电气控制系统设计一． 1.机械手及其应用1．1机械手：模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置在工业生产中应 用的机械手被称为“工业机械手”它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安 全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺 寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移 动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手 的自由度 为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度自由度是机 械手设计的关 键参数自由 度越多，机械 手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂一般专用机械手有2〜3个自由度1.2机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1.可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率， 降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、 有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的而 应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件在一些动作简单但又重复作业的操作中， 以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故2． 可以减少人力，便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个 侧面因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于 有节奏地进行生产机械手的组成包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构2.1、手部 即与物件接触的部件由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部夹持式手部由手指（或手爪） 和传力机构所构 成手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型回转型手指结构简单，制造容易构件，故应用较 广泛平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜 夹持直径变化范围大的工件。
手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位（是外廓或是内孔）和物件的重量及尺寸常用的指形有平面的、V形面的和曲 面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务传力机构型式较常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、 齿轮齿条式、丝杠螺母多，式弹簧式和重力式等附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力（如吸盘内形成负压或产生电吸磁力）吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电 磁盘两类对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料造成负压的方式有气流负压式和真空泵式 对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电 磁铁产生用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定 此外，根据特殊需要，手部还有勺式（如浇铸机械手的浇包部分）、托式（如冷齿轮机床上下料机械手的手部）等型式2.2 、手腕 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿势）2.3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要 求将其搬运到指定的位置。
工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如油缸、气缸、齿轮 齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或电机等）相配合，以实 现手臂的各种运动手臂可能实现的运动如下:手臂运动基本运动复合运动 直线运动与回转运动的组合（即螺旋运动） 两直线运动的组合（即平面运动） 回转运动:如水平回转、左右摆动运动 直线运动:如伸缩、升降、横移运动 两回转运动的组合（即空间曲面运动） 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正 确方向运动此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启 动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式2.4、 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与 立柱有密切的联系机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即 称为可移式立柱2.5、 行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走 机构，以实现工业机械手的整机运动。
滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种驱动滚轮运 动则应另外增设机械传动装置2.6、 机座 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连 接的作用二、设计的任务（一）、基本情况介绍 机械手结构、动作与控制要求 机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以 实现生产自动化本设计中的机械手采用关节式结构各动作由液压驱动，并右电磁阀控制动 作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统机械手的结构如图 8-13 所示，主要由手指 1、手腕2、小臂3、和大臂5等几部分组成 料架 6 为旋转式，由料盘和棘轮机构组成每转动一定角度（由工件数决定）以保证待加工零 件 4 对准机械手机械手各动作与相应电磁阀动作关系如表 8-4 所示 以镗孔专用机床加工零件的上料、下料为例，机械手的动作顺序是：由原始位置将以加工好 的工件卸下，放回料架，等料架转过一定角后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔 加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环快/ 厂丁~r厂Mtt-、图 8-13 机械手的外形及其与料架的配置1- 手部 2-手腕 3-小臂 4-工件 5-大臂 6 料架（二）、拖动情况介绍 具体动作顺序是： 原始位置（装好工件等待加工位置，其状态是大手臂竖立，小手臂伸出并处于水平位置，手 腕很横移向右，手指松开）——手指夹紧（抓住卡盘上的工件）——松卡盘——手腕左移（从卡 盘上卸下已加工好的工件）——小手臂上摆——大手臂下摆——手指松开（工件放回料架）—— 小手臂收缩——料架转位——小手臂伸出——手指夹紧（抓住未加工零件）——大手臂上摆（取 送零件）——小手臂下摆——手腕右移（将工件装到机床的主轴卡盘中）——卡盘收紧——手指 松开，等待加工。
表 8-4 电磁阀状态表YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8YV9YV10YV11手指的夹 紧与放松夹 紧+放松+手腕横向 移动（左 右移动）左移+右移+小臂的伸 缩伸+缩+小臂上下 摆动上+下+摆大臂上下 摆动上+下++根据表8-4及各动作中机械的状态，便可自行列出各动作中对YV1-YV11线圈的通电要求2 、设计要求1） 加工中上料、下料各动作采用自动循环2） 各动作之间应有一定的延（由时间继电器调定）3） 机械手各部分应能单独动作，以便于调整及维修4） 油泵电机（采用Y100L2-4.3KW）及各电磁阀运行状态应有指示5） 应有必要的电气保护与联锁环节三、设计过程（一）、总体方案选择说明本设计中的机械手采用关节式结构，并右电磁阀控制动作顺序及各动作时间的间隔采用按 时间原则控制的电气控制系统原始位置（装好工件等待加工位置，其状态是大手臂竖立，小手臂伸出并处于水平位置， 手腕很横移向右，手指松开）——手指夹紧（抓住卡盘上的工件）——松卡盘——手腕左移（从 卡盘上卸下已加工好的工件）——小手臂上摆——大手臂下摆——手指松开（工件放回料架）— —小手臂收缩——料架转位——小手臂伸出——手指夹紧（抓住未加工零件）——大手臂上摆（取 送零件）——小手臂下摆——手腕右移（将工件装到机床的主轴卡盘中）——卡盘收紧——手指 松开，等待加工。
二）、控制方式选择根据要求选择用电气控制，由油泵电机（采用Y100L2-4.3KW）驱动，继电器，时间继电器， 限位开关控制三）、设计电气原理图电气控制设计图及继电器控制机械手电气控制系统工作流程图继电器控制YV1手指夹紧YV2手指放松YV3手腕左移YV4手腕右移YV5小臂伸出YV6小臂收缩YV7小臂上摆YV8小臂下摆YV9大臂上摆YV10大臂下摆限位开关SQ0手指夹紧限位开关SQ1手指放松限位开关SQ2手腕左移限位开关SQ3手腕右移限位开关SQ4小臂伸出限位开关SQ5小臂收缩限位开关SQ6小臂上摆限位开关SQ7小臂下摆限位开关SQ8大臂上摆限位开关SQ9大臂下摆限位开关（四）．编制元件明细及元件列表①熔断器：接于主线上，保护5台电动机：所以选择型号：RL1-60/50；②热继电器：分别安装在液压油泵电机和油泵冷却电机上，流过的电流为7.9A,选择型号：JR16-20/3（额定 电流为 11A） ；分别安装在左右刀具电动机上，流过电流为5.8A,所选型号：JR16-20/3（额定电流为7.2A③接触器：名称符号型号数量按钮SB1~SB2LA25-012个行程开关SQ0~SQ9LX32-1Q10熔断器FU1~FU7RL1-15/157接触器KM1~KM6CJ8-A06热继电器FR1~FR5JR16-20/35中间继电器KA1~KA12JZ51-2612时间继电器KT1~KT12JS14A121、主电路设计2、控制电路设计及按设计要求检查各动作程序，各种保护联锁等全部符合要求，绘制电气控 制纵原理图。
EM1/EM2KASU./KM1KM2£A5/£A2KM,KM3(Al 1KM葺EM4/SA7KM6■1KN5/KA6KM5生KM6/EM8 虫KM7/310KM7KM8/1A9KT10 生.KT9/kid.EM10KM9 乂/三、设计小结 通过此次机械手电气控制系统设计课程设计进一步了解和掌握了电气控制系统设计，并且自 学电气CAD,把课本中的知识熟练掌握后在现实中得到了应用把理论的知识进一步的升华设计中通过经验设计法对其电气控制系统进行本次设计，并选择电器元合理配置，使其达 到最优化其后,应用科学的计算方法选用各种型号的电器元件最后,对控制面板进行优化设 计参考文献[1] 吕厚余 邓力 工业电气控制技术北京：科学出版社, 2007 年[2] 王炳实. 机床电气控制.第三版. 北京：机械工业出版社, 2004年：[3] 王本轶. 机床设备控制基础. 北京：机械工业出版社, 2005年：[4] 丁树模. 液压传动. 北京：机械工业出版社, 2007年。