城市垃圾壓榨機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含7張CAD圖紙、說明書】
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摘 要
本次設(shè)計(jì)是圍繞節(jié)能、環(huán)保熱點(diǎn)來展開研究，設(shè)計(jì)了由PLC系統(tǒng)控制，液壓系統(tǒng)來完成動(dòng)作的垃圾壓榨機(jī)。
本次課題選用液壓傳動(dòng)來作為其動(dòng)作裝置，具有傳統(tǒng)的液壓傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，如穩(wěn)定性好，傳動(dòng)效率高。同時(shí)，也在系統(tǒng)中加入了監(jiān)測(cè)壓力表等設(shè)備，更好的保證了系統(tǒng)能穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)也為維修提供了方便。在設(shè)計(jì)過程中，通過要求的壓力及流量等，選擇了當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)液壓器件，以保證一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，以便更換器件，保證工作連續(xù)性。
由于此次設(shè)計(jì)的垃圾壓榨機(jī)工作環(huán)境比較差，需要的適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)的控制系統(tǒng)，所以本次課題的控制系統(tǒng)采用的是C20P系列PLC。C20P輸入輸出繼電器點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)其中輸入繼電器12點(diǎn)，輸出繼電器為8點(diǎn)。其中3個(gè)輸入點(diǎn)由行程開關(guān)控制，來保證動(dòng)作位置。急停，啟動(dòng)，停止各一個(gè)輸入點(diǎn)，還有一個(gè)壓力繼電器來控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的動(dòng)作過程。輸出繼電器用來控制電磁閥的電磁鐵。
關(guān)鍵字：液壓系統(tǒng) 垃圾處理 壓榨機(jī) PLC
ABSTRACT
This issue is a focus on energy saving, environmental protection and hot spots to expand the research, design by the PLC control system, hydraulic system to complete the movement of waste crushing machines.
The topic chosen as the action of hydraulic transmission equipment, hydraulic transmission with traditional advantages, such as good stability, transmission and high efficiency. , It is also added to the system of monitoring pressure gauges and other equipment, and better able to guarantee a stable operation of the system, and also for the maintenance of convenience. In the design process, by the required pressure and feed speed, etc., choose the standard of today's hydraulic components to ensure that once the equipment failurer to replace the device, to ensure continuity.
As the current design of garbage squeezing machine working environment is poor, the conditions of adaptability, high reliability and strong anti-interference ability of control system are needed, so this issue of the control system is the C20P series PLC. C20P input and output relay points for 20 points including 12-point type relay, the output relay for 8 points， in which three input points from the trip switch control, to ensure that action here. Emergency stop, start, stop each one input point, there is a pressure relay to control the fast-forward the process of changing jobs into the action. Output relay used to control the solenoid valve solenoid.
Key word：Hydraulic systems PLC Compressors Waste
目 錄
第一章.緒論 1
1.1垃圾處理市場(chǎng)分析 1
1.2.國(guó)內(nèi)外垃圾處理現(xiàn)狀 1
1.3垃圾壓榨機(jī)簡(jiǎn)介 2
第二章.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5
2.1壓榨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.2垃圾壓榨機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5
2.3液壓系統(tǒng)主要元件作用及型號(hào)選擇 6
2.4.液壓系統(tǒng)原理動(dòng)作 7
第三章.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11
3.1 PLC結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)介 11
3.2 PLC的型號(hào)選擇與接口連接極其動(dòng)作 12
3.3下面是具體的指令語句表及解釋 15
第四章.液壓系統(tǒng)型號(hào)選擇與安全性校驗(yàn) 17
4.1液壓缸的參數(shù)計(jì)算 17
4.2泵的參數(shù)計(jì)算 18
謝 辭 19
參考文獻(xiàn) 21
第一章.緒論
垃圾是人類日常生活和生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢棄物，由于排出量大，成分復(fù)雜多樣，給處理和利用帶來困難，如不能及時(shí)處理或處理不當(dāng)，就會(huì)污染環(huán)境，影響環(huán)境衛(wèi)生。垃圾處理就是要把垃圾迅速清除，并進(jìn)行無害化處理，最后加以合理的利用。當(dāng)今廣泛應(yīng)用的垃圾處理方法是衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒。垃圾處理的目的是無害化、資源化和減量化。
1.1垃圾處理市場(chǎng)分析
在城市化進(jìn)程中，垃圾作為城市代謝的產(chǎn)物曾經(jīng)是城市發(fā)展的負(fù)擔(dān)，世界上許多城市均有過垃圾圍城的局面。而如今，垃圾被認(rèn)為是最具開發(fā)潛力的、永不枯竭的“城市礦藏”，是“放錯(cuò)地方的資源”。這既是對(duì)垃圾認(rèn)識(shí)的深入和深化，也是城市發(fā)展的必然要求。
中國(guó)垃圾處理行業(yè)起步晚，但通過近年來的發(fā)展，我國(guó)垃圾處理產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，垃圾處理市場(chǎng)容量有了顯著增加，市場(chǎng)滲透率迅速提高，進(jìn)入環(huán)衛(wèi)行業(yè)的企業(yè)數(shù)量也在迅猛增加?，F(xiàn)在我國(guó)的垃圾處理市場(chǎng)已經(jīng)從導(dǎo)入期進(jìn)入到成長(zhǎng)期，并正向成熟期邁進(jìn)。
2007年1-11月，我國(guó)廢棄資源和廢舊材料回收加工行業(yè)累計(jì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值61,149,109千元，比上年同期增長(zhǎng)了58.75%；累計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入59,540,739千元，比上年同期增長(zhǎng)了53.58%；累計(jì)實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額1,614,130千元，比上年同期增長(zhǎng)了51.17%。
2008年1-8月，我國(guó)廢棄資源和廢舊材料回收加工行業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值64,530,292千元，比上年同期增長(zhǎng)了57.42%；實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入62,446,110千元，比上年同期增長(zhǎng)了54.54%；實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤(rùn)總額2,100,576千元，比上年同期增長(zhǎng)了81.14%。
隨著環(huán)境問題逐漸被重視，節(jié)能、環(huán)保成為各國(guó)的發(fā)展主題，已經(jīng)開始為垃圾處理提供產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)。全世界垃圾年均增長(zhǎng)速度為8.42%，而中國(guó)垃圾增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。全世界每年產(chǎn)生4.9億噸垃圾，僅中國(guó)每年就產(chǎn)生近1.5億噸城市垃圾。中國(guó)城市生活垃圾累積堆存量已達(dá)70億噸。在如此巨大的垃圾壓力下，有理由相信，垃圾處理產(chǎn)業(yè)會(huì)成為未來國(guó)內(nèi)的明星產(chǎn)業(yè)。
1.2.國(guó)內(nèi)外垃圾處理現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)外城市垃圾處理概況目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的城市生活垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒等，這三種主要垃圾處理方式的比例，因地理環(huán)境；垃圾成份、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素不同而有所區(qū)別。
由于城市垃圾成份復(fù)雜，并受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能夠結(jié)構(gòu)、自然條件及傳統(tǒng)習(xí)慣等因素的影響，所以國(guó)外對(duì)城市垃圾的處理一般是隨國(guó)情而不同，往往一個(gè)國(guó)家中各地區(qū)也采用不同的處理方式，很難有統(tǒng)一的模。但最終都是以無害化、資源化、減量化為處理目標(biāo)。從應(yīng)用技術(shù)看，國(guó)外主要在填埋、焚燒、堆肥、綜合利用等方式，機(jī)械化程度較高，且形成系統(tǒng)及成套設(shè)備。從國(guó)外多種處理方式的情況看，有以下趨勢(shì)：（1）工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家由于能源、土地資源日益緊張，焚燒處理比例逐漸增多；（2）填埋法作為垃圾的最終處置手段一直占有較大比例；（3）農(nóng)業(yè)型的發(fā)展中國(guó)家大多數(shù)以堆肥為主；（4）其它一些新技術(shù)，如熱解法、填海、堆山造景等技術(shù)，正不斷取得進(jìn)展。
隨著城市建設(shè)的發(fā)展和人民生活水平的提高,垃圾樓的缺陷日漸顯露，其主要原因?yàn)椋?
1、存入垃圾箱的垃圾基本上處于敞開狀，臭味四散，造成環(huán)境污染。
2、垃圾體積較小，且無壓縮功能，儲(chǔ)存量受限。
3、清運(yùn)次數(shù)多，增加垃圾清運(yùn)成本。
4、垃圾樓占地面積大．
5、基建成本高。
政環(huán)衛(wèi)部門改變目前的垃圾收集方式，特引進(jìn)國(guó)外成熟技術(shù)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造一系列密閉式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備，該設(shè)備集“密閉、除臭、壓縮、儲(chǔ)存”于一體，實(shí)現(xiàn)了整潔、美觀、安全、高效、環(huán)保，體現(xiàn)了當(dāng)今環(huán)保新時(shí)尚、新理念，提高了社區(qū)的整體形象及品味，進(jìn)而提高了社會(huì)成員的環(huán)保意識(shí)。
1.3垃圾壓榨機(jī)簡(jiǎn)介
一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
1、雙層密閉結(jié)構(gòu)：內(nèi)層為不銹鋼儲(chǔ)存桶體，完全抗腐蝕；外層采用噴塑殼體,堅(jiān)固耐用。
2、容積變化呈軸向線性變化，容積選擇自如。
二、功能與優(yōu)點(diǎn)：
1、具有破碎、壓縮增容功能、減少垃圾清運(yùn)次數(shù)，可直接降低清運(yùn)費(fèi)用。
2、自動(dòng)消毒除臭、無蚊蠅、蟲害及病菌傳染。
3、操作簡(jiǎn)單，垃圾壓縮---儲(chǔ)存----排出的過程，完全自動(dòng)化，清運(yùn)人員不接觸垃圾，安全又衛(wèi)生。
4、一般生活垃圾混合處理壓縮能力大約為3：1---4：1。
5、采用密閉儲(chǔ)存方式，無發(fā)生火災(zāi)之虞。
6、設(shè)備可設(shè)置于任何地點(diǎn)，能有效利用空間。
三、使用場(chǎng)所：
社區(qū)、大廈、醫(yī)院、學(xué)校、機(jī)關(guān)、商場(chǎng)、賓館、車站、機(jī)場(chǎng)┈┈等產(chǎn)生大量垃圾的相關(guān)場(chǎng)所。所以，其適用范圍非常廣泛；以其容量大的特點(diǎn)，它可以是一個(gè)垃圾箱兼垃圾中轉(zhuǎn)站央一事實(shí)上的輻射半徑區(qū)域內(nèi)，它就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的垃圾中轉(zhuǎn)站。
四、主機(jī)的主要規(guī)格：
生活小區(qū)可按每100戶1立方米的標(biāo)準(zhǔn)選擇儲(chǔ)存機(jī)型號(hào)。
五、經(jīng)濟(jì)性分析：
1、減少大量人工及費(fèi)用。
2、減少清運(yùn)費(fèi)用（可設(shè)計(jì)2-3天清運(yùn)一次）
3、減少渣土（垃圾）處理費(fèi)。
4、減少占地面積，使得有限空間充分利用。（占地面積是垃圾樓的1/4-1/5）容量：相當(dāng)于一座20立方米的垃圾中轉(zhuǎn)站。
可配合后裝壓縮式垃圾運(yùn)輸車使用，運(yùn)送一次的量相當(dāng)于現(xiàn)有垃圾中轉(zhuǎn)站3-4次的運(yùn)量，大大降低的垃圾清運(yùn)成本。以上數(shù)據(jù)為正常使用狀態(tài)下的平均數(shù)據(jù)，實(shí)際情況與各個(gè)垃圾站的使用頻率有關(guān)
六、設(shè)計(jì)原因
(1)目前，城鎮(zhèn)垃圾*的處理，多數(shù)采用手推車(三輪車)集中到中轉(zhuǎn)站，散裝入鐵制集裝箱，然后再汽車運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)傾倒的辦法。這使中轉(zhuǎn)站及運(yùn)輸途中有垃圾飛揚(yáng)、滴濺的二次污染；環(huán)衛(wèi)工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大，且因垃圾散裝，增加了運(yùn)輸量及填埋場(chǎng)空間。
(2)隨著人們生活水平的提高，城鎮(zhèn)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，城鎮(zhèn)垃圾的量日益增多，垃圾成份復(fù)雜化(有機(jī)無機(jī)物及各類含建筑垃圾在內(nèi)的硬質(zhì)廢棄物)。
(3)我國(guó)在目前還未具備投入巨資普遍對(duì)垃圾進(jìn)行分揀分包，生化處理，合理利用的條件。
2
第二章. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1壓榨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
垃圾壓榨機(jī)是鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成形、打包等加工工藝中廣泛應(yīng)用的壓力加工機(jī)械設(shè)備。液壓壓力機(jī)（簡(jiǎn)稱液壓機(jī)）是壓力機(jī)的一種類型，它通過液壓系統(tǒng)產(chǎn)生很大的靜壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行擠壓、校直、冷彎等加工。液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)類型有單柱式、三柱時(shí)、四柱式等形式，其中以四柱式液壓機(jī)最為典型，它主要由橫梁、導(dǎo)柱、工作臺(tái)、上滑塊和下滑塊頂出機(jī)構(gòu)等部件組成，結(jié)構(gòu)原理圖如1所示。
圖2-1 四柱液壓機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖
2.2垃圾壓榨機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。
垃圾壓榨機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)軌滑塊的運(yùn)動(dòng)，上滑塊機(jī)構(gòu)由主液壓缸(上缸)驅(qū)動(dòng)做功，垃圾推出機(jī)構(gòu)由推出液壓缸驅(qū)動(dòng)。壓榨機(jī)的上滑塊機(jī)構(gòu)通過四個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)向、主液壓缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)：
快速進(jìn)給→慢速壓榨→保壓延時(shí)→快速回程→停止
推出缸布置在工作臺(tái)中間孔內(nèi)，驅(qū)動(dòng)滑快頂出機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：
向左頂出→向右退回→停止
本設(shè)備需要的快速運(yùn)動(dòng)回路，快速運(yùn)動(dòng)回路常用的有以下幾種：1液壓缸差動(dòng)連接回路。2采用儲(chǔ)能器的快速運(yùn)動(dòng)回路。3 雙液壓泵供油回路 。4用增速缸的快速運(yùn)動(dòng)回路。由于本設(shè)備設(shè)計(jì)以節(jié)能為主題，所以選擇雙液壓泵供油回路。這種回路的優(yōu)點(diǎn)是功率損耗小，系統(tǒng)效率高。
垃圾壓榨機(jī)液壓系統(tǒng)以壓力控制為主，系統(tǒng)具有高壓、大流量、大功率的特點(diǎn)。如何提高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要注意的問題。
2.3液壓系統(tǒng)主要元件作用及型號(hào)選擇
換向閥：具有兩種以上流動(dòng)形式和兩個(gè)以上油口的方向控制閥，實(shí)現(xiàn)液壓油流的溝通，切斷，換向以及壓力卸載和順序動(dòng)作控制的閥門。根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)流量與最大液壓壓力選擇型號(hào)34D-WE20B-7**.
節(jié)流閥：通過改變節(jié)流截面或截流長(zhǎng)度以控制流體流量的閥門。根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)流量與最大液壓壓力及通徑選擇型號(hào)LF-L20H。
溢流閥：定壓溢流作用：在定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量。當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時(shí)，會(huì)使流量需求減小。此時(shí)溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進(jìn)口壓力，即泵出口壓力恒定（閥口常隨壓力波動(dòng)開啟）。
????安全保護(hù)作用：系統(tǒng)正常工作時(shí)，閥門關(guān)閉。只有負(fù)載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時(shí)開啟溢流，進(jìn)行過載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高10％～20％）。
過濾器：過濾器是輸送介質(zhì)管道上不可缺少的一種裝置,通常安裝在減壓閥、泄壓閥、定水位閥或其它設(shè)備的進(jìn)口端，用來消除介質(zhì)中的雜質(zhì)，以保護(hù)閥門及設(shè)備的正常使用。根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)流量與最大液壓壓力選擇型號(hào)ZU-H100X20S。
單向閥：流體只能沿一個(gè)方向流通，另一個(gè)方向不能通過的閥。根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)流量與最大液壓壓力選擇型號(hào)AJ-H20L。
遠(yuǎn)程控制壓力閥：當(dāng)管路壓力在先導(dǎo)式溢流閥內(nèi)部彈簧所能承受壓力之內(nèi)時(shí)，閥處于閉合狀態(tài)，當(dāng)壓力大于彈簧所能承受壓力時(shí)，閥導(dǎo)通。先導(dǎo)式溢流閥基于此工作原理，通過主管路內(nèi)壓力，控制支路的開閉。
壓力繼電器：根據(jù)設(shè)定壓力對(duì)比管路中的壓力，發(fā)出電信號(hào)，連接PLC控制系統(tǒng)。
2.4.液壓系統(tǒng)原理動(dòng)作
圖2-2 液壓系統(tǒng)原理圖
注明：1.過濾器 2.齒輪泵（泵1） 3.葉片泵（泵2） 4.遠(yuǎn)程壓力控制閥 5 壓力繼電器 6. 2位2通電磁換向閥(閥3) 7.行程開關(guān) 8.液壓缸 9.壓力表 10.3位4通電磁換向閥（閥 1） 11.液控單向閥 12.單向閥 13.節(jié)流閥
一 液壓系統(tǒng)的動(dòng)作過程
1）啟動(dòng)
按下啟動(dòng)按鈕，泵1和泵2同時(shí)工作，單向閥導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)雙泵供油，此時(shí)線圈5（5YA）處于失電狀態(tài)，電磁閥3左位工作，壓力油回流至油箱，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。
2）快進(jìn)狀態(tài)
壓榨工程開始， 1YA帶電，電磁閥1左位工作，向液壓缸1無桿腔快速供油，隨著進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)壓力增加，增至遠(yuǎn)程壓力控制閥設(shè)定的壓力，溢流閥卸荷，低壓泵空載。系統(tǒng)轉(zhuǎn)入工進(jìn)狀態(tài)。
3）工進(jìn)過程
此時(shí)單向閥關(guān)閉，高壓泵1單獨(dú)供油，系統(tǒng)進(jìn)入工進(jìn)工程，壓榨機(jī)開始?jí)嚎s垃圾，當(dāng)達(dá)到預(yù)先要求的壓力后，壓力繼電器6動(dòng)作，接著1YA斷電，電磁閥1中位作用，系統(tǒng)保壓。
4）擠壓缸保壓
當(dāng)上缸上腔壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵1YA失電，閥1回中位，壓榨缸封閉，使上缸上腔實(shí)現(xiàn)保壓，其保壓時(shí)間由壓力繼電器7控制的時(shí)間繼電器調(diào)整實(shí)現(xiàn)。延時(shí)繼電器開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間10s后， 2YA通電，保壓過程結(jié)束。
5）擠壓缸快速回程
當(dāng)保壓過程結(jié)束，延時(shí)繼電器發(fā)出信號(hào)，2YA得電，電磁閥右位作用液壓缸1活塞桿左移，系統(tǒng)壓力降低，遠(yuǎn)程壓力控制恢復(fù)原位，單向閥導(dǎo)通液壓泵1和2同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)快退，直到退至回程終點(diǎn)行程開關(guān)1（SQ1）動(dòng)作，快速回程結(jié)束。
進(jìn)油路 泵1和泵2→閥1左位→液壓缸無桿腔；
回油路 液壓缸有桿腔→閥1右位→油箱。
6）推出缸工作工程
行程開關(guān)動(dòng)作后，系統(tǒng)開始執(zhí)行下一項(xiàng)動(dòng)作，將垃圾從壓榨機(jī)中退出運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)。3 YA通電，電磁閥左位作用，液壓缸2（退出缸）快進(jìn)，至行程開關(guān)3（SQ3）快速推進(jìn)結(jié)束。
7）推出缸回程
SQ3動(dòng)作后，3YA失電，4YA得電，電磁閥2右位作用，液壓缸2快速回程，至回程終點(diǎn)。
當(dāng)上缸滑塊組件上升至行程擋塊壓下行程開關(guān)1S，使電磁鐵2YA、6YA失電，閥3中位接入系統(tǒng)，單向閥9將主缸下腔封閉，上缸在起點(diǎn)原位停止不動(dòng)。泵1輸出油液經(jīng)閥3、12中位回油箱，泵1卸荷。
8）.工作結(jié)束
行程開關(guān)2動(dòng)作后線圈4斷電，電磁閥2中位作用。同時(shí)，線圈5斷電，電磁閥3左位導(dǎo)通系統(tǒng)卸荷，壓榨機(jī)一個(gè)工作周期結(jié)束。
表2-1 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)表
動(dòng)作程序
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
7YA
壓榨缸
快速進(jìn)給
＋
－
－
－
＋
－
－
慢速加壓
＋
－
－
－
＋
－
－
保壓
－
-
－
－
＋
－
－
快速回程
－
＋
－
－
＋
－
＋
停止
-
-
-
-
＋
－
－
推出缸
推出
－
－
＋
－
＋
－
－
返回
－
－
－
＋
＋
－
－
停止
－
－
－
－
－
－
－
4
第三章.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 PLC結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)介
PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：
PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。
PLC的構(gòu)成。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
CPU的構(gòu)成。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。
CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。
CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊。PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。
輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。
3.2 PLC的型號(hào)選擇與接口連接極其動(dòng)作
根據(jù)液壓圖的構(gòu)成，需要的接口數(shù)量不多，所以確定PLC所選型號(hào)為C系列P型——C20P。
C20P 芯片所用電源電壓為100-240V 50/60Hz交流電源。其控制方式為存儲(chǔ)程序方式，主控制元件選用MPUC-MOS LS-TTL。程序方式為梯形圖方式，輸入輸出繼電器點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)。其中輸入繼電器12點(diǎn)，輸出繼電器為8點(diǎn)。
圖中SB2按鈕 0000 為油泵啟動(dòng)按鈕； SB1按鈕0001為系統(tǒng)工序開始執(zhí)行按鈕；SB3按鈕0006為緊急制動(dòng)按鈕；SQ1接0003，SQ2接0004，SQ3接0005，它們是行程開關(guān)；SP1（0002）為壓力繼電器。
通過對(duì)線圈1YA與2YA得失電控制，分別是操作電磁閥1左右位；3YA與4YA是控制推出缸推出和拉回的電磁閥的右位和左位；5YA是控制系統(tǒng)做功或卸載的兩位兩通電磁換向閥。
具體工作過程為：垃圾放入壓榨室后，先按下按鈕SB2啟動(dòng)油泵，此時(shí)壓力機(jī)油泵空載運(yùn)行。當(dāng)按下SB1后壓力機(jī)開始工作，即實(shí)現(xiàn)滑塊快速下行-擠壓做功-保壓-預(yù)卸-滑塊快速回程-推拉缸推出-拉回-循環(huán)結(jié)束。按鈕SB3為緊急制動(dòng)按鈕，即在任何時(shí)候按下它之后，壓力機(jī)都會(huì)立刻停止工作。
圖3-1 PLC接口圖
圖3-2 梯形圖
3.3下面是具體的指令語句表及解釋
地址 指令 數(shù)據(jù)
0001 LD 0000
0002 OR 0500
0003 AND NOT 0006
0004 OUT 0502
0005 LD 0001
0006 OR 0500
0007 AND NOT 1000
0008 OUT 0500
0009 LD 0001
0010 OR 0501
0011 AND NOT 1002
0012 OUT 0501
0013 LD 0002
0014 OR 0504
0015 AND NOT TIM00
0016 OUT 0507
0017 OUT 0504
0018 LD 0002
0019 OUT 1000
0020 TIM 00
#0100
0021 LD TIM00
0022 OR 0503
0023 AND NOT 0003
0020 OUT 0505
0021 LD 0003
0022 OUT 1001
0023 OUT 0505
0024 LD 0004
0025 OR 0506
0026 AND NOT 1002
0027 OUT 0506
0028 LD 0005
0029 OR 0006
0030 OUT 1002
0031 END
按下開機(jī)按鈕，0000得電，而后輸出繼電器0502接通，0502自鎖，油泵通電開始泵油。當(dāng)垃圾添裝完畢后，按下啟動(dòng)按鈕SB1，0001得電，輸出繼電器0500和0501接通，線圈1YA和5YA得電，系統(tǒng)快進(jìn)。當(dāng)壓力增大到預(yù)設(shè)值后，壓力繼電器動(dòng)作，使0507通電，7YA得電，電磁閥右位，節(jié)流閥工作，控制流量，重而控制速度，同時(shí)，中間繼電器1000接通，使0500斷電電磁閥1處于中位，系統(tǒng)保壓，延時(shí)繼電器定時(shí)10s，開始計(jì)時(shí)，10s后，延時(shí)繼電器動(dòng)作，輸出繼電器0503得電，并且自鎖，線圈2得電，閥1右位作用，液壓缸1開始回程，至回程終點(diǎn)，行程開關(guān)SQ1動(dòng)作，繼電器0003得電，中間繼電器1001和輸出繼電器0505接通，0503失電后閥1返回中位，線圈3得電后閥2左位作用，推出缸開始推出動(dòng)作，至推出行程終點(diǎn)后，行程開關(guān)SQ3動(dòng)作，繼電器0004得電，接通輸出繼電器0506，使得線圈4得電，閥2右位作用，推出缸開始回程運(yùn)動(dòng)，至回程終點(diǎn)，行程開關(guān)2動(dòng)作，0005得電，繼電器1002接通使得0501斷開，閥3左位作用，系統(tǒng)卸荷，一個(gè)工作周期結(jié)束。考慮到安全因素，為使操作方便，設(shè)有一個(gè)緊急停止按鈕SB3，當(dāng)其按下后1002繼電器得電，其動(dòng)斷觸頭斷開，00513閥左位作用，系統(tǒng)卸荷，工作緊急停止。
第四章.液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算與安全性校驗(yàn)
4.1液壓缸的參數(shù)計(jì)算
（1）根據(jù)液壓缸的理論輸出力F和系統(tǒng)選定供油壓力P來計(jì)算缸筒內(nèi)徑D
查表取標(biāo)準(zhǔn)尺寸 D=250mm
（2）根據(jù)根據(jù)快進(jìn)和退回速度，以及缸筒內(nèi)徑D，計(jì)算出活塞桿直徑d
查表取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=180mm
（3）缸筒厚度計(jì)算
取D1=0.35
（4）缸底厚度計(jì)算
（5）缸筒厚度的驗(yàn)算
（6）缸筒厚度驗(yàn)算
4.2泵的參數(shù)計(jì)算
根據(jù)之前計(jì)算可知缸桶內(nèi)徑D=0.25 半徑 R=0.125
無桿腔面積
有桿腔面積
流量計(jì)算
根據(jù)缸內(nèi)壓力，最大液壓壓力，流量，工作過程知，泵1需要提供系大部分的壓力，泵2需要提供系統(tǒng)大部分的流量，所以選取大流量泵，所以，泵1選取選取齒輪泵CBY2016 泵2選取葉片泵YB-D80
泵的參數(shù)對(duì)比
表4-1 泵的參數(shù)
型號(hào)
排量
壓力
轉(zhuǎn)速
重量
CBY2016
16，40
25
3000r/min
10.8Kg
YB-D80
80
10
1500 r/min
20Kg
謝 辭
經(jīng)過半個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的不足，有許多考慮不周全不完善的地方，多虧了沒有導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的幫助，才完成這個(gè)設(shè)計(jì)。
在這里首先要感謝我的導(dǎo)師老師。老師平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩 老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
其次要感謝幫助我作畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，他們?cè)谖以O(shè)計(jì)中過程中，幫助我克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。如果沒有他們的耐心幫助，此次設(shè)計(jì)的完成將變得非常困難。 然后還要感謝大學(xué)五年來所有的老師，為我打下扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛怂麄兊闹С趾凸膭?lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
8
參考文獻(xiàn)
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[12] Z. J. Lansky etc Industrial Pneumatic Control. New York.1986.
附錄：
并聯(lián)位移機(jī)器人的設(shè)計(jì)
Jacques M.HERVE
ECELE CENTRALE PARIS
92295 CHATENAY MALABRY CEDEX
FRANCE
摘要:本文目的是對(duì)偶具有人性化機(jī)器人的應(yīng)用做一個(gè)完全的介紹,并將著重討論并行機(jī)器人特別是那些能夠進(jìn)行空間平移的機(jī)器人。在許多工業(yè)的應(yīng)用過程中這種機(jī)器人被證明其末端執(zhí)行器在空間上的定位是沒必要的。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是我們能系統(tǒng)地導(dǎo)出能預(yù)期得到位移子群的所有運(yùn)動(dòng)學(xué)鏈。因此，我們調(diào)查了機(jī)器人的整個(gè)家族。T-STAR機(jī)器人現(xiàn)在就是一臺(tái)工作裝置。而H-ROBOT,PRISM-ROBOT是新的可能的機(jī)器人。這些機(jī)器人能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)快節(jié)奏工作中價(jià)格低以及符合挑選的工作環(huán)境，如選料、安排、包裝、裝配等發(fā)日益增長(zhǎng)的需求。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)學(xué),并行機(jī)器人
引言
群論可以運(yùn)用于一系列位移當(dāng)中。根據(jù)這個(gè)理論，如果我們能夠證明群{D}包含所有的可能的位移，那么{D}就具有群結(jié)構(gòu)。剛體的最顯著運(yùn)動(dòng)是由群{D}表現(xiàn)出來的。這方法導(dǎo)致機(jī)械裝置的分類 [1]。建立這樣的一個(gè)分類的主要的步驟是將位移群的所有子群導(dǎo)出。這能通過檢驗(yàn)所有具有旋轉(zhuǎn)和平移特性的[2]產(chǎn)品直接推理出。然而,一個(gè)更有效的方法存在于假設(shè)群論[3],[4]中。假設(shè)群論是在取決于許多有限實(shí)參數(shù)的全純映射的基礎(chǔ)上定義的。位移群{D}是六維假設(shè)群的一個(gè)特例。
假設(shè)理論
在假設(shè)群論的框架內(nèi),我們將用于補(bǔ)償李代數(shù)的微元變換與通過其前面冪運(yùn)算得到的有限運(yùn)算結(jié)合起來。連續(xù)群通過與群微元變換有關(guān)的微分冪運(yùn)算描述出來。
另外，群體特性通過微分運(yùn)算及其逆運(yùn)算所得到的李代數(shù)的代數(shù)結(jié)構(gòu)而得到了解釋。讓我們回憶一下李代數(shù)主要的定義公理：一個(gè)李代數(shù)是一個(gè)具有封閉乘積的反對(duì)偶稱雙線性的矢量空間。眾所周知 [5]，螺旋速度場(chǎng)是在給定點(diǎn)N的條件下通過運(yùn)算得到的一個(gè)六維的矢量空間。由下面［3］中步驟表明，我們能得完整的歐幾里得位移{D}子群列表（見大綱表1）。該列表是通過首先定義一個(gè)與速度場(chǎng)有關(guān)的微分運(yùn)算符得到的。然后，通過冪運(yùn)算，得到了李代數(shù)有限位移的表達(dá)式。此表達(dá)式相當(dāng)于仿射的直接歸一正交變換。螺旋速度場(chǎng)的子李代數(shù)是對(duì)偶位移子群組的直接描述。
{X (w)}子群
為了利用平行機(jī)理得到空間平移，我們需要找到所有位移子群的交集——空間平移子群{T}。我們考慮的子群交集將嚴(yán)格的包含于兩個(gè)“平行”子群內(nèi)。此類別的最重要的情況是2個(gè){X (w)} 子群和2個(gè)不同矢量方向w和w’的平行關(guān)系。這很容易證明：
{X(w)} {X(w’)}={T},w≠w’
子群{X (w)}在機(jī)制設(shè)計(jì)起一個(gè)很重要的作用。該子群由帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的空間平移組成,其旋轉(zhuǎn)主軸方向與所給定的矢量w的方向始終平行。{X(w)}機(jī)械聯(lián)系的實(shí)際實(shí)施是通過子群{X(w)}代表的系列運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)偶中的命令實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上棱柱對(duì)偶和旋轉(zhuǎn)對(duì)偶P,R,H都用于構(gòu)造機(jī)器人(圓柱體對(duì)偶C以緊湊的方式結(jié)合棱柱對(duì)偶和旋轉(zhuǎn)對(duì)偶)。產(chǎn)生的這些運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)偶的所有可能組合由子群組{X (w)}在[6]中給出。
同時(shí)它們必須連續(xù)的滿足兩種幾何情況：旋轉(zhuǎn)軸與螺旋軸要與給定的矢量w平行；不是被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
{X{w}}子群的位移運(yùn)算符,在M點(diǎn)的作用是:
M → N + ａu + bv + cw +exp(hw^) N M
^是矢量乘積標(biāo)志。
點(diǎn)N和矢量u,v,w組成了空間的正交標(biāo)架的基準(zhǔn)。a, b, c, h為具有四維空間的子群的四個(gè)參數(shù)。
空間平移的并聯(lián)機(jī)器人
當(dāng)兩子群組{X(w)} 和{X(w’)},w≠w’,滿足w≠w’，但矢量平行時(shí)，在移動(dòng)平臺(tái)和固定馬達(dá)之間，其機(jī)械生成元就足以能產(chǎn)生空間平移。三個(gè)子群組{X (w)},{X(w’)},{X(w’’)},w≠w’時(shí)其生成元同樣也能產(chǎn)生空間平移。P，R或H的任何系列組成群組{X (w)}生成元的對(duì)偶的空間平移都能被實(shí)現(xiàn)。此外，這3種機(jī)械生成元可以是不同或一樣但都取決于所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果。這種組合范圍很廣，使得整個(gè)能進(jìn)行空間平移的機(jī)器人家族成員得到了增加。最有趣的是建筑的模擬能容易地是完成，機(jī)器手的選擇也能適應(yīng)委員的需要。Clavel的Delta機(jī)器人屬于這個(gè)家族，因?yàn)樗谙嗤倪\(yùn)動(dòng)學(xué)原理[7]。
并行操作機(jī)器人Y-STAR
STAR [16] 由3個(gè)能產(chǎn)生{X (u)}, {X (u’)}, {X(u’’)} (fig 1)子群組的協(xié)作操作臂組成。3只機(jī)械臂是相同且每只都能通過一系列的RHPaR生成一個(gè)子群{X (u)}，其中Pa代表循環(huán)平移協(xié)作，此平移協(xié)作由一塊絞接的平行四邊形的兩對(duì)偶立的桿控制決定。
兩旋轉(zhuǎn)對(duì)偶軸與螺旋對(duì)偶軸必須平行以保證能生成{X (u)}子群組。每條機(jī)械臂，第一個(gè)2對(duì)偶,即同軸旋轉(zhuǎn)對(duì)偶和螺旋對(duì)偶組成固定機(jī)器人的固定部分，同時(shí)形成處于相同平面的軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)，將其分為三個(gè)相同部分，從而形成了Y行狀。因此任意兩軸之間的角度都占整個(gè)空間角度的2 /3。機(jī)器人的移動(dòng)部分由PaR系列組成，都能集中于移動(dòng)平臺(tái)做指定的某點(diǎn)位置。平臺(tái)與參考平面保持平行，不能繞垂直于參考平面的軸旋轉(zhuǎn)。任何的一種專有的末端執(zhí)行器都能是放置在這流動(dòng)的平臺(tái)上。 所得到的反應(yīng)移動(dòng)平臺(tái)的{T}子群僅能在空間進(jìn)行平移,在[8]中給出。
H型機(jī)器人
大部分并型機(jī)器人包括Delta機(jī)器人和Y Star機(jī)器人，其末端執(zhí)行器的工作空間與整個(gè)裝置相比較小。這是此類機(jī)器人的一個(gè)缺陷。為了避免這種工作空間的限制，對(duì)偶此裝置安裝具有平行軸的電動(dòng)千斤頂。與Y Star相似的機(jī)器人臂不能使用：三個(gè)相同集{X (v)}的交集等于{X (v)}而不是{T}。因此，在計(jì)新的H機(jī)器人[16]時(shí)，我們選擇與Y-Sta相同的兩條手臂，第三條手臂可與Delta手臂相比。這第三條機(jī)械臂開始形成帶有與第一個(gè)兩電動(dòng)千斤頂平行的機(jī)動(dòng)化柱狀對(duì)偶的固定框架。繼以之絞接的二維平行四邊形，此四邊形由于其中一根桿的緣故能繞垂直于P對(duì)偶的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。與此桿相對(duì)偶的桿經(jīng)由平行軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)偶R被連結(jié)到移動(dòng)平臺(tái)上。當(dāng)平行四邊形形狀變化時(shí)，這個(gè)性質(zhì)被保持(自由度為一)。此機(jī)器人的第一個(gè)樣機(jī)有一個(gè)團(tuán)隊(duì)的學(xué)生在Pastoré教授的指導(dǎo)下于法國(guó)“IUT de Ville D’Avray”完成的。此H型機(jī)器人安裝了具有3種系統(tǒng)的螺桿(1)／大間距的螺母(2)，能允許快速移動(dòng)。它由軸承(6)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)M控制。三個(gè)絞接的平行四邊形位于（4）的兩端，在（5）的中間將螺母與水平平臺(tái)（3）連接。機(jī)架（7）支撐著整個(gè)結(jié)構(gòu)（圖2）。邊螺旋桿允許沿著其軸轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。中心螺母則不允許平行四邊形構(gòu)架的轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)平臺(tái)與半氣缸相似，其自由度為3。這裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是那工作空間是直接與平行軸長(zhǎng)度成比例，能得到一個(gè)較大工作空間。
柱狀-機(jī)器人
滑動(dòng)對(duì)偶偶P較好的性有能在在工業(yè)機(jī)械元件上得到應(yīng)用的可能。一個(gè)平行四邊形能夠利用四轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)偶偶R得到一個(gè)移動(dòng)自由度。因此，利用柱狀對(duì)偶偶代替平行四邊形（Star機(jī)器人）進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的方法。人們想象出了由CPR三重次序組成的很多幾何排列（圓柱形對(duì)偶偶C可能能被RP代替以得到一電動(dòng)千斤頂）。軸C必須在每次排列中與R軸平行。P對(duì)偶偶的方向可以是任意的。柱狀機(jī)器人的草圖見圖3。兩固定電動(dòng)千斤頂是同軸的。第三個(gè)電動(dòng)千斤頂為垂直安裝。實(shí)際上，這些軸都是水平的。兩柱狀對(duì)偶偶相對(duì)偶于前兩軸呈45度角。第三柱狀對(duì)偶偶與第三軸垂直。移動(dòng)平臺(tái)在不需要人為調(diào)節(jié)的條件下在較大工作空間內(nèi)自行移動(dòng)。
結(jié)論
很多資料[10], [11], [12], [13], [14], [15]表明了假設(shè)群論的，特別是其動(dòng)力學(xué)的重要性。通過對(duì)偶新的并行機(jī)器人的查證能夠?qū)ε嘉覀冞M(jìn)行機(jī)器人原型的構(gòu)造有很大幫助。其機(jī)械性能的日益增加和制造費(fèi)用的降低用使得機(jī)器人在當(dāng)今工業(yè)制造中越來越具有吸引力。這種新機(jī)器人具有通用并行機(jī)器人在定位、靈敏性和馬達(dá)定位安裝方面的優(yōu)點(diǎn)，可代替DELTA機(jī)器人。
簡(jiǎn)寫列表 1
置換組的子群
{E} 恒等。
{t(D)} 對(duì)直線 D 的平移。
{R(N,u)} 繞軸旋轉(zhuǎn)裝置.( 或同等物對(duì) N',和 NN 的 u'^u=O)
{H(N,u,p)} 轉(zhuǎn)軸 (N ,u,p)= 2 k 的螺旋運(yùn)動(dòng)。
{t(P)} 對(duì)平面 P 的平移。
{C(N,u)} 沿軸平移的組合旋轉(zhuǎn)裝置.(N,u)
{t} 空間的平移。
{G(P)} 對(duì)平面P的平行平面運(yùn)動(dòng)。
{Y(w,p)} 平面垂直平移到 w 所允許的平移旋轉(zhuǎn)和沿任何軸平行到 w 的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
{S(N)} 在點(diǎn)N周圍的額球狀的旋轉(zhuǎn)裝置。
{X(w)} 允許空間和沿任一軸旋轉(zhuǎn)到 w 的平移旋轉(zhuǎn)裝置運(yùn)動(dòng)。
{D} 綜合剛體運(yùn)動(dòng)。
Design of parallel manipulators via the displacement group
Jacques M.HERVE
ECELE CENTRALE PARIS
92295 CHATENAY MALABRY CEDEX
FRANCE
Abstract: Our aim is to give a complete presentation of the application of Life Group Theory to the structural design of manipulator robots. We focused our attention on parallel manipulator robots and in particular those capable of spatial translation. This is justified by many industrial applications which do not need the orientation of the end-effectors in the space. The advantage of this method is that we can derive systematically all kinematics chains which produce the desired displacement subgroup. Hence, an entire family of robots results from our investigation. The T-STAR manipulator is now a working device. H-ROBOT, PRISM-ROBOT are new possible robots. These manipulators respond to the increasing demand of fast working rhythms in modern production at a low cost and are suited for any kind of pick and place jobs like sorting, arranging on palettes, packing and assembly.
Keywords: Kinematics, Parallel Robot.
Introduction
The mathematical theory of groups can be applied to the set of displacements. If we can call {D} the set of all possible displacements, it is proved, according to this theory, that {D} have a group structure. The most remarkable movements of a rigid body are then represented by subgroups of {D}. This method leads to a classification of mechanism [1]. The main step for establishing such a classification is the derivation of an exhaustive inventory of the subgroups of the displacement group. This can be done by a direct reasoning by examining all the kinds of products of rotations and translations [2].
However, a much more effective method consists in using Lie Group Theory [3] , [4].
Lie Groups are defined by analytical transformations depending on a finite number of real parameters. The displacement group {D} is a special case of a Lie Group of dimension six.
Lie’s Theory
Within the framework of Lie’ Theory, we associate infinitesimal transformations making
up a Lie algebra with finite operations which are obtained from the previous ones by exponentiation. Continuous analytical groups are described by the exponential of
differential operators which correspond to the infinitesimal transformations of the group.
Furthermore, group properties are interpreted by the algebraic structure of Lie algebra of the differential operators and conversely. We recall the main definition axiom of a Lie algebra: a Lie algebra is a vector space endowed with a bilinear skew symmetric closed product. It is well know [5] , that the set of screw velocity fields is a vector space of dimension six for the natural operations at a given point N.
By following the steps indicated in [3] we can produce the exhaustive list of the Lie subgroup of Euclidean displacements {D} (see synoptical list 1). This is done by first defining a differential operator associated with the velocity field. Then, by exponentiation, we derive the formal Lie expression of finite displacements which are shown to be equivalent to affine direct orthonormal transformations. Lie sub-algebras of screw velocity fields lead to the description of the displacement subgroups.
The {X (w)} subgroup
In order to generate spatial translation with parallel mechanisms, we are led to look for displacements subgroups the intersection of which is the spatial translation subgroup {T}.We will consider only the cases for which the intersection subgroup is strictly included in the two “parallel” subgroups. The most important case of this sort is the parallel association of two {X (w)} subgroups with two distinc
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