工业机械手设计说明书

第一章引言1.1液压机械手概述液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。液压技术有以下优点:（1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；

（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；

（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；

（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；

（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；

（6）操纵控制简便，自动化程度高；

（7）容易实现过载保护。1.2液压机械手的设计要求1.2.2课题的设计要求本课题将要完成的主要任务如下:(1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。(2)选取机械手的座标型式和自由度。(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。(4)液压传动系统的设计本课题将设计出机械手的液压传动系统，包括液压元器件的选取，液压回路的设计，并绘出液压原理图。(5)机械手的控制系统的设计本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。1.3机械手的系统工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。控制系统控制系统（PLC）位置检测装置驱动系统位置检测装置驱动系统（液压传动）执行机构执行机构立柱手臂手腕手部立柱手臂手腕手部图1-1机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用液压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.(一)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。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在本课题中我们采用夹持式手部结构。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，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。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。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。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)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、液压缸、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、液压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。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。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。5、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)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、液压传动、机械传动。(三)控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。该机械手采用的是PLC程序控制系统，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(四)位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.第二章机械手的整体设计方案对液压机械手的基本要求是能快速、准确地拾-放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计液压机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.本次设计的机械手是通用液压上下料机械手（如图2-1所示），是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，动作强度大和操作单调频繁的生产场合。它可用于操作环境恶劣的场合。图2-1机械手的整体机械结构2.1机械手的座标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。（如图2-2所示）图2-2机械手的运动示意图2.2机械手的手部结构方案设计为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。2.3机械手的手腕结构方案设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转液压缸。2.4机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由液压缸来实现。2.5机械手的驱动方案设计由于液压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用液压传动方式。2.6机械手的控制方案设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。2.7机械手的主要技术参数=1\*CHINESENUM3一.机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用液压方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为5公斤。=2\*CHINESENUM3二.基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。（如图2-3所示）而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。该机械手最大移动速度设计为。最大回转速度设计为。平均移动速度为。平均回转速度为。机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为。手臂升降行程定为。定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为。=3\*CHINESENUM3三.用途:用于自动输送线的上下料。=4\*CHINESENUM3四．设计技术参数:1、抓重2、自由度数4个自由度3、座标型式圆柱座标4、最大工作半径5、手臂最大中心高6、手臂运动参数伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围回转速度7、手腕运动参数回转范围回转速度8、手指夹持范围棒料:9、定位方式行程开关或可调机械挡块等10、定位精度11、驱动方式液压传动12、控制方式点位程序控制(采用PLC)图2-3机械手的工作范围第三章手部结构设计3.1夹持式手部结构夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。3.1.1手指的形状和分类夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。3.1.2设计时考虑的几个问题(一)具有足够的握力(即夹紧力)在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。(二)手指间应具有一定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。(三)保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。(四)具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。(五)考虑被抓取对象的要求根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点，两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所示。3.1.3手部夹紧液压缸的设计1、手部驱动力计算本课题液压机械手的手部结构如图3-1所示：图3-1齿轮齿条式手部其工件重量G=5公斤，V形手指的角度，,摩擦系数为(1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为:(2)根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式:所以(3)实际驱动力:1、因为传力机构为齿轮齿条传动，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取时，则:所以所以夹持工件时所需夹紧液压缸的驱动力为。2、液压缸的直径本液压缸属于单向作用液压缸。根据力平衡原理，单向作用液压缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为:式中:-活塞杆上的推力，N-弹簧反作用力，N-液压缸工作时的总阻力，N-液压缸工作压力，Pa弹簧反作用按下式计算:Gf=式中:-弹簧刚度，N/m-弹簧预压缩量，m-活塞行程，m-弹簧钢丝直径，m-弹簧平均直径，.-弹簧有效圈数.-弹簧材料剪切模量，一般取在设计中，必须考虑负载率的影响，则:由以上分析得单向作用液压缸的直径:代入有关数据，可得所以:查有关手册圆整，得由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径校核，按公式有:其中，[]，则:满足实际设计要求。3、缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空液压力，必须有一定厚度。一般液压缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:式中:6-缸筒壁厚，mm-液压缸内径，mm-实验压力，取,Pa材料为:ZL3,[]=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为:第四章手腕结构设计4.1手腕的自由度手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕x轴转动回转运动才可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油(气)缸，因此我们选用回转液压缸。它的结构紧凑，但回转角度小于，并且要求严格的密封。4.2手腕的驱动力矩的计算4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩.图4-1所示为手腕受力的示意图。1.工件2.手部3.手腕图4-1手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算:式中:-驱动手腕转动的驱动力矩();-惯性力矩();-参与转动的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回转缸的动片)对转动轴线所产生的偏重力矩().-手腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩();下面以图4-1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算:1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M悦若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为，则:式中:-参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量;-工件对手腕转动轴线的转动惯量。若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量为:式中:-工件对过重心轴线的转动惯量:-工件的重量(N);-工件的重心到转动轴线的偏心距(cm),-手腕转动时的角速度(弧度/s);-起动过程所需的时间(s);—起动过程所转过的角度(弧度)。2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩M偏+()式中:-手腕转动件的重量(N);-手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距(cm)当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则.3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩()式中:，-转动轴的轴颈直径(cm);-摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承;,-处的支承反力(N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，根据,得:同理，根据(F),得:式中:-的重量(N),—如图4-1所示的长度尺寸(cm).4、转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。4.2.2回转液压缸的驱动力矩计算在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转液压缸，它的原理如图4-2所示，定片1与缸体2固连，动片3与回转轴5固连。动片封圈4把气腔分隔成两个.当压缩气体从孔a进入时，推动输出轴作逆时4回转，则低压腔的气从b孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶液压缸的压力P驱动力矩M的关系为:或4.2.3手腕回转缸的尺寸及其校核1.尺寸设计液压缸长度设计为,液压缸内径为=96mm,半径,轴径=26mm,半径,液压缸运行角速度=，加速度时间=0.1s,压强,则力矩：2.尺寸校核（1）测定参与手腕转动的部件的质量,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量：（）工件的质量为5,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量：假如工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心距，其转动惯量为:（2）手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为M偏，考虑手腕转动件重心与转动轴线重合，，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线,则：+（3）手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为，对于滚动轴承，对于滑动轴承=0.1，，为手腕转动轴的轴颈直径，,,,为轴颈处的支承反力，粗略估计,,4．回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。在此处估计为的3倍，3设计尺寸符合使用要求，安全。第五章手臂伸缩，升降，回转液压缸的尺寸设计与校核5.1手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核5.1.1手臂伸缩液压缸的尺寸设计手臂伸缩液压缸采用烟台液压元件厂生产的标准液压缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，液压缸用CTA型液压缸，尺寸系列初选内径为100/63，关于此液压缸的资料详情请参看烟台液压元件厂公司主页：/products.asp.5.1.2尺寸校核1.在校核尺寸时，只需校核液压缸内径=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,则驱动力：2．测定手腕质量为50kg,设计加速度，则惯性力：3.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数,总受力所以标准CTA液压缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。5.1.3导向装置液压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。5.1.4平衡装置在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩液压缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和液压缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。5.2手臂升降液压缸的尺寸设计与校核5.2.1尺寸设计液压缸运行长度设计为=118mm,液压缸内径为=110mm,半径R=55mm,液压缸运行速度，加速度时间=0.1s,压强p=0.4MPa,则驱动力：5.2.2尺寸校核1．测定手腕质量为80kg,则重力：2．设计加速度，则惯性力：3.考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数，总受力所以设计尺寸符合实际使用要求。5.3手臂回转液压缸的尺寸设计与校核5.3.1尺寸设计液压缸长度设计为,液压缸内径为,半径R=105mm,轴径半径,液压缸运行角速度=，加速度时间0.5s,压强,则力矩：5.3.2尺寸校核1．测定参与手臂转动的部件的质量,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量：（）考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数,总驱动力矩：设计尺寸满足使用要求。724DH-10-S1二位五通电磁滑阀1824D2H-10-S1二位五通电磁滑阀4924D2H-15-S1二位五通电磁滑阀110单向节流阀211LI-25单向节流阀212快速排气阀213气液转换器1各通行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调节，这种方法的特点是结构简单效果好。如平臂伸缩液压缸在接近液压缸处安装两个快速排气阀，可加快启动速度，也可调节全程的速度。升降液压缸采用气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器液压缸的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作液压缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作液压缸的尺寸，行程，速度计算出所需压缩空气流量，与选用的电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。第七章机械手的PLC控制系统设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。7.1可编程序控制器的选择及工作过程7.1.1可编程序控制器的选择目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATICN5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了OMRON公司的C28P型可编程序控制器。7.1.2可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段。第一阶段是初始化处理。可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时，CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。第二阶段是处理输入信号阶段。在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。第三阶段是程序处理阶段。当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。7.2可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行:(1)系统设计即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。(2)I/0分配即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。(3)画梯形图它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。(4)助记符机器程序相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。(5)编制程序即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。(6)调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件。(7)保存程序调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。7.3机械手可编程序控制器控制方案7.3.1控制系统的工作原理及控制要求1.控制对象为圆柱座标液压机械手。它的手臂具有三个自由度，即水平方向的伸、缩;竖直方向的上、下;绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。另外，其末端执行装置—机械手，还可完成抓、放功能。以上各动作均采用液压方式驱动，即用五个二位五通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个液压缸，使机械手完成伸、缩、上、下、旋转及机械手抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使液压缸的直线运动转化为旋转运动。这样，可用PLC的8个输出端与电磁阀的8个线圈相连，通过编程，使电磁阀各线圈按一定序列激励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作.如果欲改变机械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，则出错指示灯亮。2.控制要求为了满足生产需要，机械手应设置手动工作方式、单动工作方式和自动工作方式。（1）手动工作方式便于对设备进行调整和检修，设置手动工作方式。用按钮对机械手每一动作单独进行控制。（2）单动工作方式从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按下一次起动按钮，机械手完成一步的工作后，自动停止。（3）自动工作方式按下起动按钮，机械手从原点开始，按工序自动反复连续工作，直到按下停止按钮，机械手在完成最后一个周期的动作后，返回原点自动停机。7.3.2液压机械手的工作流程（如图7-1所示）液压机械手的工作流程如下：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。立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。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。立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。手爪抓紧电磁阀通电，手爪抓紧，至限位开关动作。立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。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。手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。立柱左转电磁阀通电，机械手左转，至左限位开关动作。手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。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。立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。手爪松开电磁阀通电，手爪松开，至限位开关动作。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。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。启动启动手腕收缩手腕收缩手爪松开立柱右转手爪松开立柱右转立柱下降立柱上升立柱下降立柱上升手腕逆时针转手臂伸长手腕逆时针转手臂伸长手臂伸长手腕逆时针转手臂伸长手腕逆时针转立柱左转立柱下降立柱左转立柱下降手腕收缩手爪抓紧手腕收缩手爪抓紧手腕逆时针转立柱上升手腕逆时针转立柱上升图7-1机械手自动控制工作流程框图7.3.3I/0分配 根据系统输入输出点的数目，选用OMRONC28P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5s2、放松定时器:T2，定时5s3、自动方式标志:M0.04、单动方式标志:M0.15、手动方式标志:M0.26、结束标志:M梯形图设计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）。自动控制方式梯形图如下：图7-2自动方式控制梯形图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主程序梯形图第八章结论1、本次设计的是液压通用机械手，相对于专用机械手，通用机械手的自由度可变，控制程序可调，因此适用面更广。2、采用液压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。3、通过对液压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统一规范。4、机械手采用PLC控制，具有可靠性高、改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC程序来实现。可以根据机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。致谢本文是在我尊敬的俞老师悉心指导下完成的。老师严谨的治学态度和精益求精的工作作风使我受益匪浅。在此，我首先向老师表示诚挚的感谢，并致以崇高的敬意!在课题的研究和开发阶段，得到了学校老师的大力支持和帮助，为我提供了许多有用的资料，在此一并向他们表示衷心的感谢。在日常生活和学习中，学校的各位老师，以及全体同学给与我大力支持和帮助，在此我向他们表示衷心的感谢。感谢父母、家人，感谢所有关心我的朋友和老师，感谢无锡职业技术学院的学习环境。2008年4日11日参考文献：1.张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，19882.蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术，2001,43.金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用，20014.王雄耀.近代液压机器人(液压机械手)的发展及应用.液压液压与密封，1999,55.严学高，孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，19926.机械设计师手册.北京:机械工业出版社，19867.黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，19818.成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社9.郑洪生.液压传动及控制.北京:机械工业出版社，198710.吴振顺.液压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，199511.徐永生.液压传动.北京:机械工业出版社，1990,5

附录资料：不需要的可以自行删除HYPERLINK电脑故障检测与维修方法电脑故障检测及维修方法软件调试的方法和建议1、操作系统方面。主要的调整内容是操作系统的启动文件、系统配置参数、组件文件、病毒等。修复操作系统启动文件。1)对于Windows9x系统，可用SYS命令来修复（要保证MSDOS.SYS的大小在1KB以上），但要求，在修复之前应保证分区参数是正确的。这可使用诸如DiskMap之类的软件实现；2)对于Windows2000/XP系统，有两种方法――修复启动文件，使用fixboot命令；修复主引导记录，使用fixmbr命令。调整操作系统配置文件。A.对于Windows9x系统，可用的工具很多，如：Msconfig命令、系统文件检查器、注册表备份和恢复命令（scanreg.exe，它要求在DOS环境下运行。另外如果要用scanreg.exe恢复注册表，最好使用所列出的恢复菜单中的第二个备份文件）等；B.对于Windows2000系统，可用的工具与Windows9x相比比较少，但某些调试命令可用Win98中的一些命令（如win98下的Msconfig命令，就可用在windows2000下）；C.对于WindowsXP系统，可用的工具主要是Msconfig命令；D.调整电源管理和有关的服务，可以使用的命令是，在“运行”文本框中输入gpedit.msc来进行；E.所有操作系统的调试，都可通过控制面板、设备管理器、计算机管理器（Windows9x系统无）来进行系统的调试。软件调试的方法和建议组件文件（包括.DLL、.VXD等）的修复A.通过添加删除程序来重新安装；B.通过从.CAB文件中提取安装；C.可用系统文件检查器（sfc.exe命令）来修复有错误的文件；D.从好的机器上拷贝覆盖。检查系统中的病毒。建议使用命令行方式下的病毒查杀软件，并能直接访问诸如NTFS分区软件调试的方法和建议2、设备驱动安装与配置方面。主要调整设备驱动程序是否与设备匹配、版本是否合适、相应的设备在驱动程序的作用下能否正常响应。A.最好先由操作系统自动识别（特别要求的除外，如一些有特别要求的显示卡驱动、声卡驱动、非即插即用设备的驱动等），而后考虑强行安装。这样有利于判断设备的好坏；B.如果有操作系统自带的驱动，则先使用，仍不能正常或不能满足应用需要，则使用设备自带的驱动；C.更换设备，应先卸载驱动再更换。卸载驱动，可从设备管理器中卸载；再从安全模式下卸载；进而在INF目录中删除；最后通过注册表卸载；D.更新驱动时，如直接升级有问题，须先卸载再更新。软件调试的方法和建议3、磁盘状况方面。检查磁盘上的分区是否能访问、介质是否有损坏、保存在其上的文件是否完整等。可用的调整工具：A.DiskMap，方便地找回正确的分区；B.Fdisk及Fdisk/MDR，检查分区是否正确及使主引导记录恢复到原始状态；C.当硬盘容量大于64GB时，如果要重新分区或查看分区，要求使用随机附带的磁盘分区软盘中的Fdisk命令。这个命令可用windowsMe下的Fdisk命令来代替；D.Format、Scandisk、厂商提供的磁盘检测程序，检查磁盘介质是否有坏道；E.文件不完整时，要求对不完整的文件先进行改名，再用在“操作系统方面”中所述的方法重建。软件调试的方法和建议4、应用软件方面。如应用软件是否与操作系统或其它应用有兼容性的问题、使用与配置是否与说明手册中所述的相符、应用软件的相关程序、数据等是否完整等；5、BIOS设置方面。1)在必要时应先恢复到最优状态。建议：在维修时先把BIOS恢复到最优状态（一般是出厂时的状态），然后根据应用的需要，逐步设置到合适值。2)BIOS刷新不一定要刷新到最新版，有时应考虑降低版本。软件调试的方法和建议6、重建系统。在硬件配置正确，并得到用户许可时，可通过重建系统的方法来判断操作系统之类软件故障，在用户不同意的情况下，建议使用自带的硬盘，来进行重建系统的操作。在这种情况下，最好重建系统后，逐步复原到用户原硬盘的状态，以便判断故障点。1)重建系统，须以一键恢复为主，其次是恢复安装，最后是完全重新安装。恢复安装的方法：对于Windows9x系统，直接从光盘安装，或执行tools\sysrec\pcrestor.bat，即可实现恢复安装。在进行恢复安装时，可能由于的存在而影响安装过程的正常进行，这时，可在Windows目录下，删除后，再重新安装。另一种恢复安装，是将根目录下的System.1st改名为System.dat后覆盖掉Windows目录下的同名文件，之后重启即可。但这种方法，不是真正意义上的重新安装，而类似于完全重新安装。对于WindowsXP或Windows2000系统，直接使用其安装光盘启动，在安装界面中选择修复安装，选择R时会出现两个选项：一是快速修复，对于简单问题用此选择；另一是故障修复台，只要选择正确的安装目录就可启用故障修复台。故障修复台界面类似于DOS界面。2)为保证系统干净，在安装前，执行Fdisk/MBR命令（也可用C）。必要时，在此之后执行Format<驱动器盘符>/u[/s]命令。3)一定要使用随机版的或正版的操作系统安装介质进行安装。引发硬件故障的原因1．硬件本身质量不佳。粗糙的生产工艺、劣质的制作材料、非标准的规格尺寸等都是引发故障的隐藏因素。由此常常引发板卡上元件焊点的虚焊脱焊、插接件之间接触不良、连接导线短路断路等故障。2．人为因素影响。操作人员的使用习惯和应用水平也不容小觑，例如带电插拔设备、设备之间错误的插接方式、不正确的BIOS参数设置等均可导致硬件故障。3．使用环境影响。这里的环境可以包括温度、湿度、灰尘、电磁干扰、供电质量等方面。每一方面的影响都是严重的，例如过高的环境温度无疑会严重影响设备的性能等等。4．其他影响。由于设备的正常磨损和硬件老化也常常引发硬件故障。检修硬件故障的原则1．先软件后硬件电脑发生故障后，一定要在排除软件方面的原因（例如系统注册表损坏、BIOS参数设置不当、硬盘主引导扇区损坏等）后再考虑硬件原因，否则很容易走弯路。2．先外设后主机由于外设原因引发的故障往往比较容易发现和排除，可以先根据系统报错信息检查键盘、鼠标、显示器、打印机等外部设备的各种连线和本身工作状况。在排除外设方面的原因后，再来考虑主机。3．先电源后部件作为电脑主机的动力源泉，电源的作用很关键。电源功率不足、输出电压电流不正常等都会导致各种故障的发生。因此，应该在首先排除电源的问题后再考虑其他部件。4．先简单后复杂目前的电脑硬件产品并不像我们想象的那么脆弱、那么容易损坏。因此在遇到硬件故障时，应该从最简单的原因开始检查。如各种线缆的连接情况是否正常、各种插卡是否存在接触不良的情况等。在进行检修硬件故障的步骤1．软件排障还原BIOS参数至缺省设置（开机后按[Del]键进入BIOS设置窗口→选中“LoadOptimizedDefaults”项→回车后按[Y]键确认→保存设置退出）；恢复注册表（开机后按[F8]键→在启动菜单中选择“Commandpromptonly”方式启动至纯DOS模式下→键入“scanreg/restore”命令→选择一个机器正常使用时的注册表备份文件进行恢复）；排除硬件资源冲突（右击[我的电脑]→[属性]→在[设备管理器]标签下找到并双击标有黄色感叹号的设备名称→在[资源]标签下取消“使用自动的设置”选项并单击[更改设置]按钮→找到并分配一段不存在冲突的资源）。检修硬件故障的步骤2．用诊断软件测试使用专门检查、诊断硬件故障的工具软件来帮助查找故障的原因，如NortonTools（诺顿工具箱）等。诊断软件不但能够检查整机系统内部各个部件（如CPU、内存、主板,硬盘等）的运行状况，还能检查整个系统的稳定性和系统工作能力。如果发现问题会给出详尽的报告信息，便于我们寻找故障原因和排除故障。3．直接观察即通过看、听、摸、嗅等方式检查比较明显的故障。例如根据BIOS报警声或Debug卡判断故障发生的部位；观察电源内是否有火花、异常声音；检查各种插头是否松动、线缆是否破损、断线或碰线；电路板上的元件是否发烫、烧焦、断裂、脱焊虚焊；各种风扇是否运转正常等。有的故障现象时隐时现，可用橡皮榔头轻敲有关元件，观察故障现象的变化情况，以确定故障位置。检修硬件故障的步骤4．插拔替换初步确定发生故障的位置后，可将被怀疑的部件或线缆重新插拔，以排除松动或接触不良的原因。例如将板卡拆下后用橡皮擦擦拭金手指，然后重新插好；将各种线缆重新插拔等。如果经过插拔后不能排除故障，可使用相同功能型号的板卡替换有故障的板卡，以确定板卡本身已经损坏或是主板的插槽存在问题。然后根据情况更换板卡。5．系统最小化最严重的故障是机器开机后无任何显示和报警信息，应用上述方法已无法判断故障产生的原因。这时我们可以采取最小系统法进行诊断，即只安装CPU、内存、显卡、主板。如果不能正常工作，则在这四个关键部件中采用替换法查找存在故障的部件。如果能正常工作，再接硬盘……以此类推，直到找出引发故障的罪魁祸首。硬件检修方法1、观察法观察，是维修判断过程中第一要法，它贯穿于整个维修过程中。观察不仅要认真，而且要全面。要观察的内容包括：a、周围的环境；b、硬件环境。包括接插头、座和槽等；c、软件环境；d、用户操作的习惯、过程硬件检修方法2、最小系统法最小系统是指，从维修判断的角度能使电脑开机或运行的最基本的硬件和软件环境。最小系统有两种形式：硬件最小系统：由电源、主板和CPU组成。在这个系统中，没有任何信号线的连接，只有电源到主板的电源连接。在判断过程中是通过声音来判断这一核心组成部分是否可正常工作；软件最小系统：由电源、主板、CPU、内存、显示卡/显示器、键盘和硬盘组成。这个最小系统主要用来判断系统是否可完成正常的启动与运行。硬件检修方法对于软件最小环境，就“软件”有以下几点要说明：a、硬盘中的软件环境，保留着原先的软件环境，只是在分析判断时，根据需要进行隔离如卸载、屏蔽等）。保留原有的软件环境，主要是用来分析判断应用软件方面的问题b、硬盘中的软件环境，只有一个基本的操作系统环境（可能是卸载掉所有应用，或是重新安装一个干净的操作系统），然后根据分析判断的需要，加载需要的应用。需要使用一个干净的操作系统环境，是要判断系统问题、软件冲突或软、硬件间的冲突问题。c、在软件最小系统下，可根据需要添加或更改适当的硬件。如：在判断启动故障时，由于硬盘不能启动，想检查一下能否从其它驱动器启动。这时，可在软件最小系统下加入一个软驱或干脆用软驱替换硬盘来检查。又如：在判断音视频方面的故障时，应需要在软件最小系统中加入声卡；在判断网络问题时，就应在软件最小系统中加入网卡等。最小系统法，主要是要先判断在最基本的软、硬件环境中，系统是否可正常工作。如果不能正常工作，即可判定最基本的软、硬件部件有故障，从而起到故障隔离的作用。硬件检修方法3、逐步添加/去除法逐步添加法，以最小系统为基础，每次只向系统添加一个部件/设备或软件，来检查故障现象是否消失或发生变化，以此来判断并定位故障部位。逐步去除法，正好与逐步添加法的操作相反。逐步添加/去除法一般要与替换法配合，才能较为准确地定位故障部位。4、隔离法是将可能防碍故障判断的硬件或软件屏蔽起来的一种判断方法。它也可用来将怀疑相互冲突的硬件、软件隔离开以判断故障是否发生变化的一种方法。软硬件屏蔽，对于软件来说，即是停止其运行，或者是卸载；对于硬件来说，是在设备管理器中，禁用、卸载其驱动，或干脆将硬件从系统中去除。硬件检修方法5、替换法替换法是用好的部件去代替可能有故障的部件，以判断故障现象是否消失的一种维修方法。好的部件可以是同型号的，也可能是不同型号的。替换的顺序一般为：a、根据故障的现象或故障类别，来考虑需要进行替换的部件或设备；b、按先简单后复杂的顺序进行替换。如：先内存、CPU，后主板，又如要判断打印故障时，可先考虑打印驱动是否有问题，再考虑打印电缆是否有故障，最后考虑打印机或并口是否有故障等；c、最先考查与怀疑有故障的部件相连接的连接线、信号线等，之后是替换怀疑有故障的部件，再后是替换供电部件，最后是与之相关的其它部件。d、从部件的故障率高低来考虑最先替换的部件。故障率高的部件先进行替换。硬件检修方法6、比较法比较法与替换法类似，即用好的部件与怀疑有故障的部件进行外观、配置、运行现象等方面的比较，也可在两台电脑间进行比较，以判断故障电脑在环境设置，硬件配置方面的不同，从而找出故障部位。7、升降温法可在用户同意的情况下，设法降低电脑的通风能力，靠电脑自身的发热来升温；降温的方法有：1）一般选择环境温度较低的时段，如一清早或较晚的时间；2）使电脑停机12~24小时以上等方法实现；3）用电风扇对着故障机吹，以加快降温速度。8、敲打法敲打法一般用在怀疑电脑中的某部件有接触不良的故障时，通过振动、适当的扭曲，甚或用橡胶锤敲打部件或设备的特定部件来使故障复现，从而判断故障部件的一种维修方法。硬件检修方法9、对电脑产品进行清洁有些电脑故障，往往是由于机器内灰尘较多引起的，这就要求我们在维修过程中，注意观察故障机内、外部是否有较多的灰尘，如果是，应该先进行除尘，再进行后续的判断维修。在进行除尘操作中，以下几个方面要特别注意：a、注意风道的清洁b、注意风扇的清洁风扇的清洁过程中，最好在清除其灰尘后，能在风扇轴处，点一点儿钟表油，加强润滑。c、注意接插头、座、槽、板卡金手指部分的清洁金手指的清洁，可以用橡皮擦拭金手指部分，或用酒精棉擦拭也可以。插头、座、槽的金属引脚上的氧化现象的去除：一是用酒精擦拭，一是用金属片（如小一字改锥）在金属引脚上轻轻刮擦。d、注意大规模集成电路、元器件等引脚处的清洁清洁时，应用小毛刷或吸尘器等除掉灰尘，同时要观察引脚有无虚焊和潮湿的现象，元器件是否有变形、变色或漏液现象。e、注意使用的清洁工具清洁用的工具，首先是防静电的。如清洁用的小毛刷，应使用天然材料制成的毛刷，禁用塑料毛刷。其次是如使用金属工具进行清洁时，必须切断电源，且对金属工具进行泄放静电的处理。用于清洁的工具包括：小毛刷、皮老虎、吸尘器、抹布、酒精（不可用来擦拭机箱、显示器等的塑料外壳）。f、对于比较潮湿的情况，应想办法使其干燥后再使用。可用的工具如电风扇、电吹风等，也可让其自然风干。系统报警提示含义1短系统启动正常

1短1短1短系统加电自检初始化失败

1短1短2短主板错误

1短1短3短CMOS或电池失败

1短1短4短ROM

BIOS校验和错误

1短2短1短系统时钟错误

1短2短2短DMA初始化失败

1短2短3短DMA页寄存器错误

1短3短1短RAM刷新错误

1短3短2短基本内存错误

1短3短3短基本内存错误

1短4短1短基本内存地址线错误

1短4短2短基本内存校验错误

BIOS故障案例１、BIOS设置错误，引起内存自检时出错（校验错误）

平常我们买到的内存一般都不带校验，校验内存会比不带校验的内存贵