机械手的电气设计概要Word格式.docx
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1.1机械手的概述
机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；
它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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。
机械手虽然目前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大等特点，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，例如：
（1）、机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。
（2）、在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。
（3）、可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。
（4）、可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。
（5）、宇宙及海洋的开发。
（6）、军事工程及生物医学方面的研究和试验。
1.2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95o→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。
二分析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。
图1JS01工业机械手液压系统
表1JS01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
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
6Y
7Y
8Y
9Y
10Y
11Y
12Y
K26
插定销位
+
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
手臂中停
手指闭合
手臂下降
手腕反转
手臂反转
待料卸载
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。
三、继电器-接触器控制线路的设计
（一）选用控制线路的设计方法
控制线路的设计大体可分为二种，分别为经验设计法和逻辑设计法。
1经验设计法的基本步骤
（1）收集分析国内外现有同类设备的相关资料，使所设计的控制系统合理，满足设计要求。
（2）控制线路设计，一般的压力机控制线路设计包括主电路，控制电路
辅助电路的设计。
首先进行主电路设计：
主要是考虑从电源到执行元件（例如电动机）
之间的线路设计。
然后进行控制线路设计：
主要考虑如何满足电动机的各种运动功能及
生产工艺要求，包括实现加工过程自动化或半自动化的控制等，也就是完
成正确地“选择”和有机地“组合”的任务；
最后考虑如何完善整个控制电路的设计，各种保护，联琐以及信号，
照明等辅助电路的设计。
（3）全面检查所设计电路，有条件时，可以进行模拟试验，以进一步完善
设计。
2经验设计法的基本特点
（1）设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳的设计方案。
但该方法简
单易行，应用很广。
（2）需反复修改，这样会影响设计速度。
（3）需要一定的经验，设计中往往会因考虑不周而影响电路的可靠性。
（4）一般需要进行模拟试验。
3逻辑设计法的基本概念
逻辑设计法，主要是根据生产工艺的要求（工作循环，液压系统图等），将控制线路中的接触器，继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，以及主令元件的接通和断开等看成逻辑变量，并将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律，对逻辑函数式进行简化，然后根据简化的逻辑函数式画出相应的线路原理图，最后再进一步检查，化简和完善，以期获得既满足工艺要求，又经济合理的最佳设计方案。
4逻辑设计法的一般步骤
（1）按工艺要求作出工作循环图。
（2）确定执行元件与检测元件，并作出执行元件节拍表和检测元件状态表。
（3）根据检测元件状态表写出各程序的特征数，并确定分组，设置中间记
忆元件，各分组所有程序能区分开。
（4）列写中间记忆元件开关函数及其执行元件动作逻辑函数表达式，并画
出相应的电路图。
（5）对按逻辑函数表达式画出的控制逻辑电路图进行检查，化简和完善。
逻辑设计法与经验设计法相比，采用逻辑设计的电路较为合理，
能节省所用元件的数量，能获得某种逻辑功能的最简电路，但是逻辑设计
法整个设计过程较为复杂，对于一些复杂的控制要求，还必须设计许多新
的条件，同时对电路竞争问题也较难处理。
因此，在一般的电器控制线路
设计中，逻辑设计法仅为经验设计法的辅助和补充。
（二）继电器——接触器控制线路
对于线路的设计我们采用的是逻辑设计法，根据JS01工业机械手液压系统图和机械手的动作要求，我作出了其继电器电气原理图，见附图一。
这里我们对其继电器电气原理图进行说明。
图中SB2实现开机功能，按下SB2能KM线圈得电，启动电动机，为下面的顺序动作做准备。
当要进行顺序动作时，继电器工作顺序如下：
1．插定位销按下SB1，中间继电器K1线圈得电并自锁；
1Y，12Y，K26得电，机械手的定位缸右移，到达极限位置时，插上定位销。
2．手臂前伸当定位缸到达极限位置时，同时会触动行程开关ST1，中间继电器K2得电并自锁，中间继电器K2的辅助动断点断开，1Y失电，同时5Y得电，手臂伸缩缸开始前伸，实现手臂前伸功能。
3．手指张开当手臂伸缩缸伸到一定位置时触动行程开关ST2，中间继电器K3得电并自锁，中间继电器K3的辅助动断点断开，5Y失电；
同时9Y得电，手指夹紧缸向右滑动，实现手指张开功能。
4．手指抓料当手指夹紧缸向右滑动到一定位置时触动行程开关ST3，中间继电器K4得电并自锁，中间继电器K4的辅助动断点断开，9Y失电；
手指夹紧缸向左滑动，从而实现手指抓料功能。
5．手臂上升当手指夹紧缸向左滑动到一定位置时触动行程开关ST4，中间继电器K5得电并自锁，中间继电器K5的辅助动断点断开，1Y失电；
同时3Y得电，手臂升降缸开始上升，从而实现手臂上升功能。
6.手臂缩回当手臂升降缸上升到一定位置时触动行程开关ST5，中间继
电器K6得电并自锁，中间继电器K6的辅助动断点断开，3Y失电；
同时6Y
得电，手臂伸缩缸开始向右滑动，从而实现手臂缩回功能
7．手腕回转当手臂伸缩缸向右缩到一定位置时触动行程开关ST6，中间
继电器K7得电并自锁，中间继电器K7的辅助动断点断开，6Y失电；
同时
10Y得电，手腕回转缸开始转动，从而实现手腕回转功能
8．拔定位销当手腕回转缸转动到一定位置时触动行程开关ST7，中间
继电器K8得电并自锁，中间继电器K8的辅助动断点断开，12Y失电，K26
失电，10Y失电；
拔出定位销。
9．手臂回转当定位缸向左滑动到一定位置时会触动行程开关ST8，电磁
阀7Y得电并自锁，手臂回转缸开始转动，实现手臂回转功能。
10．插定位销当手臂回转缸转动到一定位置时会触动行程开关ST9，中间
继电器K10得电并自锁，其辅助动断点断开，7Y失电；
中间继电器K9得电，
其辅助动合点关闭，12Y得电，K26得电，机械手的定位缸右移，触动行程
开关ST11时，插上定位销。
11．手臂前伸当定位缸触动行程开关ST10，中间继电器
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