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1、本科生课程设计书学院、系：机电教学部专业：机械设计制造及自动化学生姓名：欧光宇班级：机设1402学号1412110211指导教师姓名：吴吉平最终评定成绩:2010-11-21年7月17日目录一、引言（1）二、设计要求（1）三、设计的基本原理（2）四、机械手的动作流程（4）五、机械手液压系统电器控制的总体设计（7）六、机械手液压系统PLC的设计（10）七、机械手电气元件的选择（16）1、 电动机的选择2、 三相隔离开关的选择3、 熔断器的选择4、 热继电器的选择5、 接触器的选择八、小结（18）九、参考文献（18）十、附图：系统电气原理图1、引言机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。
2、机械手通过模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。而可编程控制器（PLC）由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方便，在工业控制中有着广泛的应用。所以可以应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，达到简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机的特点，应用PLC移位寄存SFT指令可以很方便、灵活地对机械手进行控制。图1是机械手搬运物品示意图。图1机械手搬物示意图二、设计要求机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部
3、分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。驱动系统多数采用电液（气）机联合传动。JS01工业机械手属于圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和手腕回转四个自由度。执行机构相应由手部、手腕、手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构和回转定位装置等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制。它完成的动作循环为：插定位销一手臂前伸一手指张开一手指夹紧抓料一手臂上开一手臂缩回一手腕回转180o一拔定位销一手臂回转95o一插定位销一手臂前伸一手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）一手指松开（此时主机夹头夹着料上升）一手指闭合一手臂缩回一手臂下降一手腕回转复位一拔定位销一手臂回转复位一待料，泵卸载。
4、三、JS01工业机械手液压系统工作原理及特点JS01工业机械手液压系统图如图1所示。各执行机构的动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换各阀，按程序依次步进动作。电磁铁动作顺序见表1。手臂回转缸手腕回转缸手臂伸缩缸手指夹紧缸定位缸FF4-17-10I：TJXE r, 9ri16小/Z319手臂升降缸1(1Qil2.j-53/图1JS01工业机械手液压系统该液压系统的特点归纳如下：1）系统采用了双联泵供油，额定压力为6.3MPa,手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油，流量为（35+18）L/min,手臂及手腕回转，手指松紧及定位缸工作时，只由小流量泵2供油，大流量泵1自动卸载。由于定位缸和控制油路所需
5、压力较低，在定位缸去路上串联有减压阀8,使之获得稳定的1.51.8MPa压力。2）手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的伸出和升降速度分别由单向调整阀15、13和11实现回油节流调速；手臂及手腕的回转由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向调速阀17和18、23和24回油节流调速。3）执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，启动和停止时的惯性力就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此为达到机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。该机械手手臂伸出、
6、手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑行缓冲；手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路滑行缓冲并定位。止匕外，手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量圈套，转速较高，运动惯性矩圈套，系统的手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路上安装有行程和节流阀19进行减速缓冲，最后由定位缸插销定位，满足定位精度要求。4）为使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21的锁紧回路。5）手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀12的平衡回路。表1
7、JS01工业机械手液压系统电磁铁、压力继电器动作顺序表动作顺序1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12YK26插销定位+-+手臂前伸+手指张开+手指抓料+手臂上升+手臂缩回+手腕回转+拔定位销+手臂回转+插定位销+-+手臂前伸+手臂中停+手指张开+手指闭合+手臂缩回+手臂下降+手腕反转+拔定位销+手臂反转+待料卸载+四、机械手的动作流程机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确,在机械手的极限位置安装了限位开关SQ,SQ2SQ3,SQ4SQ5,SQ6,SQ7,SQg,SQ9,SQ10,SQ11,SQ2对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，机
8、械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制，机械手顺序动作的要求是：1、插定位销（1Y112Y5按下油泵起动按钮后，双联叶片泵1、2同时供油，电磁铁1Y、2Y带电，油液经溢流阀3和4至油箱，机械手处于待料卸荷状态。当棒料到达待上料位置，启动程序动作。电磁铁1Y带电，2Y不带电，使泵1继续卸荷，而泵2停止卸荷，同时12Y通电。进油路：泵2一阀6一减压阀8一阀9一阀25（右）一定位缸左腔。此时，插定位销以保证初始位置准确。定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。2、手臂前伸（5Y二12Y3插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y,泵1和泵2经
9、相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。进油路：泵1一单向阀5一阀14（左）一手臂伸缩缸右腔泵2一阀6一阀7一T回油路：手臂伸缩缸左腔一单向调速阀15一阀14（左）一油箱3、手指张开（1Y+、9Yt12Y*）手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁1丫、9Y带电，泵1卸载，泵2供油，经单向阀6电磁阀20左位，进入手指夹紧缸右腔。回油路从左腔通过液控单向阀21及阀20左位进入油箱。进油路：泵2一阀6一电磁阀20（左）一手指夹紧缸右腔回油路：手指夹紧缸左腔一阀21一电磁阀20（左）一油箱4、手指抓料（1Y弋12Y方手指张开后，时间继电器延时。待棒料由送料机构送到手指区域时，继电起
10、器发讯使9Y断电，泵2的压力油通过阀20的右位进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。进油路：泵2一阀6一K20（右）一阀21一手指夹紧缸左腔回油路：手指夹紧缸右腔一阀20（右）一油箱5、手臂上升（3Y112Y、当手指抓料后，手臂上升。此时，泵1和泵2同时供油到升降缸。主油路为：进油路：泵1一单向阀5一阀10（左）一阀11一阀12一手臂升降缸下腔泵2一阀6T彳7一T回油路：手臂升降缸上腔一阀13一阀10（左）一油箱6、手臂缩回（6Y工12Y方手臂上升至预定位置，碰行程开关，3Y断电，电液换向阀10复位，6Y带电。泵1和泵2起供油至电液换向阀14右端，压力油通过单向调速阀15进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀
11、14右端回油箱。进油路：泵1一阀5fK14（右）一阀15一手臂伸缩缸左腔泵2一阀6T彳7一T回油路：手臂伸缩缸右腔一阀14（右）一油箱7、手腕回转（1Y,10Yt12Y力当手臂上的碰块碰到行程开关时，6Y断电，阀14复位，1Y、10Y通电。此时，泵2单独供油至阀22左端，通过阀24进入手腕回转油缸，使手腕回转1801进油路：泵2一阀6一K22（左）一阀24一手腕回转缸回油路：手腕回转缸一阀23一阀22（左）一油箱8、拔定位销（1Y+）当手腕上的碰块碰到行程开关时，10Y、12Y断电，阀22、25复位，定位缸油液经阀25左端回油箱，弹簧作用拔定位销。回油路：定位缸左腔一阀25（左）一油箱定位缸没
12、有进油路，它是在弹簧作用下前进的。9、手臂回转（1Y二7Y）定位缸支路无油压后，压力继电器K26发讯，接通7Y。泵2的压力油进入阀6经换向阀16左端通过单向调速阀18最后进入手臂回转缸，使手臂回转951进油路：泵2一阀6一换向阀16（左）一单向调速阀18一手臂回转缸回油路：手臂回转缸一单向调速阀17一换向阀16（左）一行程节流阀19一油箱10、插定位销（1Y+、12Y*）当手臂回转碰到行程开关时，7Y断电，12Y重又通电，插定位销同1。11、手臂前伸（5Y*、12Y*）此时的动作顺序同7。12、手臂中停（12Y+）当手臂前伸碰到行程开关后，5丫断电，伸缩缸停止动作，确保手臂将棒料送到准确位置处
13、，“手臂中停”等主机夹头夹紧棒料，夹头夹紧棒料后，时间继电器发讯。13、手指张开（1Y、9Yt12Y*）接到继电器信号后，1Y、9Y通电，手指张开同3。并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发讯。14、手指闭合（1Yt12Y力接继电器信号，9Y断电，手指闭合同4。15、手臂缩回（6Y112Y+）当手指闭喝后，1Y断电，使泵1和泵2起供油，同时6Y通电，其动彳顺序同6。16、手臂下降（4Y，、12Y）手臂缩回碰到行程开关，6Y断电，4Y通电。此时，电液换向阀10右端动作，压力油经阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。进油路：泵1一单向阀5一阀10（右）一阀13一手臂升降缸上腔泵2一阀6T彳7一T回油路：手臂升降缸下腔一阀12一阀11一阀10（右）一油箱17、手腕反转（1Y二11Yt12Y+）当升降导套上的碰铁碰到行程开关时，4Y断电，1Y、11丫通电。泵2供油至阀22右端，压力油通过单向调速阀23进入手腕回转缸的另一腔，并使手腕反转1801进油路：泵2一阀6-P22（右）一单向调速阀23一手腕回
