机电液一体化

中国地质大学（武汉）机电液一体化机械手设计报告

学院：机械与电子信息学院

班级：07212X

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一、机械手的研究意义与原理

意义：

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

工业机械手是先进制造领域不可或缺的自动化设备，应用在工业领域越来越广泛。按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式。随着计算机技术的发展，单片机等微型计算机处理器迅速改变了工厂自动控制系统的面貌。在机械手控制方面，微控制器具有可靠性高、控制程序可变、无限触电数、编程简单、扩充方便、体积小等优点。采用单片机微控制器作为核心控制器来控制机械手的各个动作，不仅可以节约人力成本，而且可以消除人工操作带来的诸多不可靠的因素，从而大大提高机械手的工作稳定性及加工精度。

结构及原理：

我设计的是是一个简单的实现加工生产线上零件的上料和卸料的机械手。工件随着传送带实现各个机床间的自动输送，而机械手负责的工作便是在工件输送到固定的位置后将工件自动卸装。

机械手的组成由单片机、位置传感器、压力传感器、电磁继电器、液压系统与机械本体组成。由位置传感器和压力传感器感应相应的信号，当达到某些要求时，传感器便会将信号传递给单片机，然后单片机根据特定的信号控制相应的电磁继电器从而控制相应的液压回路，从而控制不同的液压缸，执行相应的动作。

液压缸有三个，分别的作用是控制机械手的夹紧、使机械手左右移动，使机械手上下移动。

二、机械手的模型及运动路线

我设计的机械手与装卸输送带的位置及其工作原理如图所示：

如图，机械手在没有动作的情况在A点待命，当工件检测传感器检测到有工件接近抓取位置的时候会向单片机发送信号，然后单片机根据内设程序对信号的处理机制，使得左右伸缩缸外伸，使得机械手左移，。直至伸至B点，在B 点有一个位置检测传感器，到达B点后，左右伸缩缸停止进油，升降缸开始运动，使升降缸做下降运动，直至到达C点的位置传感器位置，然后夹紧缸开始回缩，使得机械手加紧工件，在加紧缸液压回路中有一个液体压力传感器，当液体压力到达一定的压力值时，夹紧缸停止加紧，然后升降缸运动，使机械手从C 点运动到B点，然后升降缸停止，左右伸缩缸运动，机械手由B点运动到A点，到达A点位置后，左右伸缩缸停止运动，升降缸运动，使机械手由A点运动到D点，然后夹紧缸运动，松开夹紧爪，卸载工件，然后升降缸运动，使机械手由D点运动到A点待命位置，在此待命。一个周期结束。

在运动过程中，有一个外部按钮中断，当按钮按下时，程序进入中断程序，主液压回路中卸荷回路打开，液压油卸荷，使所有动作停止。此时程序不断扫描按钮是否第二次被按下，当按钮第二次被按下时，中断程序结束，程序回复到主程序中，继续执行刚才的动作。

在每个动作位置拐角处，都是由位置传感器感应，所以可以保证每个动作的精确性。

三、机械手的工作流程和程序走向

四、液压系统的设计

该机械手机械结构简单，机械手的驱动系统采用全液压驱动，保证额征集动作迅速、平稳，在控制系统上采用了数个位置传感器，来感应机械手的位置，满足机械手抓取位置的精度要求。单片机通过信号采集，控制液压系统的电磁换向阀通断电，实现机械手的自动工作循环和对机械手各个动作的点动控制。

设计的的液压系统如图所示：

YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7

动作名

称路径

A点-B

——+ ————

点

——————+

B点-C

点

夹紧工

———+ ———

件

—————+ —

C点-B

点

B点-A

—+ —————

点

A点-D

——————+

点

YA1—YA7为液压传动回路中的电磁铁。

五、个人心得

在这次的机电液一体化系统设计过程中，我选择了设计机械手臂，一来是因为机械手技术正是研究热点，二来是因为我对机器人有比较浓厚的兴趣。在这个系统中，我改进了一般的搬运机械手，在机械手的抓取控制中增添了压力控制，可以保证液压回路的安全。同时，这模仿了人手抓取物体的特征，到达一定的夹紧程度时停止继续夹紧，具有一定的趣味性。

但是同时，这个系统结构太简单，由于种种原因很多的问题都没有考虑到。这个系统在理论情况下只能实现最基础的功能，有很大的改进空间。在撰写报告上，因为系统是自己根据已知知识撰写，由于知识与经验的限制，所以不知道技术指标应该怎样写。

这次机电液一体化课程设计，是我对液压课程、单片机课程的一次总结，更是对机电一体化课程的收尾，是我设计的在控制领域的第一步，虽然这个设计很简单，但我相信只要继续努力，在毕业设计中我也可以设计出非常优秀的系统。