1、本科生課程設計書學 院、系： 機電教學部專 業(yè)： 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1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(tǒng)電器控制的總體設計 , （7）六、 機械手液壓系統(tǒng) 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

2、、 參考文獻, （ 18）十、 附圖：系統(tǒng)電氣原理圖2一、引言機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)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(huán)境要求低、體積小巧,安裝調(diào)試方便,在工業(yè)控制中有著廣泛的應用。所以可以應用 PLC 控制機械手實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作, 達到簡化控制線路, 節(jié)省成本, 提高勞動生產(chǎn)率。根據(jù)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

3、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(zhí)行機構、 驅動系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成, 智能機械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。 驅動系統(tǒng)多數(shù)采用電液 （氣）機聯(lián)合傳動。JS01 工業(yè)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(zhí)行機構相應由手部、手腕、手臂伸縮機構、手臂升降機構、 手臂回轉機談判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(huán)為： 插定位銷手臂前伸手指張開手指夾緊抓料o o手臂上升手臂縮回手腕回轉 180 拔定位銷手臂回轉 95插定位銷手臂前伸手臂中停 （此時主機的夾頭下降夾料

4、） 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。3三、JS01工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)工作原理及特點 JS01工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)圖如圖 1 所示。各執(zhí)行機構的動作均由電控系統(tǒng)發(fā)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。手臂伸縮缸 手臂回轉缸 手指夾緊缸 手腕回轉缸 定位缸手臂升降缸圖 1 JS01工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)該液壓系統(tǒng)的特點歸納如下： 1）系統(tǒng)采用了雙聯(lián)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

5、 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(lián)有減壓閥 8,使之獲得穩(wěn)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,手臂的伸出和升降速度分別由單向調(diào)整閥 15、13和 11實現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)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(diào)速閥 17 和 18、23 和 24 回油節(jié)流調(diào)速。3）執(zhí)行機構的定位和緩沖是機械手工作平穩(wěn)可靠的關鍵。從提高生產(chǎn)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

6、傷機件。 因此為達到機械手的定位精度和運動平穩(wěn)性的要求, 一般在定位前要采取緩沖措施。4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(fā)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(fā)信號, 提前切斷油路滑行緩沖并定位。 此外,手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向, 調(diào)節(jié)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(tǒng)的手臂回轉缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外, 還在回油路上安裝有行程和節(jié)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(tǒng)壓力波動的影響,保證牢固地夾緊工件,

7、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(yè)機械手液壓系統(tǒng)電磁鐵、壓力繼電器動作順序表動作順序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y10Y11Y12YK26插銷定位 + +-+手臂前伸 + + +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 + + +5手臂縮回 + + +手臂下降 + + +手腕

8、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SQ , SQ2 SQ3 , SQ4 SQ5 , SQ6 , SQ7 , SQ8 , SQ9 , SQ10 , SQ11 , SQ12 對機械手分別進1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（ 1Y 、12Y ）按下油泵起動按鈕后,雙聯(lián)葉片泵 1、2 同時供油,電磁鐵 1Y 、2Y 帶電,油

9、液經(jīng)溢流閥 3 和 4 至油箱,機械手處于待料卸荷狀態(tài)。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(xù)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（ 5Y 、12Y ）插定位銷后,此支路系統(tǒng)油壓升高,使繼電器 K26 發(fā)訊,接通電磁鐵 5Y,泵 1 和泵 2經(jīng)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

10、腔單向調(diào)速閥 15閥 14（左）油箱3、手指張開（ 1Y 、9Y 、12Y ）手臂前伸至適當位置,行程開關發(fā)訊,電磁鐵 1Y、9Y 帶電,泵 1 卸載,泵 2 供油,經(jīng)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 206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（ 1Y 、12Y ）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(qū)域時,繼電起器發(fā)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（

11、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（ 3Y 、12Y ）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 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（ 6Y 、12Y ）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(diào)速閥 15 進入伸縮缸左腔, 而右腔油液經(jīng)閥 14 右端回油箱。進油路：泵 1閥 5閥 14（右）閥

12、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（ 1Y 、10Y 、12Y ）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 180 。進油路：泵 2閥 6閥 22（左）閥 24手腕回轉缸回油路：手腕回轉缸閥 23閥 22（左）油箱8、拔定位銷（ 1Y ）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(jīng)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

13、彈簧作用下前進的。9、手臂回轉（ 1Y 、7Y ）定位缸支路無油壓后,壓力繼電器 K26 發(fā)訊,接通 7Y 。泵 2 的壓力油進入閥 6 經(jīng)換向閥 16 左端通過單向調(diào)速閥 18 最后進入手臂回轉缸,使手臂回轉 95 。進油路：泵 2閥 6換向閥 16（左）單向調(diào)速閥 18手臂回轉缸回油路：手臂回轉缸單向調(diào)速閥 17換向閥 16（左）行程節(jié)流閥 19油箱710、插定位銷（ 1Y 、12Y ）當手臂回轉碰到行程開關時, 7Y 斷電, 12Y 重又通電,插定位銷同 1。11、手臂前伸（ 5 Y 、12Y ）此時的動作順序同 7。12、手臂中停（ 12Y ）當手臂前伸碰到行程開關后, 5Y 斷電,伸

14、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(fā)訊。13、手指張開（ 1Y 、9Y 、12Y ）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(fā)訊。14、手指閉合（ 1Y 、12Y ）接繼電器信號, 9Y 斷電,手指閉合同 4。15、手臂縮回（ 6Y 、12Y ）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（ 4Y 、12Y ）手臂縮回碰到行程開關, 6Y 斷電, 4Y 通電。此時,電液換向閥 10 右端動作,壓力油經(jīng)閥

15、 10 和單向調(diào)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（ 1Y 、11Y 、12Y ）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(diào)速閥 23 進入手腕回轉缸的另一腔,并使手腕反轉 180 。進油路：泵 2閥 6閥 22（右）單向調(diào)速閥 23手腕回轉缸回油路：手腕回轉缸單向調(diào)速閥 24閥 22（右）油箱18、拔定位銷（ 1Y ）手腕反轉碰到行程開關后, 11Y、12Y 斷電。動作順序同

16、8。19、手臂反轉（ 1Y 、8Y ）拔定位銷,壓力繼電器發(fā)信號, 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 95 ,機械手復位。進油路：泵 2閥 6換向閥 16（右）單向調(diào)速閥 17手臂回轉缸回油路：手臂回轉缸單向調(diào)速閥 18換向閥 16（右）行程節(jié)流閥 19油箱820、待料卸載（ 1Y 、2Y ）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(huán)結束,等待下一個循環(huán)。機械手的動作也可由微機程序控制,與相關主機聯(lián)為一體,其動作順序相同。根據(jù)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、

17、機械手液壓系統(tǒng)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, 電路中的應設有過載和短路等保護效用, 如采用熱繼電器和熔斷器, 用于工作過程中電動機發(fā)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(tài)： 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：9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：1011六、機械手液壓系統(tǒng) PLC的設計PLC 狀態(tài)轉移圖12步進梯形圖：131

18、415PLC接線圖：圖 4 PLC外部端子接線圖16PLC 程序代碼 :LD M8002 STL S26 SET Y9SET S0 OUT Y6 SET Y1STL S0 RST Y3 LD X3SET S20 LD X6 SET S34STL S20 SET S27 STL S34LDI Y3 STL S27 RST Y9LDI Y4 LDI Y11 LD X4LDI Y5 OUT Y10 SET S35LDI Y6 SET Y1 STL S35LDI Y111 RST Y6 SET Y6LDI Y1000 LD X7 RST Y1OUT Y1 SET S28 LD X6STL S21 ST

19、L S28 SET S36LDI Y121 RST Y10 STL S36LDI Y122 RST Y12 LDI Y3OUT Y12 LD X10 OUT Y4LD X1 SET S29 RST Y6SET S22 STL S29 LD X8STL S22 LDI Y8 SET S37LDI Y6 OUT Y7 STL S37OUT Y5 LD X11 LDI Y10RST Y1 SET S30 OUT Y11LD X2 STL S30 SET Y1SET S23 SET Y12 LD X9STL S23 RST Y7 SET S38OUT Y9 LD X1 STL S38SET Y1 SE

20、T S31 RST Y11RST Y5 STL S31 RST Y12LD X3 RST Y1 LD X10SET S24 SET Y5 SET S39STL S24 LD X2 STL S39RST Y9 SET S32 LDI Y7LD X4 STL S32 OUT Y8SET S25 LDI KT LD X12STL S25 OUT T0 SET S40OUT Y3 RST Y5 STL S40RST Y1 LD T0 OUT Y2LD X5 SET S33 RST Y8SET S26 STL S33 END17七、機械手液壓系統(tǒng) 電氣元件選擇主電路元器件：根據(jù)系統(tǒng)工作要求可知, 系統(tǒng)采

21、用了雙聯(lián)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：6 -3 kw 一號泵（大泵） ：6.3 10 35 10 60 3.675( )6 -3 kw 二號泵（小泵） ：6.3 10 18 10 60 1.8 9( )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(zhí)行件的速度、 壓力和正反轉情況都全部通過各個液壓閥來調(diào)節(jié), 所以泵可以持續(xù)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,

22、 無需進行調(diào)速和正反轉控制； 當系統(tǒng)停止工作時, 各執(zhí)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(tǒng)產(chǎn)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

23、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18以 1FU 熔體電流為： I R （ 1.52.5 ） 23+2.89= （37.3960.39 ）A查機床電氣控制技術表（

24、 4-8）可選用 RL1-100 型熔斷器,配 60A 的熔體。2FU的熔體電流為： I R （ 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： I R （ 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(jù)所控制的電動機及負載電流類別選用接觸器的類

25、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(jù)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(jù)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(jù)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(guī)格及數(shù)量等,見表 3-1。符號 名稱 型號規(guī)格 數(shù)量M1 慢速電Y90L-6 1.1KW 380V 1動機 910r/minM2 快 速電160M-4 111KW 380V 1動機 1460r/minQ組合 開 HZ10-25/3 三極 380V 25A 1關FR熱繼電JR16B20額定電流 3.5A 整 1器 定電流 2.67AFU 熔斷器 RL1-15 熔體 2A 1KM1-KM12