機(jī)械手夾持器 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文及裝配圖

1、課程題目：機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院課題名稱：機(jī)械手夾持器日期： 2011 年 11 月 02 日設(shè)計(jì)目錄第一部分：夾持器整體設(shè)計(jì)及部分參數(shù)第二部分 腕部設(shè)計(jì)第三部分 伸縮臂設(shè)計(jì)第四部分 驅(qū)動系統(tǒng)第五部分 plc控制系統(tǒng)第六部分 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容第一部分：夾持器整體設(shè)計(jì)及部分參數(shù)1.1夾持器設(shè)計(jì)的基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力；（2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍；（3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；（5）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。設(shè)計(jì)參數(shù)及要求（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊放松；（2）所要抓緊的工件直徑為80mm 放松時的兩抓的最大距離為110

2、-120mm/s ， 1s抓緊,夾持速度20mm/s；（3）工件的材質(zhì)為5kg，材質(zhì)為45#鋼；（4）夾持器有足夠的夾持力；（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動力。1.2夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.2.1夾緊裝置設(shè)計(jì).1.2.1.1夾緊力 手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。1.2.1.2驅(qū)動力力計(jì)算根據(jù)驅(qū)動力和夾緊力之間的關(guān)系式：式中：c滾子至銷軸之間的距離；b爪至銷軸之間的距離；楔塊的傾斜角可得，得出為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動力要大于理論

3、計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率，一般取0.80.9，此處取0.88，則： ，取1.2.1.3液壓缸驅(qū)動力計(jì)算設(shè)計(jì)方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力：式中 活塞直徑 活塞桿直徑 驅(qū)動壓力，,已知液壓缸驅(qū)動力，且由于，故選工作壓力p=1mpa 據(jù)公式計(jì)算可得液壓缸內(nèi)徑：根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊,見表2.1，圓整后取d=32mm。表1.1 液壓缸的內(nèi)徑系列（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250活塞桿直徑 d=0.5d=0.540mm=16mm活塞厚 b=(0.61.0)d 取b=0.8d=

4、0.732mm=22.4mm,取23mm.缸筒長度 l(2030)d 取l為123mm活塞行程，當(dāng)抓取80mm工件時，即手爪從張開120mm減小到80mm，楔快向前移動大約40mm。取液壓缸行程s=40mm。1.2.1.4選用夾持器液壓缸輕型拉桿液壓缸 型號為：mob-b-32-83-fb，結(jié)構(gòu)簡圖，外形尺寸及技術(shù)參數(shù)如下：表1.2夾持器液壓缸技術(shù)參數(shù)工作壓力使用溫度范圍允許最大速度效率傳動介質(zhì)缸徑受壓面積()速度比無桿腔有桿腔1mpa+300 m/s90%常規(guī)礦物液壓油32mm12.58.61.45圖1.2. 結(jié)構(gòu)簡圖圖1.3 外形尺寸1.2.2手爪的夾持誤差及分析 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，

5、把工件送到指定位置，不僅取決與機(jī)械手定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過0.02mm，手部的最終誤差取決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補(bǔ)償能力。圖 1.4 本設(shè)計(jì)為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖2.5。圖1.5 該方程為雙曲線方程，如圖2.6：圖1.6 工件半徑與夾持誤差關(guān)系曲線由上圖得，當(dāng)工件半徑為60時，x取最小值，又

6、從上式可以求出：xmin=97.85mm通常取：若工件的半徑r=60變化到r=78時，x值的最大變化量，即為夾持誤差。在設(shè)計(jì)中，希望按給定的rmax和rmin來確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長手指長度，但手指過長，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角，使夾持誤差最小，這時的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑取為ro時，夾持誤差最小。此時最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng)a值較大時），偏轉(zhuǎn)角的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時，兩手爪的和邊平行，抓不著工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑rap，以為條件確定

7、兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即下式：其中,型鉗的夾角此時定位誤差為和中的最大值。分別代入經(jīng)驗(yàn)證夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。1.2.3楔塊等尺寸的確定楔塊進(jìn)入杠桿手指時的力分析如下：圖 1.71.2.3.1斜楔驅(qū)動行程與手指開閉范圍當(dāng)斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時，沿兩斜面對稱中心線方向的驅(qū)動行程為l，此時對應(yīng)的杠桿手指由位置轉(zhuǎn)到位置，其驅(qū)動行程可用下式表示：1.2.4材料及連接件選擇v型指與夾持器連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個滾子與手指連接選用圓柱銷，d=6mm, 需使用2個以上材料均為鋼，無淬火和表面處理楔塊與活塞桿采用螺紋連接

8、，基本尺寸為公稱直徑12mm，螺距p=1，旋合長度為10mm。第二部分腕部2.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕部件具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動

9、的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3）必須考慮工作條件對于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。2.2具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的典型腕部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。從aa剖視圖上可以看到，回轉(zhuǎn)葉片（簡稱動片）用螺釘，銷釘和轉(zhuǎn)軸10連接在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5.7進(jìn)出油腔，實(shí)現(xiàn)手部12的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動，靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于），圖中缸可回轉(zhuǎn)。腕部旋轉(zhuǎn)位置

10、控制問題，可采用機(jī)械擋塊定位。當(dāng)要求任意點(diǎn)定位時，可采用位置檢測元件（如本例為電位器，其軸安裝在件1左端面的小孔）對所需位置進(jìn)行檢測并加以反饋控制。圖3.1圖示手部的開閉動作采用單作用液壓缸，只需一個油管。通向手部驅(qū)動液壓缸的油管是從回轉(zhuǎn)中心通過，腕部回轉(zhuǎn)時，油路認(rèn)可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉(zhuǎn)。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉(zhuǎn)液壓缸）由手臂內(nèi)通過并經(jīng)腕架分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸和手部驅(qū)動液壓缸。本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動，參考上圖典型結(jié)構(gòu)。2.3腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算2.3.1

11、腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服的阻力有：（1）腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩式中 ，fr軸承處支反力（n），可由靜力平衡方程求得; ,d軸承的直徑（m）； f軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承=0.01-0.02；對于滑動軸承=0.1。為簡化計(jì)算，取0.1，如圖3.1所示，其中，g2為工件重量，g1為手部重量，g3為手腕轉(zhuǎn)動件重量。圖2.1（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩式中 e工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離，已知e=10mm.則 （3）克服啟動慣性所需的力矩啟動過程近似等加速運(yùn)動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度按下式計(jì)算：式中 j工件工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量； j手腕回轉(zhuǎn)部分

12、對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量； 手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度； 啟動過程所需的時間，一般取0.05-0.3s,此處取0.1s.。手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為200mm，直徑90mm，其重力估算： ,取98n.2.3.2回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動力矩計(jì)算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩如圖3.3，定片1與缸體2固連，動片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a, b口分別進(jìn)出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)的目的。圖2.3圖3.4圖3.4為回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)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2.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑d計(jì)算片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度時

13、，選用：綜合考慮，取值計(jì)算如下：r=16mm，r=40mm，b=50mm，取值為1mpa，即如下圖：圖2.32.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算2.4缸蓋螺釘間距示意表2.1 螺釘間距t與壓力p之間的關(guān)系工作壓力p（mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80上圖中表示的連接中，每個螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為：工作拉力與殘余預(yù)緊力之和計(jì)算如下：液壓缸工作壓強(qiáng)為p=1mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個螺釘，此處連接要求有密封性，故k?。?.5-1.8），取k=1.6。 所以 螺釘材料選擇q235，安全系數(shù)n取1.5（1.5-2.2）螺釘?shù)闹睆接上率降贸?，f為總拉力即

14、 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.第三部分 伸縮臂設(shè)計(jì)3.1伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直線伸縮動作。（1）功能性的要求機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（2）可靠性的要求可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機(jī)械手可自動完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時要進(jìn)行可靠性分析。（3）安全保護(hù)和自動報(bào)警的要求按規(guī)范要求，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設(shè)計(jì)都必

15、須考慮的，是必不可少的。在程序設(shè)計(jì)中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機(jī)構(gòu)卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設(shè)置報(bào)警裝置。設(shè)計(jì)參數(shù)（1）伸縮長度：300mm；（2）單方向伸縮時間：1.52.5s；（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；（4）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無剛性沖擊；3.2方案設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動方案（1）伸縮原理采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速，接近終點(diǎn)時，發(fā)出信號，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動，采用電液換向閥，控制伸縮方向。（圖4.1）圖3.1（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂

16、動作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動力要求和運(yùn)動時間要求，具體設(shè)計(jì)計(jì)算參考液壓傳動與控制等相關(guān)教材。由于伸縮臂做間歇式往復(fù)運(yùn)動，有較大的沖擊，設(shè)計(jì)時要考慮緩沖措施，可從液壓回路設(shè)計(jì)上考慮，也可從液壓件結(jié)構(gòu)上考慮。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算伸縮臂運(yùn)動簡圖見圖4-1 結(jié)構(gòu)方案說明a：支座1安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。b：法蘭4用于安裝機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。c：液壓缸伸出桿帶動導(dǎo)向桿同時伸出300mm，伸出長度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。 d：導(dǎo)向桿可采用直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸。直線導(dǎo)軌可選用外購件，直接從

17、生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸）。采用直線導(dǎo)軸時可自行設(shè)計(jì)，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤滑，潤滑方式參考有關(guān)手冊設(shè)計(jì)。3.3伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算3.3.1.1工作負(fù)載r液壓缸的工作負(fù)載r是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動時對液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即： 式中：-工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對液壓缸產(chǎn)生的作用力；-工作機(jī)構(gòu)在滿載啟動時的靜摩擦力；-工作機(jī)構(gòu)滿載啟動時的慣性力。(1)的確定 工件的質(zhì)量m=5.9 (kg) 夾持器的質(zhì)量 15kg(已知)伸縮臂的質(zhì)量 50kg(估計(jì))其他部件的質(zhì)量 15kg(估計(jì))工作機(jī)構(gòu)荷重： ri=(5.9+15+

18、50+15)*10=859(n) 取ri=860n(2) 的確定 rm= (n) (3) 的確定 rg=(n) 式中：為啟動時間，其加速時間約為0.10.5s=0.1s , =0.2s總負(fù)載 r=ri+rg+rm=860+172+172=1204(n) 取實(shí)際負(fù)載為 =1200 3.3.1.2液壓缸缸筒內(nèi)徑d的確定d= 式中：r=1000 5000 , p可取0.8, =取液壓缸缸筒內(nèi)徑為40mm。3.3.1.3活塞桿設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)活塞桿材料：選擇45號調(diào)質(zhì)鋼，其抗拉強(qiáng)度=570(2)活塞桿的直徑：查液壓傳動設(shè)計(jì)手冊得，當(dāng)壓力小于10mpa時，速比=1.33。則可選取活塞桿直徑為20mm

19、系列，且缸筒的厚度為5mm。 最小導(dǎo)向長度：mm 3.3.1.4缸筒設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)缸筒材料：選擇zg310-570鑄鋼,其抗拉強(qiáng)度=570(2)缸筒壁厚及校核：取壁厚=5mm 因此屬于普通壁厚缸筒壁厚的校核 式中：-缸筒內(nèi)最高工作壓力；=7-材料的許用應(yīng)力 -材料的安全系數(shù)=5校核符合要求(3)缸筒外徑： 3.3.1.5缸底設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)缸底材料：選擇q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度375460(2)缸底厚度 mm 取缸底厚度為5mm3.3.1.7液壓油缸其他零件結(jié)構(gòu)尺寸得確定由于液壓缸的工作負(fù)載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。取額定工作壓力為2.0。液壓缸的基本形式如下圖所示

20、：圖 3.2整個油缸安裝在下部伸縮臂基座上。（1）活塞與活塞桿得連接結(jié)構(gòu)：油缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。其形式如圖所示 圖3.3（2）活塞桿導(dǎo)向套：做成一個套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定，材料選用鑄鐵材料?；窘Y(jié)構(gòu)為： 圖3.4圖中：1為缸蓋，2為橡膠防塵圈，3為活塞桿，4為活塞桿導(dǎo)向套。（3）活塞與缸體得密封。采用o型密封圈密封。選用36.5內(nèi)徑，截面直徑為3.55mm.其基本形式如下： 圖 3.5圖中：1即為o型密封圈，2則為活塞。活塞與缸體之間靠o型密封圈密封。（4）活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式及尺寸端部結(jié)構(gòu)形式有：外螺紋的，內(nèi)螺紋的，光滑的，球形，耳環(huán)等等。此處因活

21、塞桿固定，選用外螺紋連接形式。其基本結(jié)構(gòu)如下：圖3.6圖中各尺寸可查液壓傳動設(shè)計(jì)手冊得，當(dāng)d20mm時，取.l=(1.21.5), 3.3.2導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是保證液壓缸活塞桿伸出時的方向性，提供機(jī)構(gòu)剛度，保證伸縮量的準(zhǔn)確性。3.3.2.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外形尺寸及材料導(dǎo)向選擇矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向，導(dǎo)軌為伸縮臂基座上得一部分，經(jīng)加工而成；滑臺則在其上滑動且滑臺得端部靠法蘭安裝夾持器部分。材料選擇為45號鋼.，如圖4.8所示：圖3.7圖中：1為滑臺，2為伸縮臂基座，3為矩形導(dǎo)軌的壓板。此處矩形導(dǎo)軌是直接在基座上加工出來的，滑臺在導(dǎo)軌面上滑動，靠壓板來固定調(diào)節(jié)。第四部分

22、驅(qū)動系統(tǒng)4.1驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手屬坐標(biāo)式液壓驅(qū)動機(jī)械手。具有手臂伸縮，回轉(zhuǎn)，升降，手腕回轉(zhuǎn)四個自由度。因此，相應(yīng)地有手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。各部分均用液壓缸或液壓馬達(dá)驅(qū)動與控制。設(shè)計(jì)要求（1）滿足工業(yè)機(jī)械手動作順序要求。動作順序的各個動作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號控制相應(yīng)的電磁鐵，按程序依次步進(jìn)動作而實(shí)現(xiàn)。（2）機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（3）液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動力要求和運(yùn)動時間要

23、求4.2驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用葉片泵供油，動作順序：從原位開始升降臂下降夾持器夾緊升降臂上升底座快進(jìn)回轉(zhuǎn)底座慢進(jìn)手腕回轉(zhuǎn)伸縮臂伸出夾持器松開伸縮臂縮回；待加工完畢后，伸縮臂伸出夾持器夾緊伸縮臂縮回底座快退(回轉(zhuǎn))底座慢退手腕回轉(zhuǎn)升降臂下降夾持器松開升降臂上升到原位停止，準(zhǔn)備下次循環(huán)。4.3驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.3.1分功能設(shè)計(jì)分析（1）夾持器采用單出桿雙作用缸，保證運(yùn)動過程中不使工件下掉，夾持器夾緊工件后，鎖緊回路由先導(dǎo)型順序閥和單向閥組成。順序閥的設(shè)置在夾持器松開回油過程中起到緩沖作用。（2）底座回轉(zhuǎn)采用擺動液壓缸，正反方向均采用單向調(diào)速閥調(diào)速。由于回轉(zhuǎn)部分的重量大，回轉(zhuǎn)長度長，因此手臂回轉(zhuǎn)時具有很

24、大的動能。為此，除采用調(diào)速閥的回油節(jié)流閥調(diào)速閥外，還在回油路上安裝雙溢流閥，進(jìn)行減速緩沖。（3）手臂伸縮采用單出桿雙作用缸，手臂伸出時，由單向閥和節(jié)流閥組成的調(diào)速回路進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速。手臂縮回時，回油路設(shè)置調(diào)速閥以完成緩沖作用。（4）手臂升降運(yùn)動采用單出桿雙作用缸，上升和下降均由單向調(diào)速閥回油節(jié)流。因?yàn)樯蹈诪榱⑹?，在其液壓缸下腔油路中安裝單向順序閥，避免因整個手臂運(yùn)動部分的自重而下降，起支撐平衡作用。（5）伸縮臂進(jìn)油路設(shè)置蓄能保壓回路，伸出完全后，進(jìn)油路壓力升高，壓力繼電器發(fā)出電信號導(dǎo)致?lián)Q向閥通電，泵卸荷，單向閥自動關(guān)閉，由蓄能器保壓。（6）單泵供油，采用先導(dǎo)型溢流閥卸荷，設(shè)置二位二通換向閥

25、。4.3.2液壓泵的確定與所需功率計(jì)算系統(tǒng)各執(zhí)行元件最大需用流量 夾緊缸：q=1.5 l/min 伸縮缸：q=15 l/min升降缸：q=7.536 l/min回轉(zhuǎn)缸：q=17.34 l/min b、泵的排量 c、泵工作時的最高壓力夾緊缸：伸縮缸：升降缸：回轉(zhuǎn)缸： 包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部損失，管路沿程損失等為0.20.5mpa作為壓力儲備，可選額定壓力為5mpa選擇yb-a16b型號泵，其主要性能參數(shù)如表4.1所示項(xiàng)目型號排量壓力輸入功率額定轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速yb-a16b16.3ml/r5mpa1.69kw1000r/min600r/min1800r/min4.3.3確定泵的電

26、機(jī)功率n p泵的實(shí)際最大工作壓力 kgf/cm q泵在p壓力下的實(shí)際流量 l/min -泵的總效率 0.650.75 考慮到壓力損失，故按標(biāo)準(zhǔn)選用1.5kw的電機(jī)4.3.4液壓元件的選擇,如表5.2所示表4.2編號元件名稱閥最大通過流量l/min型號公稱流量l/min1濾油器（粗）19.074xu-cj4550bs403溢流閥19.074yf3-10l634電磁換向閥23do-b8c226濾油器（精） xu-cj4530bs409電磁換向閥（夾緊）10、11液控單向閥cpt-03-04-504013壓力繼電器heo/3514電磁換向閥（伸縮）1534df30-e10b-d2515單向調(diào)速閥aq

27、-10c3017電磁換向閥（回轉(zhuǎn)）17.3434df30-e10b-d2518 、19單向調(diào)速閥aq-1021電磁換向閥（升降）7.536dg55-522單向順序閥hct-03-a-3-225023、24單向節(jié)流閥srct-0.3-50304.4液壓系統(tǒng)圖4.4.1設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖 圖4.3工業(yè)機(jī)械手除腕部采用擺動液壓馬達(dá)之外均采用單出桿雙作用直線油缸。4.4.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序控制原理降臂下降：使6dt通電閥21位于左位，壓力油經(jīng)閥24單向閥，進(jìn)入油缸25上腔，回油經(jīng)油缸下腔，單向調(diào)速閥23，閥22的順序閥，閥21左位回油箱。下降速度由閥23調(diào)節(jié)。單向順序閥22防止自重下滑起支撐平衡作

28、用。升降到一定位置碰到行程開關(guān)，使電磁鐵2dt通電，6dt斷電，壓力油經(jīng)閥10進(jìn)入油缸12左腔，油缸右腔油液經(jīng)閥11，閥9左位回油箱。10，11液控單向閥保持夾持器夾牢工件。降臂上升：夾緊后發(fā)出訊號，使7dt通電2dt斷電，壓力油經(jīng)閥21右位，閥22，23中的單向閥進(jìn)入油缸25下腔，上腔油液經(jīng)閥24，閥21右位回油箱。升降速度由閥24調(diào)節(jié)。座回轉(zhuǎn)：當(dāng)升到預(yù)定位置時，擋塊碰撞到行程開關(guān)。使的7dt斷電8dt通電，閥17處于左位，壓力油經(jīng)閥17左位，閥18單向閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)缸上腔，下腔油液經(jīng)閥19，閥17左位回油箱。于是底座回轉(zhuǎn)90度，回轉(zhuǎn)速度由閥19調(diào)節(jié)?；剞D(zhuǎn)缸在其油路上安裝有行程節(jié)流閥進(jìn)行減速緩沖

29、。縮臂伸出：底座回轉(zhuǎn)到位碰撞行程開關(guān)時，使8dt斷電，4dt通電，壓力油經(jīng)閥14左位，進(jìn)入油缸16左腔，右腔油液經(jīng)閥15，閥14左位回油箱。伸縮臂外伸，伸縮速度由閥15調(diào)節(jié)。持器松開：手腕回轉(zhuǎn)90度完畢，擋塊碰到行程開關(guān)，4dt通電，壓力油經(jīng)閥9右位，閥11到油缸12右腔，左腔油液經(jīng)閥10，閥9右位回油箱。夾持器松開，放下物料?？s臂縮回：當(dāng)夾持器松開后，擋塊碰撞行程開關(guān)，使5dt通電，壓力油經(jīng)閥14右位，閥15單向閥進(jìn)入油缸16右腔，左腔油液經(jīng)14右位回油箱，伸縮臂縮回。壓力油使油缸19快速縮回。到位后碰撞行程開關(guān)，使5dt斷電?？s臂伸出：待加工完畢后，發(fā)出信號，使4dt通電，壓力油經(jīng)閥14左

30、位進(jìn)入油缸16左腔，右腔油液經(jīng)閥15，閥14左位回油箱。持器夾緊：當(dāng)伸到適當(dāng)位置，擋塊碰撞行程開關(guān)，使2dt通電，4dt斷電，壓力油經(jīng)閥19左位，閥10進(jìn)入油缸12左腔，油缸右腔經(jīng)閥11，閥9左位回油箱?？s臂縮回：當(dāng)夾緊后，擋塊碰撞行程開關(guān)，使5dt通電，經(jīng)15單向閥進(jìn)右腔，左腔油液經(jīng)14回油箱。底座回轉(zhuǎn)：當(dāng)縮到適當(dāng)位置，擋塊碰撞行程開關(guān)，使9dt通電，壓力油經(jīng)閥19單向閥進(jìn)回轉(zhuǎn)油缸下腔，上腔油液經(jīng)閥18，閥17右位回油箱。升降臂下降：當(dāng)手腕回轉(zhuǎn)到位，擋塊碰撞行程開關(guān)，使9dt斷電，6dt通電，壓力油經(jīng)閥21左位，閥24到油缸25上腔，回油經(jīng)油缸25下腔，閥23，閥22，閥21左位回油箱。夾持器松開：當(dāng)降到預(yù)定位置，擋塊碰撞行程開關(guān)，使6dt斷電，3dt通電，壓力油經(jīng)閥9右位，閥11進(jìn)入油缸12右腔，左腔油液經(jīng)閥10閥9右位回油箱。第五部分plc控制系統(tǒng)5.1 plc的構(gòu)成及工作原理可編程邏輯控制器（plc）又稱可編程控制器。它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲器存儲用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種機(jī)電一體化，程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于、價格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。正是基