机械手液压系统课程设计

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

一、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。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→手臂前伸→手指张开→手指夹紧抓料→手臂上升→手臂缩回→手腕回转180o→拔定位销→手臂回转95 o →插定位销→手臂前伸→手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）→手指松开（此时主机夹头夹着料上升）→手指闭合→手臂缩回→手臂下降→手腕回转复位→拔定位销→手臂回转复位→待料，泵卸载。

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。

定位缸

手腕回转缸

手指夹紧缸

手臂伸缩缸

手臂回转缸

图1 JS01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1.5～1.8MPa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、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。此外，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。

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

1SQ ,2SQ 3SQ ,4SQ 5SQ ,6SQ ,7SQ ,8SQ ,9SQ ,10SQ ,11SQ ,12SQ 对机械手分别进

行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，机械手的上、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（1+

Y 、12+

Y ）

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→阀6→减压阀8→阀9→阀25（右）→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（5+

Y 、12+

Y ）

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→单向阀5→阀14（左）→手臂伸缩缸右腔泵2→阀6→阀7→↑ 回油路：手臂伸缩缸左腔→单向调速阀15→阀14（左）→油箱

3、手指张开（1+

Y 、9+

Y 、12+

Y ）

手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁1Y 、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