1、本科生課程設計書學 院、系：機電教學部 專 業：機械設計制造及自動化 學 生 姓 名： 歐光宇 班 級：機設1402 學號1412110211 指導教師姓名：吳吉平 最終評定成績： 2010-11-21年7月17日目錄一、 引言（1）二、 設計要求（1）三、 設計的基本原理（2）四、 機械手的動作流程（4）五、 機械手液壓系統電器控制的總體設計（7）六、 機械手液壓系統PLC的設計（10）七、 機械手電氣元件的選擇（16）1、 電動機的選擇2、 三相隔離開關的選擇3、 熔斷器的選擇4、 熱繼電器的選擇5、 接觸器的選擇八、 小結（18）九、 參考文獻（18）十、 附圖：系統電氣原理圖一、引言機

2、械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手通過模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡及其它要求，完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。而可編程控制器（）由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改，易于擴展和維護，環境要求低、體積小巧，安裝調試方便，在工業控制中有著廣泛的應用。所以可以應用PLC控制機械手實現各種規定的工序動作，達到簡化控制線路，節省成本，提高勞動生產率。根據我們所設計的機械手的驅動部件為步進電機的特點，應用移位寄存指令可以很方便、靈活地對機械手進行控制。圖1 是機械手搬運物品示意圖。圖1 機械手搬物示意圖二、設計要求機械手一般由執行機構、

3、驅動系統、控制系統及檢測裝置三大部分組成，智能機械手還具有感覺系統和智能系統。驅動系統多數采用電液（氣）機聯合傳動。JS01工業機械手屬于圓柱坐標式、全液壓驅動機械手，具有手臂升降、伸縮、回轉和手腕回轉四個自由度。執行機構相應由手部、手腕、手臂伸縮機構、手臂升降機構、手臂回轉機構和回轉定位裝置等組成，每一部分均由液壓缸驅動與控制。它完成的動作循環為：插定位銷手臂前伸手指張開手指夾緊抓料手臂上升手臂縮回手腕回轉180o拔定位銷手臂回轉95 o 插定位銷手臂前伸手臂中停（此時主機的夾頭下降夾料）手指松開（此時主機夾頭夾著料上升）手指閉合手臂縮回手臂下降手腕回轉復位拔定位銷手臂回轉復位待料，泵卸載。

4、三、JS01工業機械手液壓系統工作原理及特點JS01工業機械手液壓系統圖如圖1所示。各執行機構的動作均由電控系統發信號控制相應的電磁換各閥，按程序依次步進動作。電磁鐵動作順序見表1。圖1 JS01工業機械手液壓系統該液壓系統的特點歸納如下：1）系統采用了雙聯泵供油，額定壓力為6.3MPa，手臂升降及伸縮時由兩個泵同時供油，流量為（35+18）L/min，手臂及手腕回轉，手指松緊及定位缸工作時，只由小流量泵2供油，大流量泵1自動卸載。由于定位缸和控制油路所需壓力較低，在定位缸去路上串聯有減壓閥8，使之獲得穩定的1.51.8MPa壓力。2）手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅動，手臂的伸出和升降

5、速度分別由單向調整閥15、13和11實現回油節流調速；手臂及手腕的回轉由擺動液壓缸驅動，其正反向運動亦采用單向調速閥17和18、23和24回油節流調速。3）執行機構的定位和緩沖是機械手工作平穩可靠的關鍵。從提高生產率來說，希望機械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，啟動和停止時的慣性力就越大，振動和沖擊就越大，這不僅會影響到機械手的定位精度，嚴重時還會損傷機件。因此為達到機械手的定位精度和運動平穩性的要求，一般在定位前要采取緩沖措施。該機械手手臂伸出、手腕回轉由死擋鐵定位保證精度，端點到達前發信號切斷油路，滑行緩沖；手臂縮回和手臂上升由行程開關適時發信號，提前切斷油路滑行緩沖并定位。此外，

6、手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向，調節換向時間，亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉部分質量圈套，轉速較高，運動慣性矩圈套，系統的手臂回轉缸除采用單向調速閥回油節流調速外，還在回油路上安裝有行程和節流閥19進行減速緩沖，最后由定位缸插銷定位，滿足定位精度要求。4）為使手指夾緊缸夾緊工件后不受系統壓力波動的影響，保證牢固地夾緊工件，采用了液控單向閥21的鎖緊回路。5）手臂升降缸為立式液壓缸，為支承平衡手臂運動部件的自重，采用了單向順序閥12的平衡回路。表1 JS01工業機械手液壓系統電磁鐵、壓力繼電器動作順序表動作順序1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12YK26插銷定位+-+手臂

7、前伸+手指張開+手指抓料+手臂上升+手臂縮回+手腕回轉+拔定位銷+手臂回轉+插定位銷+-+手臂前伸+手臂中停+手指張開+手指閉合+手臂縮回+手臂下降+手腕反轉+拔定位銷+手臂反轉+待料卸載+四、機械手的動作流程機械手的任務是將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B。為使機械手動作準確，在機械手的極限位置安裝了限位開關,對機械手分別進行抓緊、左轉、右轉、上升、下降動作的限位，機械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動作由液壓驅動，并分別由六個電磁閥來控制,機械手順序動作的要求是：1、插定位銷（1、12）按下油泵起動按鈕后，雙聯葉片泵1、2同時供油，電磁鐵1Y、2Y帶電，油液經溢流閥3和4至油箱，機械手處于待

8、料卸荷狀態。當棒料到達待上料位置，啟動程序動作。電磁鐵1Y帶電，2Y不帶電，使泵1繼續卸荷，而泵2停止卸荷，同時12Y通電。進油路：泵2閥6減壓閥8閥9閥25（右）定位缸左腔。此時，插定位銷以保證初始位置準確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復位的。2、手臂前伸（5、12）插定位銷后，此支路系統油壓升高，使繼電器K26發訊，接通電磁鐵5Y，泵1和泵2經相應的單向閥匯流到電液換向閥14左位，進入手臂伸縮缸油腔。進油路：泵1單向閥5閥14（左）手臂伸縮缸右腔泵2閥6閥7回油路：手臂伸縮缸左腔單向調速閥15閥14（左）油箱3、手指張開（1、9、12）手臂前伸至適當位置，行程開關發訊，電磁鐵1Y、9Y帶

9、電，泵1卸載，泵2供油，經單向閥6電磁閥20左位，進入手指夾緊缸右腔。回油路從左腔通過液控單向閥21及閥20左位進入油箱。進油路：泵2閥6電磁閥20（左）手指夾緊缸右腔回油路：手指夾緊缸左腔閥21電磁閥20（左）油箱4、手指抓料（1、12）手指張開后，時間繼電器延時。待棒料由送料機構送到手指區域時，繼電起器發訊使9Y斷電，泵2的壓力油通過閥20的右位進入缸的左腔，使手指夾緊棒料。進油路：泵2閥6閥20（右）閥21手指夾緊缸左腔回油路：手指夾緊缸右腔閥20（右）油箱5、手臂上升（3、12）當手指抓料后，手臂上升。此時，泵1和泵2同時供油到升降缸。主油路為：進油路：泵1單向閥5閥10（左）閥11閥

10、12手臂升降缸下腔 泵2閥6閥7回油路：手臂升降缸上腔閥13閥10（左）油箱6、手臂縮回（6、12）手臂上升至預定位置，碰行程開關，3Y斷電，電液換向閥10復位，6Y帶電。泵1和泵2一起供油至電液換向閥14右端，壓力油通過單向調速閥15進入伸縮缸左腔，而右腔油液經閥14右端回油箱。進油路：泵1閥5閥14（右）閥15手臂伸縮缸左腔 泵2閥6閥7回油路：手臂伸縮缸右腔閥14（右）油箱7、手腕回轉（1、10、12）當手臂上的碰塊碰到行程開關時，6Y斷電，閥14復位，1Y、10Y通電。此時，泵2單獨供油至閥22左端，通過閥24進入手腕回轉油缸，使手腕回轉。進油路：泵2閥6閥22（左）閥24手腕回轉缸回

11、油路：手腕回轉缸閥23閥22（左）油箱8、拔定位銷（1）當手腕上的碰塊碰到行程開關時，10Y、12Y斷電，閥22、25復位，定位缸油液經閥25左端回油箱，彈簧作用拔定位銷。回油路：定位缸左腔閥25（左）油箱定位缸沒有進油路，它是在彈簧作用下前進的。9、手臂回轉（1、7）定位缸支路無油壓后，壓力繼電器K26發訊，接通7Y。泵2的壓力油進入閥6經換向閥16左端通過單向調速閥18最后進入手臂回轉缸，使手臂回轉。進油路：泵2閥6換向閥16（左）單向調速閥18手臂回轉缸回油路：手臂回轉缸單向調速閥17換向閥16（左）行程節流閥19油箱10、插定位銷（1、12）當手臂回轉碰到行程開關時，7Y斷電，12Y重

12、又通電，插定位銷同1。11、手臂前伸（5、12）此時的動作順序同7。12、手臂中停（12）當手臂前伸碰到行程開關后，5Y斷電，伸縮缸停止動作，確保手臂將棒料送到準確位置處，“手臂中停”等主機夾頭夾緊棒料，夾頭夾緊棒料后，時間繼電器發訊。13、手指張開（1、9、12）接到繼電器信號后，1Y、9Y通電，手指張開同3。并啟動時間繼電器延時，主機夾頭移走棒料后，繼電器發訊。14、手指閉合（1、12）接繼電器信號，9Y斷電，手指閉合同4。15、手臂縮回（6、12）當手指閉喝后，1Y斷電，使泵1和泵2一起供油，同時6Y通電，其動作順序同6。16、手臂下降（4、12）手臂縮回碰到行程開關，6Y斷電，4Y通電

13、。此時，電液換向閥10右端動作，壓力油經閥10和單向調速閥13進入升降缸上腔。進油路：泵1單向閥5閥10（右）閥13手臂升降缸上腔 泵2閥6閥7回油路：手臂升降缸下腔閥12閥11閥10（右）油箱17、手腕反轉（1、11、12）當升降導套上的碰鐵碰到行程開關時，4Y斷電，1Y、11Y通電。泵2供油至閥22右端，壓力油通過單向調速閥23進入手腕回轉缸的另一腔，并使手腕反轉。進油路：泵2閥6閥22（右）單向調速閥23手腕回轉缸回油路：手腕回轉缸單向調速閥24閥22（右）油箱18、拔定位銷（1）手腕反轉碰到行程開關后，11Y、12Y斷電。動作順序同8。19、手臂反轉（1、8）拔定位銷，壓力繼電器發信號

14、，8Y接通。換向閥16右端動作，壓力油進入手臂回轉缸的另一腔，手臂反轉，機械手復位。進油路：泵2閥6換向閥16（右）單向調速閥17手臂回轉缸回油路：手臂回轉缸單向調速閥18換向閥16（右）行程節流閥19油箱20、待料卸載（1、2）手臂反轉到位后，啟動行程開關，8Y斷電，2Y接通。此時，兩油泵同時卸荷。機械手動作循環結束，等待下一個循環。機械手的動作也可由微機程序控制，與相關主機聯為一體，其動作順序相同。根據對機械手的順序動作要求，可以畫出機械手工藝流程圖圖2 機械手工藝流程圖五、機械手液壓系統電氣控制的總體設計1、電氣控制線路設計1)主電路的設計主電路主要是把行程開關信號變成標準信號，電路中的

15、應設有過載和短路等保護功能，如采用熱繼電器和熔斷器，用于工作過程中電動機發生過載或電路短路時，及時斷開主電路，保護電動機和各電氣元件。電路中還應設有電流表、電壓表及指示燈，電壓表和電流表用于觀察主電路電流電壓是否處于正常值，指示燈用來指示電動機處于何種工作狀態：停止或是工作，還可起到報警作用。主電路的電氣原理圖如下： 圖3 主電路的電氣原理圖2)控制電路的設計控制電路的電氣原理圖如下：六、機械手液壓系統PLC的設計PLC狀態轉移圖步進梯形圖：PLC接線圖： 圖4 PLC外部端子接線圖PLC程序代碼:21LD M8002SET S0STL S0SET S20STL S20LDI Y3LDI Y4

16、LDI Y5LDI Y6LDI Y111LDI Y1000OUT Y1STL S21LDI Y121LDI Y122OUT Y12LD X1SET S22STL S22LDI Y6OUT Y5RST Y1LD X2SET S23STL S23OUT Y9SET Y1RST Y5LD X3SET S24STL S24RST Y9LD X4SET S25STL S25OUT Y3RST Y1LD X5SET S26STL S26OUT Y6RST Y3LD X6SET S27STL S27LDI Y11OUT Y10SET Y1RST Y6LD X7SET S28STL S28RST Y10RST

17、 Y12LD X10SET S29STL S29LDI Y8OUT Y7LD X11SET S30STL S30SET Y12RST Y7LD X1SET S31STL S31RST Y1SET Y5LD X2SET S32STL S32LDI KTOUT T0RST Y5LD T0SET S33STL S33SET Y9SET Y1LD X3SET S34STL S34RST Y9LD X4SET S35STL S35SET Y6RST Y1LD X6SET S36STL S36LDI Y3OUT Y4RST Y6LD X8SET S37STL S37LDI Y10OUT Y11SET Y1

18、LD X9SET S38STL S38RST Y11RST Y12LD X10SET S39STL S39LDI Y7OUT Y8LD X12SET S40STL S40OUT Y2RST Y8END七、機械手液壓系統電氣元件選擇主電路元器件：根據系統工作要求可知，系統采用了雙聯泵供油，額定壓力為6.3MPa，流量為（35+18）L/min，因兩泵的流量相差較大，故應采用兩個電機分別帶動兩個泵。兩泵的輸出功率分別為：一號泵（大泵）： 二號泵（小泵）：考慮到一號泵（大泵）工作時載荷較重，故應低速運行，對應的電機也應該選轉速較低的；同理，二號泵（小泵）電機則可選轉速較高一點的。因為各執行件的速度、

19、壓力和正反轉情況都全部通過各個液壓閥來調節，所以泵可以持續以恒定的流量將油輸出，所以帶動泵的電機也可以以恒轉速、轉矩輸出，無需進行調速和正反轉控制；當系統停止工作時，各執行件上沒有使其反向運動的阻力，液壓油的殘余壓力也不會對系統產生不良影響，故電機也無需進行特別的制動控制。綜合以上分析和計算，可選擇電動機型號如下：一號泵（大泵）電機M1：Y132M1-6 4KW 380V 10.53A 960r/min二號泵（小泵）電機M2：Y100L1-4 2.2KW 380V 5.79A 1430r/min1、電源引入開關Q。主要作為電源隔離開關用，并不用它來直接啟停電動機，可按電動機額定電流來選，電動機

20、電流為10.53A，所以開關選用HZ10-25/3型，額定電流為25A，為三極組合開關。2、熱繼電器FR1、FR2。主電動機M1、M2額定電流為10.53A，兩個繼電器應選用JR0-40型熱繼電器。熱元件電流為25A。3、熔斷器FU1、FU2、FU3熔斷器選用：熔斷器的額定電壓不得小于線路的工作電壓；熔斷器的額定電流不得小于所裝熔體的額定電流。1FU是對M1，M2兩臺電動機進行保護的熔斷器對于多臺電動機長期共用一個熔斷器保護的情況，用機床電氣控制技術式4-4來選擇：表示容量最大的電動機的額定電流 ：除容量最大的電動機外，其余電動機額定電流之和以1FU熔體電流為：IR（1.52.5）×

21、23+2.89=（37.3960.39）A查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-100型熔斷器，配60A的熔體。2FU的熔體電流為：IR（1.52.5）×2.89=（4.3357.225）A 查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-15型熔斷器，配10A的熔體。3FU的熔體電流為：IR（1.52.5）×23=（34.557.5）A 查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-60型熔斷器，配20A的熔體。同理：4FU和5FU查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-100型熔斷器，配60A的熔體4、接觸器KM1、KM2選用原則：1）根據所控制的電動機及負載電流類

22、別選用接觸器的類型；2）接觸器的主觸點額定電壓應大于等于負載回路額定電壓；3）接觸器的主觸點額定電流應大于等于負載回路額定電流；4）根據吸引線圈的額定電壓選用不同種類接觸器。接觸器吸引線圈分交流線圈（36V，110V，127V，220V，380V）和直流線圈（24V，48V，110V，220V，440V）兩種。接觸器KM1和KM2，根據慢速電動機M1的額定電流Ie=2.89A ，控制回路電路電源為127V，根據主觸點，動合輔助觸電，動斷輔助觸電等的情況，選用CJ10-20型接觸器，電磁線圈電壓為127V。由于M1、M2電動機的額定電流很小，1KM、2KM可選用JZ744型交流中間斷電器，其線圈電壓為127V，觸點電流為5A，可完全滿足要求，對小容量的電動機常用中間斷電器充任接觸器。電器元件明細表電氣元件明細表注明各元件的型號，規格及數量等，見表3-1。符號名稱型號規格數量M1慢速電動機Y90L-61.1KW 380V 910r/min1M2快速電動機160M-4111KW 380V 1460r/min1Q組合開關HZ10-25/3三極 380V 25A 1FR熱繼電器JR16B20額定電流3.5A 整定電流2.67A1FU熔斷器RL1-15熔體2A1KM1-KM12,KM121,KM122,KM123,KM1000,KM111,KM1005,KM1007中間接