液压机械手论文

目录

1 机械手设计任务书 .............................. 错误！未定义书签。

1.1 设计目的 ........................................ 错误！未定义书签。

1.2 本课题的内容和要求 ................... 错误！未定义书签。

1.3 工业机械手简图.............................................................. 3 2 臂部液压缸设计 .................................. 错误！未定义书签。

2.1 臂部受力计算 .................................................................. 5

2.2 臂部油缸驱动力计算 ..................................................... 6

2.3 臂部活塞杆的稳定性校核 ............................................. 7

2.4 臂部缸体的螺栓链接计算 ............................................. 8

3 臂部液压传动与控制系统计设 .......................................... 10

3.1 臂部伸缩油缸 ................................................................ 10

3.2 液压元件的计算和选择 ............................................... 11

3.3 臂部液压原件及工作原理 ........................................... 13

4 PLC控制系统设计 .............................................................. 14

4.1 机械手可编程顺序控制 ............................................... 14

4.2 机械手PLC控制梯形图 .............................................. 18

5 参 考 文 献 ........................................................................ 23

6 总结 ...................................................................................... 23

机械手设计任务书

1.1设计目的：

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。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。

机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械计、制造行业的人才而开设的专业。而工业机械手课程设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。

工业机械手的设计涉及：机械设计原理、液压、气压、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。 设计目的：

1、 培养学生的机械设计能力；

2、 扩展学生的知识结构；

3、 帮助学生培养综合运用能力；

4、 是课堂教学的有益补充。

1.2内容要求

设计内容：

1、械手机构总体方案设计

2、手架的结构设计

3、液压、气压或电气系统设计

机械手动作要求是：手架能作任何角度的伸缩和转动。

各动作由液压、气压驱动，电磁阀控制。

手架承重不小于10kg。

1.3工业手简图

工业机械手的动作简图如下图：

本任务设计的是机械手手臂伸缩部分，设计部分如下简图：

臂部液压缸设计

手臂部是机械手的主要执行部件,其作用是支承手部，主要用来改变刀具的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。

设计时注意的问题

手臂部的运动和结构形式对机械手的工作性能有着较大的影响。设计时应注意下列几点：

（1）刚度要好 要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸。实践证明，空心杆比实心杆刚度大得多。常用钢管作臂部和导向杆，用工字钢和槽钢作支承板，以保证有足够的刚度。

（2）偏重力矩要小 偏重力矩是指臂部的总重量对其支承或回转轴所产生的力矩。它对臂部的升降运动和转动，均将产生影响，设计时应使臂部各部分的质量分布合理，

以减少其偏重力

矩。

（3）重量要轻，惯量要小 由于机械手在高速情况下经常起停和换向，为了减少在运动状态变化时所产生的冲击，必须采取有效的缓冲装置外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。

（4）导向性要好 为了防止臂部在直线移动中沿运动轴线发生相对转动，以保证手部的正确方向和准确定位，必须有导向装置。其结构应根据臂部的安装形式、抓取重量和运动行程等因素来确定。

2.1臂部受力计算

手臂的行程为400mm.速度为200mm/s,起动和制动的时间为0.2s

水平伸缩直线运动油缸驱动力P的计算

为了提高伸缩杆的稳定性，采用圆柱面双导杆。导杆对称配置在油缸两侧的水平伸缩缸，起动时，导向装置处的摩擦阻力较大，由于导向杆对称配置，两导向杆的受力均衡，可按一个导向杆计算。根据受力平衡有：

GL4000.1200N a0.2

GLGRbRaRaG400200600N aGLRbaRb

2La2200100Pm＝G总0.18400360N a100

G参与运动的零部件的总重量（包括工件）400N

当量摩擦系数0.18

Pgm导向杆的摩擦阻力

Pam,Pbm分别为a,b杆的摩擦阻力

Ra，Rb 分别为导向套左右端的受力

a 导向套的长度200mm

L工件重心距离导向套的长度100mm

2.2臂部油缸驱动力计算

1)手臂水平伸缩时:

P驱=P摩+P惯(公斤力)

式中 P驱—驱动力

P摩—摩擦力(包括手臂伸缩导轨间、导向杆间和

密封装置处的摩擦阻力,公斤力)

P惯—手臂在启动过程中的惯性力,其大小可按

下式近似计算:

P惯=G伸×V/g ×t(公斤力)

式中 G伸—随同手臂伸缩部件总重量(公斤力)

G—重力加速度(m/s2)

V—手臂的工作速度(m/s)

T—起动过程所用时间(秒)

2)手臂升降时:

P驱=P摩+P惯+G升(公斤力)

式中 G升—随同手臂升降部件总重量(公斤力)

3)手臂水平左右摆动时:

M驱= M摩+M惯(公斤力×米)

式中 M驱—驱动力矩(公斤力×米)

M摩—摩擦力矩(包括转轴支撑处和密封装置

处的摩擦阻力矩, 公斤力×米)

M惯—手臂在起动过程中的惯性力矩.可按下

式计算: M惯=J×w/t(公斤力×米)

式中 J—随同手臂摆动部件对转轴的转动惯量

W—手臂摆动的角速度（1/秒）

2.3臂部活塞杆的稳定性校核

由于所选活塞杆的长度L10d，所以不但要校核强度校核，还要进行稳定性校核。综合考虑活塞杆的材料选择45钢。 参考《机械设计手册单行本》

由《液压气动技术手册》

稳定性校核：

由公式 FP0 ≤

式中 FP0— 活塞杆承受的最大轴向压力（N）；

FP0=1633N

FK — 纵向弯曲极限力（N）；

nK — 稳定性安全系数，一般取1.54。综合考虑选

取2

K—活塞杆横截面回转半径，对于实心杆K=d/4

代入数据 K =25/4=6.25mm

由于细长杆比 ≥ 85

实心圆杆： J = 即 FK =

式中 L— 气缸的安装长度 ；

m— 末端系数；选择固定—自由 m = 1/4

E— 材料弹性模量，钢材 E = 2.1 10 Pa ；

J— 活塞杆横截面惯性矩（m）；

d— 活塞杆的直径（m）；

411

L— 气缸的安装长度为活塞杆的长度为961mm

代入数据得 FK =2.685

因为

= 1.34 N FP0 所以活塞杆的稳定性满足条件

2.4臂部缸体的螺栓链接计算

确定油缸缸筒与缸盖采用螺栓连接，此种方式能够使液压缸

紧凑牢固。在这种链接中，每个螺栓在危险剖面上承受的拉力Q0为工作载荷Q和剩余预紧力Qs'之和，即：

Q0QQs'

QP Z

Q：工作载荷（N）

P：缸盖受到的合成液压力，即驱动力（N）

Z：螺栓数目

Qs'：剩余预紧力，Qs'KQ,K1.5~1.8

则螺栓

合1.3Q0d12[],[]s,s为螺栓材料的屈服强度n

4

n为安全系数，n1.2~2.5

取螺栓公称直径为6 数目4 安全系数2 k=1.8

QP20.5MPa Z4

Qs'KQ1.80.50.75MPa

[]s2351.17MPa n2

Q0QQs'0.50.91.4MPa

合1.3Q01.31.40.6MPa[] 23.146

4d12

4

所以，满足强度条件。

臂部液压传动与控制系统计设

3.1臂部伸缩油缸

压缸内径D1=63mm,半径R=31.5mm的液压缸的尺寸满足使用

要求即可,设计使用压强P0.4MPa, 则驱动力：

FPR2

0.41063.140.03152 1246(N)

2．测定手腕质量为50kg,设计加速度a10(m/s)，则惯性力：

F1ma

5010 500(N)

3.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数k0.2,

Fmk.F1

0.2500 100(N)

 总受力F0F1Fm

500100 600(N)

F0

F

图5 伸缩油缸工况图（缩回过程）

3.2液压元件的计算和选择

液压泵是标准件，其选择依据是额定压力和流量。 1）小泵

当手臂回转、手腕回转、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵供油。

手臂回转时，液压马达的额定压力为10MPa，流量为

qt

=nV=1800×18.2=32.8L/min

手腕回转时，液压马达的额定压力为10 MPa,流量为

qt

=nV=1800×10.9=19.6L/min

手指松紧时，液压缸的工作压力为10 MPa，流量为qt=



232

A1Vmax=4D×Vmax=4×0.04×3×10=3.76L/min

定位缸工作时, 液压缸的工作压力为4 MPa，流量为qt=



322

A1Vmax=4D×Vmax=4×0.02×3×10=0.94L/min

实际流量：qp=K1×qmax=1.1×32.8=36.08L/min 实际压力：pp=K2×pmax=1.1×10=11 MPa 查《机械设计手册》p17130选CB-30型液压泵。 工作时液压泵所需的最大功率为：

pqp

pw

=

1110636.08103

=0.860

=8.27KW

查《机械零件手册》p274选Y160M型电机。 2）大泵

当手臂伸缩、手臂升降时，大、小泵同时供油。

手臂升降时，液压缸工作压力为4 MPa，流量为qt=



232VV0.0410maxmaxD441A=×=××36×=45.2L/min。

手臂伸缩时，液压缸工作压力为4 MPa，流量为qt=



232

A1Vmax=4D×Vmax=4×0.01×12×10=0.94L/min

实际流量：qp=K1×qmax=1.1×45.2=49.72L/min 实际压力：pp=K2×pmax=1.1×4=4.4 MPa 查《机械设计手册》p17130选CB-50型液压泵。 工作时液压泵所需的最大功率为：

pqp

pw

=

1110649.72103

=0.860

=11.39KW

查《机械零件手册》p274选Y160L型电机。 泵的计算结果：

3.3臂部液压原件及工作原理

表1械手所用液压元件表

液压工作原理图

PLC控制系统设计 4.1机械手可编程顺序控制

不论自动电气控制装置复杂程度如何，对于生产线及各种功能的机械手来说，一般都要求电气控制系统按照预先规定的动作顺序依次进行顺序控制。

可编程控制方式是指机械手的动作程序采用软，硬的手段，加以改变或重新编排，以适应不同作业循环的需要。特别对于通

用工业机械手尤为重要。如甲作业要求机械手的动作顺序为

1-2-3-4；乙作业要求1-4-3-2；丙作业要求1-3-2-4.为此，可采用各种不同顺序控制器直接给定或改变程序。

可编程控制器控制器又称可编程逻辑控制器PLC,是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理为核心用数字控制的专用计算机。

根据机械手的控制方法采用液压控制制和电气控制相结合的方法来操纵机械手。通过电气控制液压系统中的液压元件从而来控制机械手各个部位的运动。电气控制通过可编程序控制器，用编程语言来使控制器发出指令，进而控制运动。

常见的编程表达方式有：继电器梯形图，逻辑功能图，功能流程图，逻辑代数表达式，指令语句。

液压机械手的工作流程如下：

（1） 当按下机械手启动按钮之后，首先立柱右转电磁阀

通电，机械手右转，至右限位开关动作。

（2） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动

作。

（3） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关

动作。

（4） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆

时针转限位开关动作。

（5） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动

作。

（6） 手爪抓紧电磁阀通电，手爪抓紧，至限位开关动作。 （7） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动

作。

（8） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆

时针转限位开关动作。

（9） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。 （10） 立柱左转电磁阀通电，机械手左转，至左限位开关

动作。

（11） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关

动作。

（12） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆

时针转限位开关动作。

（13） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动

作。

（14） 手爪松开电磁阀通电，手爪松开，至限位开关动作。 （15） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。

完成一次循环，然后重复以上循环动作。

（16） 按下停止按钮或停电时，机械手停止在现行的工步

上，重新启动时，机械手按上一工步继续工作。

图7-1机械手自动控制工作流程框

图

7.3.3 I/0分配

根据系统输入输出点的数目，选用OMRON C28P型PC，它有16个输入点，

标号为0000-0015; 12个输出点，标号为0500-0511.如表7-1所示。

其它地址分配：

1、 夹紧定时器:T1,定时5s 2、 放松定时器:T2，定时5s 3、 自动方式标志:M0.0 4 、单动方式标志:M0.1

5、 手动方式标志:M0.2 6、 结束标志:M0.5 4.2机械手PLC控制梯形图

根据机械手的逻辑时序图及1/0分配，可以画出控制梯形图。控制梯形图可分为子程序部分和主程序部分。

子程序部分包括：自动方式控制梯形图（7-2）和手动方式控制梯形图（7-3）。

1． 自动控制方式梯形图如下：

2.手动控制方式梯形图如下：

图7-3手动控制方式梯形

图

3.主程序梯形图如图7-4所示：

图7-4主程序梯形图

参 考 文 献

[1] 重庆市科技局，第一机械工业机械部第三设计院.工业机械手[M]，重庆市科技局，第一机械工业机械部第三设计院出版，1977.

[2] 上海市第一机电工业局科技组情报站.工业机械手资料选编

[M],上海：第一机械工业部情报所，1974.

[3] 机械工程手册编辑委员会.机械工程手册:试用本.第53篇,工厂运输[M],北京：机械工业出版社, 1979.

[4] 上海市电动工具研究所.国外工业机械手及其应用[M]，上海科学技术情报研究所，1978.

[5] 沈阳市机床工业公司七·二一大学.工业机械手[M],北京：辽宁人民出版社，1979.

[6] 徐灏.机械设计手册[M],北京：机械工业出版社, 2003.

[7] 李允文.工业机械手设计[M] ,北京：机械工业出版社，1996.

[8] 天津大学工业机械手设计基础编写组.工业机械手设计基础

[M]，天津科学技术出版社，1980.

总结

通过此次课程设计,暴露出了平时学习当中存在的问题:学习不够深入,了解不透彻,导致在做课程设计的过程中,经常对一些基本的知识点弄混.这次课程设计是毕业设计前最后的一次练兵,对我来说非常有意义,在没做课程设计之前,我以为做这次设计就是小意思,没想到做了之后才发现,很多的知识都已经忘到了

脑后,看到一个公式,一组数据,明明很熟悉,可就是想不起在哪本参考书,哪本手册.通过了这次课程设计,我对古人的一句话有了更深的理解”学而时习之,不亦悦乎”,

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1 机械手设计任务书 .............................. 错误！未定义书签。

1.1 设计目的 ........................................ 错误！未定义书签。

1.2 本课题的内容和要求 ................... 错误！未定义书签。

1.3 工业机械手简图.............................................................. 3 2 臂部液压缸设计 .................................. 错误！未定义书签。

2.1 臂部受力计算 .................................................................. 5

2.2 臂部油缸驱动力计算 ..................................................... 6

2.3 臂部活塞杆的稳定性校核 ............................................. 7

2.4 臂部缸体的螺栓链接计算 ............................................. 8

3 臂部液压传动与控制系统计设 .......................................... 10

3.1 臂部伸缩油缸 ................................................................ 10

3.2 液压元件的计算和选择 ............................................... 11

3.3 臂部液压原件及工作原理 ........................................... 13

4 PLC控制系统设计 .............................................................. 14

4.1 机械手可编程顺序控制 ............................................... 14

4.2 机械手PLC控制梯形图 .............................................. 18

5 参 考 文 献 ........................................................................ 23

6 总结 ...................................................................................... 23

机械手设计任务书

1.1设计目的：

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。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。

机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械计、制造行业的人才而开设的专业。而工业机械手课程设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。

工业机械手的设计涉及：机械设计原理、液压、气压、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。 设计目的：

1、 培养学生的机械设计能力；

2、 扩展学生的知识结构；

3、 帮助学生培养综合运用能力；

4、 是课堂教学的有益补充。

1.2内容要求

设计内容：

1、械手机构总体方案设计

2、手架的结构设计

3、液压、气压或电气系统设计

机械手动作要求是：手架能作任何角度的伸缩和转动。

各动作由液压、气压驱动，电磁阀控制。

手架承重不小于10kg。

1.3工业手简图

工业机械手的动作简图如下图：

本任务设计的是机械手手臂伸缩部分，设计部分如下简图：

臂部液压缸设计

手臂部是机械手的主要执行部件,其作用是支承手部，主要用来改变刀具的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。

设计时注意的问题

手臂部的运动和结构形式对机械手的工作性能有着较大的影响。设计时应注意下列几点：

（1）刚度要好 要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸。实践证明，空心杆比实心杆刚度大得多。常用钢管作臂部和导向杆，用工字钢和槽钢作支承板，以保证有足够的刚度。

（2）偏重力矩要小 偏重力矩是指臂部的总重量对其支承或回转轴所产生的力矩。它对臂部的升降运动和转动，均将产生影响，设计时应使臂部各部分的质量分布合理，

以减少其偏重力

矩。

（3）重量要轻，惯量要小 由于机械手在高速情况下经常起停和换向，为了减少在运动状态变化时所产生的冲击，必须采取有效的缓冲装置外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。

（4）导向性要好 为了防止臂部在直线移动中沿运动轴线发生相对转动，以保证手部的正确方向和准确定位，必须有导向装置。其结构应根据臂部的安装形式、抓取重量和运动行程等因素来确定。

2.1臂部受力计算

手臂的行程为400mm.速度为200mm/s,起动和制动的时间为0.2s

水平伸缩直线运动油缸驱动力P的计算

为了提高伸缩杆的稳定性，采用圆柱面双导杆。导杆对称配置在油缸两侧的水平伸缩缸，起动时，导向装置处的摩擦阻力较大，由于导向杆对称配置，两导向杆的受力均衡，可按一个导向杆计算。根据受力平衡有：

GL4000.1200N a0.2

GLGRbRaRaG400200600N aGLRbaRb

2La2200100Pm＝G总0.18400360N a100

G参与运动的零部件的总重量（包括工件）400N

当量摩擦系数0.18

Pgm导向杆的摩擦阻力

Pam,Pbm分别为a,b杆的摩擦阻力

Ra，Rb 分别为导向套左右端的受力

a 导向套的长度200mm

L工件重心距离导向套的长度100mm

2.2臂部油缸驱动力计算

1)手臂水平伸缩时:

P驱=P摩+P惯(公斤力)

式中 P驱—驱动力

P摩—摩擦力(包括手臂伸缩导轨间、导向杆间和

密封装置处的摩擦阻力,公斤力)

P惯—手臂在启动过程中的惯性力,其大小可按

下式近似计算:

P惯=G伸×V/g ×t(公斤力)

式中 G伸—随同手臂伸缩部件总重量(公斤力)

G—重力加速度(m/s2)

V—手臂的工作速度(m/s)

T—起动过程所用时间(秒)

2)手臂升降时:

P驱=P摩+P惯+G升(公斤力)

式中 G升—随同手臂升降部件总重量(公斤力)

3)手臂水平左右摆动时:

M驱= M摩+M惯(公斤力×米)

式中 M驱—驱动力矩(公斤力×米)

M摩—摩擦力矩(包括转轴支撑处和密封装置

处的摩擦阻力矩, 公斤力×米)

M惯—手臂在起动过程中的惯性力矩.可按下

式计算: M惯=J×w/t(公斤力×米)

式中 J—随同手臂摆动部件对转轴的转动惯量

W—手臂摆动的角速度（1/秒）

2.3臂部活塞杆的稳定性校核

由于所选活塞杆的长度L10d，所以不但要校核强度校核，还要进行稳定性校核。综合考虑活塞杆的材料选择45钢。 参考《机械设计手册单行本》

由《液压气动技术手册》

稳定性校核：

由公式 FP0 ≤

式中 FP0— 活塞杆承受的最大轴向压力（N）；

FP0=1633N

FK — 纵向弯曲极限力（N）；

nK — 稳定性安全系数，一般取1.54。综合考虑选

取2

K—活塞杆横截面回转半径，对于实心杆K=d/4

代入数据 K =25/4=6.25mm

由于细长杆比 ≥ 85

实心圆杆： J = 即 FK =

式中 L— 气缸的安装长度 ；

m— 末端系数；选择固定—自由 m = 1/4

E— 材料弹性模量，钢材 E = 2.1 10 Pa ；

J— 活塞杆横截面惯性矩（m）；

d— 活塞杆的直径（m）；

411

L— 气缸的安装长度为活塞杆的长度为961mm

代入数据得 FK =2.685

因为

= 1.34 N FP0 所以活塞杆的稳定性满足条件

2.4臂部缸体的螺栓链接计算

确定油缸缸筒与缸盖采用螺栓连接，此种方式能够使液压缸

紧凑牢固。在这种链接中，每个螺栓在危险剖面上承受的拉力Q0为工作载荷Q和剩余预紧力Qs'之和，即：

Q0QQs'

QP Z

Q：工作载荷（N）

P：缸盖受到的合成液压力，即驱动力（N）

Z：螺栓数目

Qs'：剩余预紧力，Qs'KQ,K1.5~1.8

则螺栓

合1.3Q0d12[],[]s,s为螺栓材料的屈服强度n

4

n为安全系数，n1.2~2.5

取螺栓公称直径为6 数目4 安全系数2 k=1.8

QP20.5MPa Z4

Qs'KQ1.80.50.75MPa

[]s2351.17MPa n2

Q0QQs'0.50.91.4MPa

合1.3Q01.31.40.6MPa[] 23.146

4d12

4

所以，满足强度条件。

臂部液压传动与控制系统计设

3.1臂部伸缩油缸

压缸内径D1=63mm,半径R=31.5mm的液压缸的尺寸满足使用

要求即可,设计使用压强P0.4MPa, 则驱动力：

FPR2

0.41063.140.03152 1246(N)

2．测定手腕质量为50kg,设计加速度a10(m/s)，则惯性力：

F1ma

5010 500(N)

3.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数k0.2,

Fmk.F1

0.2500 100(N)

 总受力F0F1Fm

500100 600(N)

F0

F

图5 伸缩油缸工况图（缩回过程）

3.2液压元件的计算和选择

液压泵是标准件，其选择依据是额定压力和流量。 1）小泵

当手臂回转、手腕回转、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵供油。

手臂回转时，液压马达的额定压力为10MPa，流量为

qt

=nV=1800×18.2=32.8L/min

手腕回转时，液压马达的额定压力为10 MPa,流量为

qt

=nV=1800×10.9=19.6L/min

手指松紧时，液压缸的工作压力为10 MPa，流量为qt=



232

A1Vmax=4D×Vmax=4×0.04×3×10=3.76L/min

定位缸工作时, 液压缸的工作压力为4 MPa，流量为qt=



322

A1Vmax=4D×Vmax=4×0.02×3×10=0.94L/min

实际流量：qp=K1×qmax=1.1×32.8=36.08L/min 实际压力：pp=K2×pmax=1.1×10=11 MPa 查《机械设计手册》p17130选CB-30型液压泵。 工作时液压泵所需的最大功率为：

pqp

pw

=

1110636.08103

=0.860

=8.27KW

查《机械零件手册》p274选Y160M型电机。 2）大泵

当手臂伸缩、手臂升降时，大、小泵同时供油。

手臂升降时，液压缸工作压力为4 MPa，流量为qt=



232VV0.0410maxmaxD441A=×=××36×=45.2L/min。

手臂伸缩时，液压缸工作压力为4 MPa，流量为qt=



232

A1Vmax=4D×Vmax=4×0.01×12×10=0.94L/min

实际流量：qp=K1×qmax=1.1×45.2=49.72L/min 实际压力：pp=K2×pmax=1.1×4=4.4 MPa 查《机械设计手册》p17130选CB-50型液压泵。 工作时液压泵所需的最大功率为：

pqp

pw

=

1110649.72103

=0.860

=11.39KW

查《机械零件手册》p274选Y160L型电机。 泵的计算结果：

3.3臂部液压原件及工作原理

表1械手所用液压元件表

液压工作原理图

PLC控制系统设计 4.1机械手可编程顺序控制

不论自动电气控制装置复杂程度如何，对于生产线及各种功能的机械手来说，一般都要求电气控制系统按照预先规定的动作顺序依次进行顺序控制。

可编程控制方式是指机械手的动作程序采用软，硬的手段，加以改变或重新编排，以适应不同作业循环的需要。特别对于通

用工业机械手尤为重要。如甲作业要求机械手的动作顺序为

1-2-3-4；乙作业要求1-4-3-2；丙作业要求1-3-2-4.为此，可采用各种不同顺序控制器直接给定或改变程序。

可编程控制器控制器又称可编程逻辑控制器PLC,是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理为核心用数字控制的专用计算机。

根据机械手的控制方法采用液压控制制和电气控制相结合的方法来操纵机械手。通过电气控制液压系统中的液压元件从而来控制机械手各个部位的运动。电气控制通过可编程序控制器，用编程语言来使控制器发出指令，进而控制运动。

常见的编程表达方式有：继电器梯形图，逻辑功能图，功能流程图，逻辑代数表达式，指令语句。

液压机械手的工作流程如下：

（1） 当按下机械手启动按钮之后，首先立柱右转电磁阀

通电，机械手右转，至右限位开关动作。

（2） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动

作。

（3） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关

动作。

（4） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆

时针转限位开关动作。

（5） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动

作。

（6） 手爪抓紧电磁阀通电，手爪抓紧，至限位开关动作。 （7） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动

作。

（8） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆

时针转限位开关动作。

（9） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。 （10） 立柱左转电磁阀通电，机械手左转，至左限位开关

动作。

（11） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关

动作。

（12） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆

时针转限位开关动作。

（13） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动

作。

（14） 手爪松开电磁阀通电，手爪松开，至限位开关动作。 （15） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。

完成一次循环，然后重复以上循环动作。

（16） 按下停止按钮或停电时，机械手停止在现行的工步

上，重新启动时，机械手按上一工步继续工作。

图7-1机械手自动控制工作流程框

图

7.3.3 I/0分配

根据系统输入输出点的数目，选用OMRON C28P型PC，它有16个输入点，

标号为0000-0015; 12个输出点，标号为0500-0511.如表7-1所示。

其它地址分配：

1、 夹紧定时器:T1,定时5s 2、 放松定时器:T2，定时5s 3、 自动方式标志:M0.0 4 、单动方式标志:M0.1

5、 手动方式标志:M0.2 6、 结束标志:M0.5 4.2机械手PLC控制梯形图

根据机械手的逻辑时序图及1/0分配，可以画出控制梯形图。控制梯形图可分为子程序部分和主程序部分。

子程序部分包括：自动方式控制梯形图（7-2）和手动方式控制梯形图（7-3）。

1． 自动控制方式梯形图如下：

2.手动控制方式梯形图如下：

图7-3手动控制方式梯形

图

3.主程序梯形图如图7-4所示：

图7-4主程序梯形图

参 考 文 献

[1] 重庆市科技局，第一机械工业机械部第三设计院.工业机械手[M]，重庆市科技局，第一机械工业机械部第三设计院出版，1977.

[2] 上海市第一机电工业局科技组情报站.工业机械手资料选编

[M],上海：第一机械工业部情报所，1974.

[3] 机械工程手册编辑委员会.机械工程手册:试用本.第53篇,工厂运输[M],北京：机械工业出版社, 1979.

[4] 上海市电动工具研究所.国外工业机械手及其应用[M]，上海科学技术情报研究所，1978.

[5] 沈阳市机床工业公司七·二一大学.工业机械手[M],北京：辽宁人民出版社，1979.

[6] 徐灏.机械设计手册[M],北京：机械工业出版社, 2003.

[7] 李允文.工业机械手设计[M] ,北京：机械工业出版社，1996.

[8] 天津大学工业机械手设计基础编写组.工业机械手设计基础

[M]，天津科学技术出版社，1980.

总结

通过此次课程设计,暴露出了平时学习当中存在的问题:学习不够深入,了解不透彻,导致在做课程设计的过程中,经常对一些基本的知识点弄混.这次课程设计是毕业设计前最后的一次练兵,对我来说非常有意义,在没做课程设计之前,我以为做这次设计就是小意思,没想到做了之后才发现,很多的知识都已经忘到了

脑后,看到一个公式,一组数据,明明很熟悉,可就是想不起在哪本参考书,哪本手册.通过了这次课程设计,我对古人的一句话有了更深的理解”学而时习之,不亦悦乎”,