3自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)說(shuō)明書

PAGEPAGE8目錄一、確定機(jī)械手設(shè)計(jì)方案……………………31.1、機(jī)械手基本形式和自由度數(shù)的選擇…………………31.2、機(jī)械手手部夾緊結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)………41.3、機(jī)械手的手臂（水平方向和垂直方向）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)……………41.4、機(jī)械手的腰座結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)…………4二、部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算…………………52.1、手爪執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算及相關(guān)尺寸的確定………52.1.1、手抓的力學(xué)分析………………52.1.2、手爪夾緊力和驅(qū)動(dòng)力的的計(jì)算………………72.1.3、液壓缸主要參數(shù)的確定………82.2、水平手臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算………………102.3、機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算………………112.3.1、手臂偏重力矩的計(jì)算…………112.3.2、升降不自鎖條件分析計(jì)算……122.3.3、手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算以及相關(guān)尺寸的確定……………………132.4、驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算…………152.4.1、有關(guān)參數(shù)的計(jì)算………………152.4.2、電機(jī)型號(hào)的選擇………………162.5、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………172.5.1、確定液壓系統(tǒng)基本方案………172.5.2、擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路……………172.5.3、液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………172.5.4、繪制液壓系統(tǒng)圖…………………18三、機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)………………183.1、機(jī)械手工藝過程與控制要求……………183.2、機(jī)械手的作業(yè)流程………183.3、機(jī)械手操作面板布置……………………193.4、控制器的選型……………193.5、控制系統(tǒng)原理分析………203.6、I/O地址分配……………203.7、PLC原理接線圖…………21四、參考文獻(xiàn)……………………21

一、確定機(jī)械手設(shè)計(jì)方案1.1、機(jī)械手基本形式和自由度數(shù)的選擇常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種:(1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手;(3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手;(4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小。因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求搬運(yùn)的棒料的質(zhì)量達(dá)40KG，且直徑達(dá)160MM，長(zhǎng)度大約為250MM，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動(dòng),其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng),另一個(gè)為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),考慮到2流水線之間的距離僅為300MM，只需將手臂設(shè)計(jì)到足夠長(zhǎng)度，便可省略手臂伸縮這個(gè)自由度，因此綜合考慮，機(jī)械手的坐標(biāo)形式選擇圓柱坐標(biāo)形式，自由度取為3個(gè)，即：手抓張合；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降3個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。圖1.1是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將送流水線1的棒料搬運(yùn)到流水線2上。圖1.1機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖1.2、機(jī)械手手部夾緊結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)本機(jī)械手是用來(lái)搬運(yùn)圓柱形棒料，通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式，并使用液壓柱塞缸驅(qū)動(dòng)，當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過銷子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開。手部具體結(jié)構(gòu)圖見附圖——執(zhí)行手爪結(jié)構(gòu)圖。1.3、機(jī)械手的手臂（水平方向和垂直方向）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)本機(jī)械手的垂直手臂（大臂）升降為直線運(yùn)動(dòng)，水平手臂（小臂）固定在垂直手臂上，不做任何相對(duì)垂直手臂的運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)?？紤]到搬運(yùn)棒料的重量較大，達(dá)40KG，屬中型重量，同時(shí)考慮到機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性，對(duì)手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，垂直手臂的驅(qū)動(dòng)選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式，通過液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件，不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)能提供很大的驅(qū)動(dòng)力，因此在驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛度的滿足。因此手臂液壓缸的設(shè)計(jì)原則是缸的直徑取得大一點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。同時(shí)，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)械手的水平手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，應(yīng)在不明顯增加總體重量的前提下，合理設(shè)計(jì)水平手臂的結(jié)構(gòu)，盡量增加其剛度；另外，垂直方向的大臂增設(shè)了四個(gè)導(dǎo)桿，成正四邊形布置，為減小質(zhì)量，各個(gè)導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu)。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。1.4、機(jī)械手的腰座結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)形式要么是電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，要么是通過擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用前者。因?yàn)殡妱?dòng)方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計(jì)另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件?？紤]到腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對(duì)機(jī)械手的最終精度影響大，故采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般電機(jī)都不能直接驅(qū)動(dòng)，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。因?yàn)辇X輪傳動(dòng)存在著齒側(cè)間隙，影響傳動(dòng)精度，故采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，采用大的傳動(dòng)比（大于100），同時(shí)為了減小機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動(dòng)造成的誤差。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖2-3所示：圖1.2腰座結(jié)構(gòu)圖二、部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算2.1、手爪執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算及相關(guān)尺寸的確定2.1.1、手抓的力學(xué)分析下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖2.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(a)(b)圖2.1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1——手指2——銷軸3——杠桿(活塞桿)在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長(zhǎng)線于A及B。由=0得由=0得而由=0得hF（3.1）式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）.——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。2.1.2、手爪夾緊力和驅(qū)動(dòng)力的的計(jì)算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(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：（3.2）式中——安全系數(shù)，通常1.22.0；——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度；——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.030.5s——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。G——被抓取工件所受重力（N）。表2-1液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于5000 50000以上計(jì)算：設(shè)a=115mm,b=180mm,<<;機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。設(shè)==1.02根據(jù)公式，將已知條件帶入：=1.5（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：=1450N（3）取則2.1.3、液壓缸主要參數(shù)的確定（1）確定液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d選取活塞桿直徑d=0.5D,根據(jù)表3-1選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa,表2-2液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250根據(jù)表2-2，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm則活塞桿直徑為:D=630.5=31.5mm，選取d=32mm?；钊麠U直徑校核，按公式其中=120MPa,F==1706NPAGE15則:，滿足設(shè)計(jì)要求。(2).確定液壓缸缸筒壁厚缸筒直接承受液壓油壓力，必須有一定厚度。一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:——缸筒壁厚mmD——液壓缸內(nèi)徑mmP——實(shí)驗(yàn)壓力，取P=1.5P材料為:45鋼,[]=Mpa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:==0.3mm取=6.5mm即可滿足強(qiáng)度要求，則缸筒外徑為:D=63+6.52=76mm。（3）、確定液壓缸長(zhǎng)度L

液壓缸的長(zhǎng)度L應(yīng)根據(jù)所需最大工作行程長(zhǎng)度而定，液壓缸的行程系列可查表2-3，同時(shí)要注意考慮制造工藝的可能性。液壓缸的長(zhǎng)度L一般不大于缸筒內(nèi)徑的20倍。

表2-3液壓缸行程系列（mm）

10

16

20

25

32

40

50

60

(70)

80

(90)

100

(110)

125

(140)

160

(180)

200

(220)

250

(280)

320

(360)

400

(450)

500

(560)

630

(710)

800

(900)

1000

(1120)

1250

(1400)

1600

(1800)

2000

(2240)

2500最大工作行程長(zhǎng)度為67mm，故根據(jù)表2-3取L=80mm。綜上，手爪執(zhí)行柱塞缸的參數(shù)確定如下表所示：表2-4手爪執(zhí)行柱塞缸參數(shù)缸內(nèi)徑D壁厚（）活塞桿直徑缸筒長(zhǎng)L（）工作壓力P（）6313.532800.8~1 2..2、水平手臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算水平手臂的總長(zhǎng)度應(yīng)該滿足整個(gè)系統(tǒng)水平方向的平衡（即不會(huì)傾覆）要求，因此本設(shè)計(jì)結(jié)合機(jī)械手的整體尺寸確定手臂總長(zhǎng)為650mm，與執(zhí)行手爪機(jī)構(gòu)連結(jié)的部分的長(zhǎng)度為235mm，該長(zhǎng)度范圍內(nèi)手臂的橫截面為如圖的矩形，剩余部分為直徑90mm的圓柱，與手臂聯(lián)接座配合，以固定手臂。下面確定長(zhǎng)度為235mm范圍內(nèi)的手臂橫截面尺寸。手臂從聯(lián)接座伸出的左邊部分其實(shí)可視為一段懸臂梁，因此可按懸臂梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)確定橫截面尺寸。其受力分析示意圖如下圖2-2所示：圖2-2根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：其中：把上面數(shù)據(jù)代入設(shè)計(jì)準(zhǔn)則得：取b=40mm，則h=2b=80mm。2.3、機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算2.3.1、手臂偏重力矩的計(jì)算圖2-3手臂各部件重心位置圖確定各部分重量、、、及總重。，=30Kg，則：++=85Kg(2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。=654mm=454mmmm所以，回轉(zhuǎn)半徑(3)計(jì)算偏重力矩2.3.2、升降不自鎖條件分析計(jì)算手臂在的作用下有向下的趨勢(shì)，而立柱導(dǎo)套有防止這種趨勢(shì)。由力的平衡條件有=h=即==所謂的不自鎖條件為：即取當(dāng)=507mm時(shí)，h>=0.32=124mm因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于或等于124mm,h取250mm。2.3.3、手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算以及相關(guān)尺寸的確定（1）、確定液壓缸驅(qū)動(dòng)力液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為：式中——機(jī)械系統(tǒng)的慣性阻力摩擦阻力——密封摩擦阻力——回油阻力，這里由于液壓缸一端與空氣連通，故取=0——零件及工件所受的總重。這里取=120X9.8=1176Na.的計(jì)算設(shè)定速度為V=4;起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差t=0.02s;將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：b.的計(jì)算22484.3=795Nc.的計(jì)算液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算：最后通過以上計(jì)算，當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)，求得F=4175.9N；當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=4175.9-=1823.9N。取F=3815.9作為液壓缸最大驅(qū)動(dòng)力。（2）確定液壓缸的直徑D選取活塞桿直徑d=0.5D,根據(jù)表2-1選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa,根據(jù)表2-2，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=80mm則活塞桿直徑為:d=800.5=40mm?！骰钊麠U直徑校核，按公式活塞桿材料為45鋼，其中=120MPa,F=3815.9N，d=40mm.則:<<=120滿足設(shè)計(jì)要求。(3)確定液壓缸壁厚、外徑、缸筒長(zhǎng)材料為:45鋼,[]=MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:==0.5mm取=7mm即可滿足強(qiáng)度要求，則缸筒外徑為:D=80+72=94mm，活塞桿行程取150mm缸筒長(zhǎng)取200mm2.4、驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算2.4.1、有關(guān)參數(shù)的計(jì)算傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)負(fù)載額定功率：（3-24）負(fù)載加速功率：（3-25）負(fù)載力矩（折算到電機(jī)軸）：（3-26）負(fù)載GD（折算到電機(jī)軸）：（3-27）起動(dòng)時(shí)間：（3-28）制動(dòng)時(shí)間：（3-29）式中，為額定功率，KW；為加速功率，KW；為負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；為電機(jī)軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；為負(fù)載的速度，m/min；為減速機(jī)效率；為摩擦系數(shù)；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸），；為電機(jī)啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩，；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（折算到電機(jī)軸上），；為負(fù)載的，；為負(fù)載（折算到電機(jī)軸上），；為電機(jī)的，；具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運(yùn)動(dòng)形式屬于第二種。下面進(jìn)行具體的計(jì)算。因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有；（3-30）式中，為滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)，取0.005；為機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，取120；為回轉(zhuǎn)軸上傳動(dòng)大齒輪分度圓半徑，R=240；帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得=0.12；同時(shí)，腰部回轉(zhuǎn)速度定為=5r/min；傳動(dòng)比定為1/120；且，帶入數(shù)據(jù)得：=10.45667。將其帶入上（3-24）~（3-30）式，得：?jiǎn)?dòng)時(shí)間；制動(dòng)時(shí)間；折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：。2.4.2、電機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)以上結(jié)果，綜合考慮各種因素，選擇國(guó)產(chǎn)北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司（原北京四通電機(jī)公司）的步進(jìn)電機(jī)，具體型號(hào)為：110BYG550B-SAKRMA-0301或110BYG550B-SAKRMT-0301或110BYG550B-BAKRMT-0301,該步進(jìn)電機(jī)高轉(zhuǎn)矩，低振動(dòng)，綜合性能很好。下圖為110BYG550B-SAKRMA-0301型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。驅(qū)動(dòng)方式：升頻升壓；步距角：0.36°；其中步距角0.36，同時(shí)因?yàn)檠魁X輪傳動(dòng)比為1：120，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速后傳遞到回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸實(shí)際的步距角將為電機(jī)實(shí)際步距角的1/120（理論上），雖然實(shí)際上存在著間隙和齒輪傳動(dòng)非線性誤差，實(shí)際回轉(zhuǎn)軸的最小步距角也仍然是很小的，故其精度是相當(dāng)高的，完全能滿足機(jī)械手上下料的定位精度要求。所選電機(jī)相關(guān)參數(shù)圖2-42.5、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.5.1、確定液壓系統(tǒng)基本方案本設(shè)計(jì)因?yàn)闄C(jī)械手的形式為圓柱坐標(biāo)形式，具有3個(gè)自由度，同時(shí)考慮機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求以及計(jì)算機(jī)的控制的因素，腰部的回轉(zhuǎn)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，剩下的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)均為直線運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)械手的手爪和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來(lái)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2.5.2、擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是液壓回路的核心問題。方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機(jī)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)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。本設(shè)計(jì)的方向控制采用電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，而速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，主要方式是采用比較簡(jiǎn)單的節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.5.3、液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)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(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)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(lái)限定系統(tǒng)的最高壓力。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。一般泵的入口要裝粗濾油器，進(jìn)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(shè)置磁過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥V1來(lái)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(duì)循環(huán)的液壓油進(jìn)行凈化。2.5.4、繪制液壓系統(tǒng)圖本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖具體見附圖。它擁有垂直手臂的上升、下降，和執(zhí)行手爪的夾緊、張開2個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，泵由三相交流異步電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調(diào)定；1DT的得失電決定了動(dòng)力源的投入與摘除?？紤]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(gè)單向節(jié)流閥。當(dāng)5DT得電時(shí)，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥V5進(jìn)入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng)6DT失電時(shí)，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開。另外，由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時(shí)其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致，下降時(shí)有使運(yùn)動(dòng)速度加快的趨勢(shì)，為使運(yùn)動(dòng)過程的平穩(wěn)，同時(shí)盡量減小沖擊、振動(dòng)，保證系統(tǒng)的安全性，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(fù)載。三、機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1、機(jī)械手工藝過程與控制方式的選擇機(jī)械手的動(dòng)作有垂直手臂的升降，執(zhí)行手爪的加緊與松開以及腰部的旋轉(zhuǎn)。其中，垂直升降和水平伸縮有液壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。而液壓缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，例如，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升；而當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手上升停止。而執(zhí)行手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。柱塞缸由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來(lái)控制，當(dāng)線圈不通電時(shí)，柱塞缸不工作，當(dāng)線圈通電時(shí)，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的控制方式有很多種，比如PLC控制、單片機(jī)控制和數(shù)控等等，本設(shè)計(jì)采用PLC控制。3.2、機(jī)械手的作業(yè)流程機(jī)械手的作業(yè)動(dòng)作流程為：從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)鍵，且有上下料命令，則下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，同時(shí)手爪柱塞缸伸出電磁閥也通電，張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，同時(shí)手爪柱塞缸伸出電磁閥斷電，收縮電磁閥通電，手爪夾緊，抓住工件；——→上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；——→PLC開始輸出高速脈沖，通過驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)使得機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過20度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)；——→接著下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，同時(shí)手爪柱塞缸收縮電磁閥斷電，伸出電磁閥通電，機(jī)械手松開手爪，放下棒料；——→接著上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；——→PLC啟動(dòng)高速脈沖通過驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)使得機(jī)械手作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過20度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手回到原點(diǎn)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備下一個(gè)工作周期的動(dòng)作。機(jī)械手的每次循環(huán)都從原點(diǎn)位置開始動(dòng)作。3.3、機(jī)械手操作面板布置操作面板布置如圖4-2所示。機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種工作方式可以選擇。1.手動(dòng)操作：就是用按鈕作機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)的控制。例如，當(dāng)選擇上/下按鈕時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手上升；按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手下降。當(dāng)選擇逆轉(zhuǎn)/順轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同