(jù)作用在齒條活塞上的合成液壓力即驅(qū)動力與總機械載荷的平衡條件，求得d = 45mm（厘米）3.5. 1.3單葉片回轉(zhuǎn)油缸在液壓機械手上實現(xiàn)手腕、手臂回轉(zhuǎn)運動的另一種常用機構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱 回轉(zhuǎn)油缸，其計算簡圖如下：圖5-4回轉(zhuǎn)油缸計算簡圖（1）流量、驅(qū)動力矩的計算當壓力油輸入回轉(zhuǎn)油缸，使動片以角速度血運動時，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量q為:q =400當 d二 100mm, d二35mm, b二35m

50、m, 0=0.95 rad/s 時q=0. 02m3/s回轉(zhuǎn)油缸的進油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩m："（7）2 一 滬）m =8得 m 二 0 8 （n m）作用在動片（即輸出軸）上的外載荷力矩m m = m工+m封+ m慣+ m回 其中m工為工作阻力矩m封為密封裝置處的摩擦阻力矩m慣為參與回轉(zhuǎn)運動的零部件，在啟動時的慣性力矩m回為回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背反力矩m = 2. 3+0. 85+1. 22+1. 08=5. 45 （n m）冋轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計算回轉(zhuǎn)油缸的動片上受的合成液壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得:d 二 30mm （厘米）3. 5. 2油泵的選

51、擇一般的機械手的液壓系統(tǒng)，大多采用定量油泵，油泵的選擇主要是根據(jù)系統(tǒng)所需要的 油泵工作壓力p泵和最大流量q泵來確定。（1）確定油泵的工作壓力p泵 p 泵 m p + ap式屮 p油缸的最大工作油壓ap 壓力油路（進油路）各部分壓力損失之和，其中包括各種元件的局部損失 和管道的沿程損失。p泵二 60*10"帕（2）確定油泵的q泵油泵的流量，應根據(jù)系統(tǒng)個回路按設計的要求，在工作時實際所需的最大流量q最大, 并考慮系統(tǒng)的總泄漏來確定q泵二k , q最大 其中:k 一般取1. 101.25q泵二53升/分3.5.3油泵電動機功率的確定油泵的電動功率為pqn = 612 （千瓦）式中p油泵的最

52、大工作壓力q所選油泵的額定流量71油泵總效率n=7. 5 （千瓦）4機械手控制系統(tǒng)的設計4.1系統(tǒng)硬件電路的設計4.1.1可編程控制器的概念可編程控制器(programmable logical controller)簡稱plc。國際電工委員會(iec) 在1985年的plc標準草案第3稿中，對plc作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運 算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其 內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定吋、計數(shù)和算術運算等操作的指令。并通過數(shù)字式、 模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都 應按易于使工業(yè)

53、控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！爆F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。plc 一經(jīng)出現(xiàn)就受到了 廣大工程技術人員的歡迎。plc具有如下特點：1、編程方法簡單易學。2、功能強，性能價格比高。3、碩件配套齊全，用戶使用方便，適應性強。4、可靠性高，抗干擾能力強。5、系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少。6、維修工作量小，維修方便。7、體積小，能耗低。4. 1.2 plc的應用領域plc的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應用受到限制。但最近十年來， plc的應用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于處理器芯片及有關元件的價格人大下 降，使得plc的成本下降；另一

54、方面plc的功能大大增加，能解決復雜的計算和通信問題。 目前plc在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、 紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。plc的應用范圍通常分成以下5種類型：1、順序控制這是plc應用最廣泛的領域，也是最適合plc使用的領域，它用來取代傳統(tǒng)的繼電器 順序控制。plc應用于單機控制、多機控制、生產(chǎn)自動線控制等。例如：注塑機械、印刷 機械、訂書機械、包裝機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電 梯控制。2、運動控制plc制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，在多 數(shù)情況下，plc把描述口標位置的數(shù)據(jù)送給模塊，

55、其輸出移動一軸或數(shù)軸到冃標位置，每 個軸移動時，位置控制模塊保持適當?shù)乃俣群图铀俣?，保持運動平滑。相對來說，位置控制模塊比cnc裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作更方便，3、過程控制plc還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度等。ptd模塊 提供了使plc具有了閉環(huán)控制的功能，即一個具有pid控制能力的plc可用于過程控制。 當過程控制中某個變量出現(xiàn)偏差時，p1d控制算法會計算出止確的輸出，把變量保持在設 定值上。4、數(shù)據(jù)控制在機械加工中，plc作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于cnc和nc系統(tǒng)中，可以完成人量 的數(shù)據(jù)控制。5、通信控制plc的通信包括主機與遠程i/o的通信、

56、多臺plc之間的通信、plc和其他智能控制 設備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。plc與其他智能控制設備一起，可以 組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。4.1.3 plc的系統(tǒng)組成plc種類繁多，但其組成和工作原理基本相同。用plc實施控制，其實質(zhì)是按一定算 法進行輸入/輸出變換，并將這個變換給以物理實現(xiàn)，應用于工業(yè)現(xiàn)場。plc專為工業(yè)現(xiàn)場 應用而設計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，它主要是由cpu、電源、存儲器和專門設計的輸 入/輸出接口電路等組成。plc的結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。援鈕選擇開關限位開關電源圖4-1 plc的結(jié)構(gòu)框圖1、中央處理單元（cpu）中央處理單元（cpu） 一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個 芯片內(nèi)。cpu通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入/輸岀接口電路連接。2、存儲器plc的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器包括用來存放ehplc生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在