液壓控制機械手設計課設

1、- 29 -摘 要本文對工業(yè)機械手爪搬運零部件進行了總體方案設計，確定了機械手的形式及自由度，進行了相應的受力分析與校核。驅(qū)動部分運用了液壓系統(tǒng)，計算了液壓缸及液壓泵等重要元件的具體參數(shù)和規(guī)格?？刂撇糠诌\用單片機系統(tǒng)控制機械手的運動，通過行程開關及電磁閥的閉合控制了機械手的動作順序。說明書中繪制出了機械手爪的設計裝配圖及相應的數(shù)據(jù)參數(shù)設計出了機械手的液壓系統(tǒng)，繪制了機械手液壓系統(tǒng)工作原理圖。利用單片機對機械手進行控制，選取了合適的AT89S51型號，根據(jù)機械手的工作流程制定了單片機控制方案，畫出了機械手的工作時PCB原理圖，并編制了C語言的控制程序。關鍵詞：機械手；液壓系統(tǒng)；單片機目 錄1 機

2、械手設計任務書 3 1.1 綜合設計目的.3 1.2 題目要求.3 1.3 設計內(nèi)容安排.32 機械手概述 4 2.1 機械手主要參數(shù).5 2.2 手爪機構(gòu)設計.53 液壓系統(tǒng)的設計10 3.1 液壓系統(tǒng)簡介.10 3.2 液壓缸選擇.12 3.3 機械手夾持工件原理設計.17 3.4 機械手伸縮及左右移動液壓回路.18 3.5 總體系統(tǒng)圖.204 單片機實時液壓回路控制21 4.1 主要設計思路.21 4.2 行程開關及其原理.24 4.3 壓力開關及其原理.25 4.4 單片機控制流程圖.255 綜合設計總結(jié).286 參考文獻.291 機械手設計任務書1.1 綜合設計目的1、綜合應用專業(yè)課

3、程的基本理論和基本知識，初步建立工程項目的獨立設計能力。2、培養(yǎng)查閱技術文獻和資料、使用數(shù)據(jù)手冊、進行綜合計算、繪制規(guī)范的技術圖紙、撰寫完整的技術報告的能力。3、培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、認真負責的工作態(tài)度、以及創(chuàng)新能力。1.2 題目要求：1、機械手在專用機床及自動線上應用十分廣泛，主要用于搬運或裝卸零件的重復動作，以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。本設計中的機械手各動作由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，并由電磁閥控制。2、具體動作順序是：原位伸出夾緊縮回左移伸出放松縮回右移 原位3、機械手實現(xiàn)夾持實心長方體外形工件，尺寸范圍：300X200X200mm 材料密度為7800kg/m31.3 設計內(nèi)容及安排：1、熟悉任務，查閱資料。2

4、、根據(jù)夾持對象的尺寸特征和重量，確定機械手的主要尺寸和形式，寫出設計依據(jù)。3、根據(jù)動作順序，確定所需要執(zhí)行原件的數(shù)量，并畫出液壓（或氣壓）系統(tǒng)的工作原理圖，要求換向閥選用電磁閥，寫出電磁鐵的動作順序表。4、確定液壓系統(tǒng)的工作壓力，并根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量確定執(zhí)行元件的主要尺寸，以及所需動力元件、輔助件、控制元件的型號。5、畫出機械手裝配圖，3號圖紙。6、寫出電磁鐵的動作順序表，4號圖紙。7、整理設計說明書，答辯。2、機械手概述工業(yè)機器人手爪由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特

5、別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制

6、造技術領域不可缺少的自動化設備.機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)比較簡單，專用性等方面得到越來越廣泛的引用.機械手的結(jié)構(gòu)形式開始較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技

7、術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。2.1機械手的主要參數(shù)1、主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，根據(jù)設計得情況機械手抓重為G= 917 N。2、基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機械手最大移動速度設計為1m/s，平均移動速度為0.5m/s，說明速度特性較為全面，因為平均速度與行程有關，故用平均

8、速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1500mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為2400(應大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機械手設計成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴大了它的使用范圍。手臂升降行程定為150mm。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為土0.5±l2.2 手爪結(jié)構(gòu)

9、設計2.2.1手爪選擇概述手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設計各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機構(gòu)組成。其傳力機構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑槽杠桿式。2.2.2設計時應考慮的幾個問題1、應具有足夠的握力（即夾緊力

10、）在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。2、手指間應有一定的開閉角兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同的工件，應按最大寬度的工件考慮。3、應保證工件的準確定位為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶V形面的手指，以便自動定心；而長方形工件長多采用板式手爪。4、應具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強

11、度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。5、應考慮被抓取對象的要求應根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設計和確定手指的形狀。2.2.3 機械手指形狀設計設計中夾持的工件為長方體,所以手爪的形狀設計成與工件相似的形狀，運用夾板式的手指可以增加與工件的接觸面積，同時受力過程中不易變形。為了增大摩擦力在手指的位置加上易拆裝的硬橡膠，這樣不僅可以增加摩擦力，更可以在夾持零件形狀有所誤差時，根據(jù)橡膠的彈性擠壓力可以很好的解決因工件尺寸不一導致手指夾持時出現(xiàn)一定偏角的情況。手指部位為了增加摩擦系數(shù)，且方便跟換，這里在夾持接觸的地方用橡膠制作夾頭 ，查機械設計手冊可知橡膠

12、的摩擦系數(shù)為：鋼-硬橡膠 摩擦因數(shù) 0.36。初步設計得機械手爪的形狀如圖2-1，手爪通過拉銷作用于滑槽，從而形成一個減力力臂，根據(jù)杠桿定理可以計算出該機構(gòu)的布局合理性。圖2-1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)示意圖2.2.4 手指受力計算及分析1、受力分析根據(jù)設計的機械手的原理對其進行相應的受力分析，不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，還可以得出薄弱的環(huán)節(jié)從而進行進一步的優(yōu)化。受力分析圖如圖2-2. 圖2-2 滑槽杠桿式手部受力分析2、動作原理說明圖2-3滑槽受力機構(gòu)如圖2-3所示，當驅(qū)動桿連同圓柱銷一起往復運動時，圓柱銷在滑槽內(nèi)推拉手指杠桿從而可撥動兩個手指各自繞其支點（手指上的矯銷）作相對的回轉(zhuǎn)運動，進而達到

13、實現(xiàn)手指的夾緊與松開的動作。2、夾緊力與N與驅(qū)動力A的關系（傳力比）當手指處于夾緊工件的狀態(tài)時，圖2-2中滑槽杠桿的傾斜角為滑槽曲線與回轉(zhuǎn)支點連線的夾角，此時稱為夾緊狀態(tài)的傾斜角。由于左右兩手指的對稱性，在液壓缸的驅(qū)動力A的作用下，每個滑槽杠桿受力相等。在不計摩擦力的情況下有 P1=P2=A2cos （2-1） 根據(jù)各力對回轉(zhuǎn)支點O的力矩平衡條件，同樣在不計摩擦力的情況下可得 N*b=P1*acos=A2cos*acos （2-2）其中： acos為杠桿動力臂；即驅(qū)動力對滑槽的作用力至支點O的垂直距離b為杠桿阻力臂，即夾緊力至支點O的垂直距離于是傳力比為 NA=a2bcoscos （2-3）由

14、此可知當ab為定值時，將決定這一機構(gòu)的增力大小，增大則 NA 值增大，但， 的增大會將使驅(qū)動行程增大，同時手部結(jié)構(gòu)也將增大。本機構(gòu)中a為工件的寬度的一半為100mm, b為杠桿阻力臂，設計的長度為200mm故ab=1/33、運動的動作范圍滑槽杠桿可對稱于兩支點的連線上下擺動。假設處于極限行程時有 cosmax=almax lmax為 滑槽桿的最大長度 為了避免滑槽杠桿與兩回轉(zhuǎn)支點發(fā)生干擾，一般應使 lmax<2a即 cosmax>0.5 max<60 一般取=30°40°。這里取角=30度。根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為: A=2ba*（cos）2*

15、N （2-4）根據(jù)手指夾持工件的方位，計算握力:機械手實現(xiàn)夾持實心長方體外形工件，尺寸范圍：300X200X200mm, 材料密度為7800kg/m3則 m=*v=7800X0.3X0.2X0.2=93.6kg 故重力為G=m*g=93.6 X 9.8=917 N 由受力分析可知 N*u=G2 其中u為摩擦系數(shù) （2-5）手指部位為了增加摩擦系數(shù)，且方便跟換，這里在夾持接觸的地方用橡膠制作夾頭 ，查機械設計手冊可知橡膠的摩擦系數(shù)為：鋼-硬橡膠 摩擦因數(shù) 0.36 則產(chǎn)生的擠壓力 N=1274 牛 因為 ab=1/2 則 驅(qū)動力為A=2ba*（cos）2*N=2750 N （2-6） 為了考慮工

16、件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構(gòu)效率的影響，其實際的驅(qū)動力A實際應按以下公式計算，即： A實際=AK1K2/ （2-7）式中 手部的機械效率，一般取0.850.95；取0.90 K1安全系數(shù)，一般取1.22, 取1.5 K2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計，K2=1+a/g，其中a為被抓取工件運動時的最大加速度，g為重力加速度。K2=1+1000/98101.1故 A實際=2750×1.5×1.1÷0.90=5040N由此可知機械手爪對工件夾緊時液壓缸所需的推力為5040N,由此為設計依據(jù)可以進一步確定出液壓缸的型號規(guī)格的參數(shù)，

17、并進一步對液壓系統(tǒng)進行設計。3 液壓系統(tǒng)的設計3.1 液壓系統(tǒng)簡介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、左右移動等運動，將油液的壓力能又轉(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)都屬于容積式液壓

18、傳動。 3.1.1液壓系統(tǒng)的組成1、液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： 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。 液壓馬達 壓力油驅(qū)動運動部件對外工作部分。手臂做直線運動，液動機就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運動的液動機一般叫作油馬達，回轉(zhuǎn)角小于360°的液動機，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動油缸）。 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。2、機械手液壓系統(tǒng)的控制回路機械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是

19、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。2、壓力控制回路 1） 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。2）卸荷回路 在機械手各油缸不工作時，油泵電機又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負荷下工作，所以采用卸荷回路。此機械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 3） 減壓回路 為了是機械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個減壓閥

20、，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 4） 平衡與鎖緊回路 在機械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機構(gòu)的自重給以平衡。3、速度控制回路調(diào)速的方式主要由以下3種：1）節(jié)流調(diào)速：采用定量泵供油，由流量控制閥調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的流量來實現(xiàn)調(diào)速。2）容積調(diào)速：通過改變變量馬達的排量來實現(xiàn)調(diào)速3）容積節(jié)流調(diào)速：采用壓力反饋式變量泵供油，配合流量控制閥進行節(jié)流來實現(xiàn)調(diào)速，又稱聯(lián)合調(diào)速4、多缸控制回路1）順序動作回路：可以使幾個執(zhí)行元件按一定的順序依次動作，或同步動作2）同步回路：能保證液壓系統(tǒng)中的兩個或多個液壓缸克服負載、摩擦阻力、泄露、制造質(zhì)量和結(jié)構(gòu)上的差異，在運動中位移相同或相同速

21、度運動。3）多缸快慢互不干擾回路 3.2液壓缸的選擇 圖3.1 手爪液壓缸受力分析圖由于需要驅(qū)動機械手爪的夾緊且驅(qū)動力所表現(xiàn)出來的是拉力形式，故在設計中采用單向作用氣缸。受力分析及結(jié)構(gòu)示意如上圖，根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出拉力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力及夾緊時的負載，由機械手的夾持可知進油腔為有杠腔 F=F1+Ft （3-1）F=4(D2-d2)*P1 （3-2）式中: 活塞桿上的負載力，N彈簧反作用力，N P1液壓缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算: （3-3） （3-4） （3-5）式中: 彈簧剛度，N/mL 彈簧預壓縮量，mS活塞行程，md彈簧鋼絲直徑

22、，mD彈簧平均直徑，mD彈 簧外徑，m n 彈 簧 有效 圈數(shù)G 彈簧 材料剪切模量，一般取G=79.4X 109 Pa在設計中，必須考慮液壓缸效率的影響，則: 4(D2-d2)*P1*=F1+Ft （3-6） 液壓缸工作效率，在這里液壓缸的彈簧反作用力遠遠小于荷載力，故可忽略不計由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 在這里液壓缸的彈簧反作用力遠遠小于荷載力，故可忽略不計 D2-d2 = F1 P1*×4 （3-7） 表1.1 按荷載選擇工作壓力因為工作載荷為5040N，故取工作壓力在1.52Mpa, 取 p1=1.6Mpa 表1.2 按工作壓力選取d/D由上兩個表知d/D取0.50.5

23、5之間 取 d/D=0.50由前知，夾緊缸為單作用彈簧復位液壓缸，根據(jù)機械手臂滑槽的長度可知夾緊工件時的行程為35mm，則選擇液壓缸行程在35mm 以上的。初步可以算的 D=76.02mm 取整得D =80mmd=0.52D=0.50x80=40mm 取整d=40mm故夾緊時實際所需的工作壓力為 p=FA=5040(D2-d2)4 = 1.2Mpa由前知，夾緊缸為單作用彈簧復位液壓缸，根據(jù)機械手臂滑槽的長度可知夾緊工件時的行程為35mm，則選擇液壓缸行程在35mm 以上的。缸體采用45鋼，由JB1068-67 表1.3 液壓缸外徑系列 （mm）注：1、液壓缸工作壓力<6Mpa; 2、液壓

24、缸鋼體材料為45鋼的無縫鋼。根據(jù)液壓缸外徑系列表，查得可取缸筒外徑105mm，則 t= 14.5mm3.2.1缸體結(jié)構(gòu)及驗算驗算缸壁厚是否符合要求：因為 tD>0.1則理論缸壁厚為 t>npyD2b （3-8）式中： D缸筒內(nèi)徑 py-液壓缸的計算壓力，py=（1.25-1.50）p取py=1.35p=1.35X1.2=1.62Mpa n-安全系數(shù)，n=5 缸筒材料的抗拉強度屈服點，45號鋼為600MPa 故t>5.13mm由此可知該壁厚符合要求3.2.1活塞杠強度的校驗校核，按公式 （3-9）有: 其中=120MPa, F=5040N則:d (45040/120)=7.31

25、 40滿足設計要求綜上計算可知可以選取機械手爪的液壓缸的參數(shù)為：3.2.3缸筒端部聯(lián)接強度計算缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下：圖3.2 螺釘聯(lián)接圖螺紋處的拉應力： （3-10） 螺紋處的剪應力： （3-11）則合成應力： （3-12）則知螺紋連接處安全可靠。 其中：K擰緊螺紋的系數(shù)，取K=3 螺紋連接處的摩擦系數(shù)， 螺紋外徑， 螺紋底徑， Z螺釘數(shù)量，Z=43.3機械手夾持工件液壓原理設計圖 3.3手部抓取缸液壓原理圖3.3.1調(diào)壓回路：工作過程由于壓力比較大，故選取了調(diào)壓回路對機械手夾持工件的設計。在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設置溢流閥，

26、用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。3.3.2原理說明：該液壓圖運用了調(diào)壓回路控制手指對工件的夾持與放松，圖中用先導式溢流閥1和直動式遠程調(diào)壓閥2組成，閥1起安全作用，閥2起調(diào)壓作用，可實現(xiàn)遠程調(diào)壓。閥2也可以用直動式比例溢流閥代替，實現(xiàn)比例控制。能實現(xiàn)遠程調(diào)壓，使機械手能適應不同的工作環(huán)境液壓缸夾緊時油路的工作壓力最大為1.2Mpa,若取進油路總壓力損失P=5×105Pa，則液壓泵最高工作壓力可以算出： Pp=P1+p=1.7Mpa （3-13）采用裕度法即提高安全系數(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性，故選取泵的額定壓力為 Pe=2Mpa液壓圖中的先導式溢流閥1起安全作用，故選擇控制壓

27、力為2MPA的溢流閥直動式遠程調(diào)壓閥2控制的壓力為1.7MPA3.2.3采用元件選擇： 1、Y2-H先導式溢流閥, 壓力范圍0.68mpa,額定流量 40-1250 Lmin-12、Y-H直動式遠程調(diào)壓閥, 壓力范圍0.68mpa, 額定流量 2 Lmin-13、DFY型單向閥，壓力范圍2131.5MPa，額定流量10-260 Lmin-14、WEH型三位五通閥換向電磁閥，壓力范圍 31.5mpa, 額定流量 75-1250 Lmin-13.4 機械臂伸縮及左右移動缸液壓回路 圖3.4 伸縮及左右液壓控制回路圖 3.4.1調(diào)速回路：這里采用調(diào)速回路，能方便的根據(jù)需要調(diào)節(jié)手臂移動的速度，更能適應

28、多變的加工環(huán)境要求。節(jié)流調(diào)速回路由定量泵、溢流閥、流量控制閥和執(zhí)行元件等組成。這里的連接方式為進油節(jié)流調(diào)速回路，將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵與液壓缸之間液壓原理圖如圖 3.3所示3.4.2原理說明：控制機械手臂的伸出縮回、左右移動等動作順序時，這里采用了行程開關控制電磁換向閥的順序動作回路，這種回路可以通過電控系統(tǒng)任意的改變動作順序，方便靈活，應用廣泛。同時原理圖還采用了進油節(jié)流調(diào)速回路，它能通過改變流量控制閥閥口的開度，調(diào)節(jié)與控制進入執(zhí)行元件的流量，實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的實時工作速度調(diào)節(jié)3.4.3各元件的選用說明： 1、手臂移動的液壓缸： 根據(jù)設計可知手臂伸縮及左右移動的兩個液壓缸為非受力缸，其只負責控制機

29、械手臂的移動受力不大，但移動的行程較大。 設計液壓缸需要負載的重量為：工件的重量，機械手自身的重量 M=M工件+M自重 （3-14）故選用規(guī)格為 的液壓缸2、液壓泵的選擇：液壓缸夾緊時油路的工作壓力最大為1.2Mpa,若取進油路總壓力損失P=5×105Pa，則液壓泵最高工作壓力可以算出： Pp=P1+p=1.7Mpa （3-15）采用裕度法即提高安全系數(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性，故選取泵的額定壓力為 Pe=2Mpa剛體的伸縮及左右移動為快速移動過程根據(jù)設計要求得V=0.5m/s可計算出泵的流量最大值為Q1=V*A油缸缸有桿腔的面積A= 4(D2-d2)=3.8×10-3m2 則

30、Q1=114 Lmin-1取一定的安全系數(shù)u=1.4;知液壓泵的最大流量為：160Lmin-1 額定工作壓力為：2Mpa根據(jù)表1.4可以選取液壓泵的型號為：VDF-DF-12/12系列的液壓泵 表1.4 液壓泵型號參數(shù)3、元器件規(guī)格選用： Y2-H型直動式溢流閥, 壓力范圍0.68mpa,額定流量 40-1250 Lmin-1QDFT型調(diào)速閥，最大工作壓力21mpa，額定流量 42-240 Lmin-1WEH型三位五通閥換向電磁閥，壓力范圍 31.5mpa, 額定流量 75-1250 Lmin-13.5 總體系統(tǒng)圖總體系統(tǒng)圖如下：圖 3.5總液壓控制系統(tǒng)圖3.5.1工作過程原位伸出夾緊縮回左移

31、伸出放松縮回右移 原位3.5.2電磁鐵動作順序表電磁鐵通電順序表如下：4 單片機實時液壓回路的控制4.1 主要設計思路：本控制設計的思路圍繞在AT89S52單片機的控制上，分別由位置行程開關、壓力感應開關的輸出的狀態(tài)值作為單片機端口輸入從而觸發(fā)輸出端口對液壓系統(tǒng)中的液壓電磁閥的得電與斷電控制，實行各液壓缸的動作要求。4.1.1單片機開發(fā)系統(tǒng)的組成及原理單片機的全稱為：單片微型計算機也就是說將計算機的所有功能都集成在一塊芯片內(nèi)的芯片都可以稱之為單片機相當于就是一塊集成IC，內(nèi)部包含中央處理器CPU、程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器RAM、I/O口、定時計數(shù)器、外部中斷、串行通信等內(nèi)部結(jié)構(gòu)以單片機為核

32、心，再配合其它外部電路組成的控制系統(tǒng)稱為單片機系統(tǒng)4.1.2 AT89S52單片機的基本特性1）8 位的 CPU，片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路,工作頻率為 024MHz2）片內(nèi)有 256字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器 RAM3）片內(nèi)有 8K字節(jié) 程序存儲器 ROM4）4個8位 的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）5）1個 全雙工串行通訊口6）3個16位 定時器/計數(shù)器（T0、T1、T2）7）可處理 6個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級 各引腳功能：P0.0P0.7:8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口(復用時是雙向口；不復用時也是準雙向口)P1.0P1.7: 通用I/O口（準雙向口）P2.0P2.7: 輸出高8位地址（用于

33、尋址時是輸出口；不尋址時是準雙向P3.0P3.7: 具有特定的第二功能（準雙向口）4.1.3 AT89S52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖 圖4.1 AT89S52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖4.1.4單片機的最小系統(tǒng) 圖 4.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖4.2 行程開關及其原理圖4.3 行程開關行程開關，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。在實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關

34、時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關的連桿驅(qū)動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構(gòu)的動作。4.3 壓力開關及其原理壓力開關是一種簡單的壓力控制裝置，當被測壓力達到額定值時，壓力開關可發(fā)出警報或控制信號。壓力開關的一般工作原理：是當系統(tǒng)內(nèi)壓力高于或低于額定的安全壓力時，感應器內(nèi)膜片瞬時發(fā)生移動，通過連接導桿推動開關接頭接通或斷開，當壓力降至或升額定的恢復值時，膜片瞬復位，開關自動復位，或者簡單的說是當被測壓力超過額定值時，彈性元件的自由端產(chǎn)生位移，直接或經(jīng)過比較后推動開關元件，改變開關元件的通斷狀態(tài)，達到控制被測壓力的目的。壓力開關采用的彈性元件有單圈彈簧管、膜片、膜盒及波紋管等。 開關元件有磁性開關、水銀開關、微動開關等。 壓力開關主要類別包括常開式和常閉式。主要特點是：1、采用英制管螺紋快速接頭或銅管焊接式安裝結(jié)構(gòu)，安裝靈活，使用方便，無需特殊的