第4章 驱动控制系统
根据油泵凸轮轴自动线的加工工艺和对机械手的实际功能要求，确定本设计的机械手主要需要完成工件抓取、上下伸缩、左右摆动和前后平移等动作。
2. 液压系统原理图设计
本机械手的液压系统原理图如图4-1所示。
油泵采用YBP-40型限压式变量叶片泵，额定流量为40升/分，驱动电动机的功率是4千瓦。系统的工作压力用溢流阀Y-63B和减压阀J-63B来调节，各油缸的运动速度用节流阀L-63B或L-10B来调节。
图 4-1液压系统原理图
3. 液压系统电磁阀动作顺序表
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表4-1 液压系统电磁阀动作顺序表
动作顺序 手臂下降 （抓取工件） 手臂上升 手臂右移 手臂前进 手臂左移 手臂下降 （松开工件） 手臂上升 手臂右移 手臂后退 手臂左移 复位卸荷 1DT + 2DT + 3DT + + 4DT + + 5DT + + 6DT + + 4. 液压系统工作原理 （1）手臂下降
手臂左移到适当位置，行程开关发讯，电磁铁Y6断电、Y3带电，阀6DT关闭、3DT开通。油液经溢流阀J-63B和阀3DT至上下伸缩油缸上腔，推动手臂下降。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B →阀3DT → 上下伸缩油缸上腔。 （2）手臂上升
手臂下降到工件位置并靠惯性力抓取工件后，行程开关发讯，电磁铁Y3断电、Y4带电，阀3DT关闭、4DT开通。油液经溢流阀J-63B和阀4DT至上下伸缩油缸下腔，推动手臂上升。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B →阀4DT → 上下伸缩油缸下腔。 （3）手臂右移
手臂上升到适当位置，行程开关发讯，电磁铁Y4断电、Y5带电，阀4DT关闭、5DT开通。油液经溢流阀J-63B和单向阀5DT至左右平移油缸左腔，推动手臂右移。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B → 单向阀5DT → 左右平移油缸左腔。 （4）手臂前进
抓取工件后手臂上升到适当位置，行程开关发讯，电磁铁Y4断电、Y2带电，阀4DT关闭、2DT开通。油液经溢流阀J-63B和阀2DT至前后平移油缸后腔，推动手臂快进。
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第4章 驱动控制系统
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B →阀2DT → 前后平移油缸后腔。 （5）手臂左移
按下总按钮QA和QA1，继电器J1带电，油泵开动。然后按下启动按钮QA2，电磁铁Y6带电，使单向阀6DT开通。油液经溢流阀J-63B和单向阀6DT至左右平移油缸右腔，推动手臂左移。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B → 单向阀6DT → 左右平移油缸右腔。 （6）手臂下降
手臂快进到适当位置，行程开关发讯，电磁铁Y2和 Y7均断电、Y3带电，阀2DT和7DT关闭、3DT开通。油液经溢流阀J-63B和阀3DT至上下伸缩油缸上腔，推动手臂下降。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B →阀3DT → 上下伸缩油缸上腔。 （7）手臂上升
手臂下降到适当位置，松开工件。电磁铁Y37断电、Y4带电，阀3DT关闭、4DT开通。油液经溢流阀J-63B和阀4DT至上下伸缩油缸下腔，推动手臂上升。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B →阀4DT → 上下伸缩油缸下腔。 （8）手臂右移
手臂上升到适当位置，行程开关发讯，电磁铁Y4断电、Y5带电，阀4DT关闭、5DT开通。油液经溢流阀J-63B和单向阀5DT至左右平移油缸左腔，推动手臂右移。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B → 单向阀5DT → 左右平移油缸左腔。 （9）手臂后退
手臂右移到适当位置，行程开关发讯，电磁铁Y5断电、Y1带电，阀5DT关闭、1DT开通。油液经溢流阀J-63B和阀1DT至前后平移油缸前腔，推动手臂快退。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B →阀1DT → 前后平移油缸前腔。 （10）手臂左移
按下总按钮QA和QA1，继电器J1带电，油泵开动。然后按下启动按钮QA2，电磁铁Y6带电，使单向阀6DT开通。油液经溢流阀J-63B和单向阀6DT至左右平移油缸右腔，推动手臂左移。
进油路：油泵 → 溢流阀J-63B → 单向阀6DT → 左右平移油缸右腔。 （11）复位卸荷
手臂慢退到位后，启动行程开关，电磁铁Y1和Y7断电，阀1DT关闭。此时，油泵卸荷，机械手动作循环结束，等待下一个循环。
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4.5 压缸主要参数的确定
针对本设计是一个机械手的特点考虑，机械手系统的刚度及其稳定性是很重要的。因此，先从刚度角度进行液压缸缸径的选择，以尽量优先保证机械手的结构和运动的稳定性、安全性。至于液压缸的工作压力和缸的工作速度，放在液压系统设计阶段，通过外部的液压回路、采用合适的调速回路和元件来实现。经过仔细分析，综合考虑各方面的因素，初步确定各液压缸的基本参数如下；
表4-2 机身水平液压缸参数
缸内径mm 50 壁厚mm 10 杆直径mm 30 行程mm 1800 工作压力MPa 1.5 因为机身水平液压缸的作用主要是实现伸缩直线运动这个运动形式，在其轴向上并不承受显性的工作载荷（因为手爪夹持工件，受力方向为垂直方向），轴向主要是克服摩擦力矩，其所受的载荷主要是径向载荷，载荷性质为弯矩，使其产生弯曲变形。而且因为机械手要求具有一定的柔性，机身水平液压缸活塞杆要求具有比较大的工作行程。同时具有比较大的弯矩和比较长的行程，这对液压缸的稳定性和刚度问题有较高的要求。
因此，在水平伸缩缸的设计上，一是增大其抗弯能力，二是通过合理的结构布局设计，使其具有尽量大的刚度。为了达到这个目的，设计中采用了导向杆机构，以满足长行程活塞杆的稳定性和导向问题。另一方面，为增大结构的刚度和稳定性，将两个导向杆与活塞杆布局成等边三角形的截面形式，以增大抗弯截面模量，也大大增加了液压缸的工作刚度。
表4-3 垂直液压缸参数
缸内径mm 40 壁厚mm 10 杆直径mm 21 行程mm 350 工作压力MPa 4
因为垂直液压缸所承受的载荷方式既有一定的轴向载荷，又存在着比较大的倾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作为液压执行元件，满足此处的驱动力要求是轻而易举的，要解决的关键问题仍然是它的结构设计能否有足够的刚度来抗倾覆，这个可以通过适当设计夹具，选择合适的夹持位置，使夹具体和工件的重心位于液压缸的轴线上从而较好的解决了这一问题。
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表 4-4左右移动液压缸参数
缸内径mm 40 壁厚mm 10 杆直径mm 21 行程mm 50 工作压力MPa 2
因为左右移动液压缸所承受的载荷方式既有一定的轴向载荷，又存在着比较大的倾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作为液压执行元件，满足此处的驱动力要求是轻而易举的，要解决的关键问题仍然是它的结构设计能否有足够的刚度来抗倾覆。这里同样采用了四个导轮承担下部载荷，较好的解决了这一问题。
4.6 液压元件的选择 4.6.1 动力元件——液压泵
液压泵是标准件，其选择依据是额定压力和流量。本机械手的液压泵采用YBP-40型限压式变量叶片泵，额定流量为40升/分，其驱动电动机的功率是4千瓦。其液压泵的计算如下：
（1）确定液压泵的实际工作压力
pp
pp?p1???p1 （4-3）
式中，p1-------计算工作压力，定为5MPa；
??p1------对于进油路采用调速阀的系统，可估为（0.5～1.5）MPa，这里取为1MPa。
因此，可以确定液压泵的实际工作压力为
pp?5?1?6MPa（2）确定液压泵的流量
qp?K?qmax （4-4）
（4-5）
式中，K------为泄露因数，取1.1； qmax------为机械手工作时最大流量
qmax??A?v经计算得 qmax=3.140L/min
（4-6）
带入式（4-）得 qp?1.1?3.140?3.454L/min （3）确定液压泵电机的功率
P工?2?pp?qmax60?? （4-7）
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