1简介

它具有动作灵活可控、定位准确可靠、负载驱动力高、环境适应力强等特点。目前，多自由度机械手广泛应用于钢铁、海洋、石油、化工、物流搬运等生产自动化行业，大大减轻了工人劳动强度和劳动条件，提高了生产效率，稳定了产品质量。

现有的大部分机械手采用电机作为动力，具有结构简单、重量轻、动作迅速、工作可靠、节能和环保等优点，但是，电气机械手负载相对较小，并且要有配套的减速设备，对抗冲击和高负载方面没有优势。而液压机械手采用液压动力，运用电液伺服控制，具有动作灵活、负载刚性大、精度高、响应速度快、功率重量比大的优点，比较适合大功率负载搬运的场合。

但是，在液压机械手中液压系统的不合理设计，往往会导致传动效率较低，这是一个需要长期研究解决的问题。 

2机械手的分类

对于注塑生产中使用的机械手,一般可按其功能分为以下三种类型：

1）简易型注塑机械手；2）记忆再现型注塑机械手；3）智能型注塑机械手。 

3五自由度液压伺服机械手研制

系统工作原理与性能指标

1、系统工作原理

液压机械手系统如图1所示。

系统主要由夹取机构、俯仰机构、推拉机构及回转机构五自由度机构组成。回转机构由两个液压马达和回转平台组成，构成机械手在水平面上的回转自由度；俯仰机构由两个举升液压缸和连杆组成，构成机械的升降自由度； 推拉机构由一个推拉液压缸和连杆组成，构成机械手伸缩自由度； 手抓机构由一个液压马达、一个液压缸和手抓部分组成，构成机械手手抓的旋转与夹取自由度。五自由度机构组成机械手姿态调整系统。

机械手工作原理为： 由两个液压马达驱动机械手旋转运动； 由两个举升液压缸驱动机械手举升运动； 由一个推拉液压缸驱动机械手推拉运动； 由一个液压马达驱动手抓旋转运动； 由一个液压缸驱动手抓张合运动。

2、主要性能指标

主要性能指标如下：

（1） 重复定位精度：<±1mm；

（2） 大工作半径：5000mm；

（3） 工作高度范围：500mm～4000mm；

（4） 液压缸速度：≤300mm/s；

（5） 马达回转速度：≤45/s；

（6） 工作环境温度：<1150℃。

电液伺服系统设计

液压系统原理

考虑到机械手性能指标和工作要求，液压机械手系统原理如图所示。

该系统由回转机构驱动回路、俯仰机构驱动回路、推拉机构驱动回路、手抓机构驱动回路等主要部分组成。

图中，回转机构驱动回路主要由两个液压马达和两个比例阀、电动球阀组成。两个比例阀控制两个液压马达实现机械手机身的旋转运动定位。当机械手机身处于制动状态时，系统通过电动球阀切断供油的主油路，换成制动油源给液压马达反方向供油，使两马达产生相反旋转动力，从而使机身稳定地停在控制点，以实现机械手机身的制动。俯仰机构驱动回路主要由两个比例阀、两个液压缸、背压阀组成，该驱动机构采用“一阀控一缸”的液压同步驱动方式控制两个液压缸实现机械手的举升动作。同时，油路还在机械手下降回路增加了背压阀，以保证机械手垂直位置的稳定。推拉机构驱动回路主要由液压缸、电液比例阀、背压阀组成，由一个比例阀控一个液压缸，实现机械手的推拉运动。手抓机构驱动回路主要由液压缸、液压马达、两个电液比例阀、电动球阀、背压阀组成，由两个比例阀分别控制液压缸和液压马达，实现机械手手抓的回转与抓取运动。

电气控制系统设计

1、系统硬件设计与选型

本研究选取电气控制元件如下：

（1）PLC设计与选型。

工业PLC的CPU型号为313C； 电源模块型号为PS307（2A） ； 位置检测模板SM338； 模拟量输出模块SM332。

（2） 监控计算机设计与选型。

工控机型号为IPC-610MB-L。

（3） 通信板块设计与选型。

通信板块型号为CP5611。

2、下位机控制软件

下位机主要完成机械手的具体动作，系统主要包括主程序OB1模块； 定时中断程序OB35； 点动模块FB1，对应背景数据模块DB1存放各液压缸与马达的点动运行数据； 自动运行模块FB2，对应背景数据模块DB2存放各液压缸与马达的自动运行数据； 点动PID模块FB3，对应背景数据模块DB3存放点动PID运算结果； 自动PID模块FB4，对应背景数据模块DB4存放自动PID运行结果； 数据记录模块FB5，对应背景数据DB5存放记录数据。

3、上位机软件设计

上位机控制系统作为机械手运动控制的中枢，接受界面输入的位置值或自动工作时事先确定的位置值，控制机械手各关节执行相关的动作。上位机程序主要由通信模块、数据记录模块、参数设置模块、曲线绘制模块组成。