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1 绪论
随着科学的日新月异，自动化程度的要求越来越高，市场竞争也越激烈，人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定传送带为主的传统搬运方式，不但占用空间也不容易变更生产线结构，加上需要人力监督操作，增加了生产成本。为了减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性、降低生产成本，提高产品质量以及经济效益，机械手应运而生。
本设计通过对机械手的分析，设计一个由液压驱动，PLC控制的生产线传送机械手。
1.1 课题简介
可编程控制器（PLC）具有故障率低、程序改变容易、是用于工业生产环境、同现场控制电器连接方便等特点，在工业控制领域得到了广泛的应用。机械手是工业生产中使用比较普遍的设备，由于以前采用传统的继电-接触器控制系统，使得设备的故障率较高。使用PLC对电气系统进行改造设计，可以较大程度降低设备停机时间，进一步提高设备的工作效率。
本设计包括了机械制造及其自动化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、液压传动、机床电气控制、控制工程基础、机电一体化系统设计、PLC（可编程控制器）传感器等多门课程，将学过的诸多单科专业知识在这里得到全面的认识、综合应用和设计能力训练。
1.2课题研究的意义
由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断进步，对于工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作已无法满足工业自动化的要求，因此，必须利用先进的生产自动化机械来取代人的劳动，满足工业自动化的需要。其中机械手是其发展过程的重要产物之一，不仅提高了劳动生产的效率，还代替了人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说一举两得。在机械行业中，机械手得到了越来越广泛的应用，它可以用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上的使用更为普遍。目前，机械手已经发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要组成部分。将机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性非常强。但是目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有相当的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都
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是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有相当重要意义。
1.3 方案的确定
本次毕业设计的课题是由液压系统驱动和PLC系统控制的机械手。使用PLC和常用低压电器组成的自动控制系统，完成生产线传送机械手的控制过程。结合液压系统和PLC系统，对机械手的工艺流程进行设计，以实现机械手的自动、手动等控制。本次设计要求能顺利完成手指松夹、手臂伸缩、手腕回转、手臂升降和底座回转等动作。
首先，要设计出机械手的液压系统，经过计算选择每个液压元器件，以及各个回路的选用。通过计算算出液压缸的直径，液压泵的流量等问题。为下面的PLC程序设计做好准备工作。
然后是根据液压系统来设计出PLC的控制系统，写出I/O分配图并画出I/O接线图，根据输入输出点数来选择所用PLC的型号。确认了型号以后根据控制要求编写PLC梯形图，利用互锁和自锁等知识来实现回原点、手动、单步、单周期和连续等操作。回原点操作是按下回原点按钮手臂自动执行回原点的各项动作，没执行完一步才能进行下一步，直到回到给定的参考点。单步操作时每按一次启动按钮手臂执行一步，停止。
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2 液压系统设计
本课题设计的机械手为液压控制的，其工作原理是：液压泵推动液压缸进行工作，来实现手臂的回转、伸缩、升降，手腕的回转，以及手指的夹紧与松开。在此之前，机械手应先回原点，然后才能进行以上操作。回原点操作采用快速移动来实现。
图2-1 机械手实物图
生产线传送机械手的工作循环为：
手臂伸出→手臂下降→左手指夹紧→手臂上升→手腕逆转→手臂下降→右手指夹紧→手臂上升→手臂逆转→手臂下降→右手指松开→手臂上升→手腕顺转→手臂下降→左手指松开→手臂上升→手臂缩回→手臂顺转
2.1设计要求
通过本次设计掌握一般设备电气控制系统的设计过程和方法；独立完成控制系统构成设计，电气控制系统原理图和接线图；编制PLC程序并进行调试；使用CAD绘制相关技术图。
2.2 液压回路的选择[8]
（1）调压回路
调压回路的功能是调节和限制液压系统的最高工作压力，或者是执行机构在工作过程中的不同阶段实现多级压力的变换。多数情况下是由溢流阀来实现的。
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图2-2 调压回路
如图2-1为最基本的调压回路。当改变节流阀的开口来调节液压缸速度时，溢流阀始终工作溢流，使系统工作压力稳定在溢流阀调定压力的附近，当中溢流阀的作用是定压阀。如果系统中没有节流阀，溢流阀就作安全阀使用，当系统的工作压力达到或者超过溢流阀的调定压力时，溢流阀开启，对系统安全起保护作用。
（2） 卸荷回路
本次设计中采用三位换向阀卸荷回路，下图所示的为用中位机能为M、H、K型的换向阀来实现卸荷的回路。如果需要液压缸短时间停止工作，可将下图回路换向阀接入系统工作，则泵的输出油液经换向阀直接回油箱。这时候泵的出口压力下降，几乎为零，液压缸卸荷。
图2-3 卸载回路
（3） 减压回路
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在液压系统中，某一个元件或油路所需要的压力低于系统压力时，使用减压回路。该回路是为了保护手指松开时压力过大损坏手指。
图2-4 减压回路
最常见的减压回路是在所需低压的支路上串行定值减压阀，如图所示，回路中的单向阀用于当主油路压力低于减压阀的调定值时，防止液压缸的压力受其干扰，起短时保压作用。
（4） 平衡回路
平衡回路的功能是使执行元件的回油路上保持一定的背压值，以平衡重力负载，使之不会因自重而自行下滑。
其常见的有：使用单向顺序阀的平衡回路，使用液控单向阀的平衡回路，使用远控平衡阀的平衡回路。