PAGE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

ABSTRACTThisissueisafocusonenergysaving,environmentalprotectionandhotspotstoexpandtheresearch,designbythePLCcontrolsystem,hydraulicsystemtocompletethemovementofwastecrushingmachines.

Thetopicchosenastheactionofhydraulictransmissionequipment,hydraulictransmissionwithtraditionaladvantages,suchasgoodstability,transmissionandhighefficiency.,Itisalsoaddedtothesystemofmonitoringpressuregaugesandotherequipment,andbetterabletoguaranteeastableoperationofthesystem,andalsoforthemaintenanceofconvenience.Inthedesignprocess,bytherequiredpressureandfeedspeed,etc.,choosethestandardoftoday'shydrauliccomponentstoensurethatoncetheequipmentfailurertoreplacethedevice,toensurecontinuity.Asthecurrentdesignofgarbagesqueezingmachineworkingenvironmentispoor,theconditionsofadaptability,highreliabilityandstronganti-interferenceabilityofcontrolsystemareneeded,sothisissueofthecontrolsystemistheC20PseriesPLC.C20Pinputandoutputrelaypointsfor20pointsincluding12-pointtyperelay,theoutputrelayfor8points，inwhichthreeinputpointsfromthetripswitchcontrol,toensurethatactionhere.Emergencystop,start,stopeachoneinputpoint,thereisapressurerelaytocontrolthefast-forwardtheprocessofchangingjobsintotheaction.Outputrelayusedtocontrolthesolenoidvalvesolenoid.

Keyword：HydraulicsystemsPLCCompressorsWaste目錄第一章.緒論 11.1垃圾處理市場(chǎng)分析 11.2.國(guó)內(nèi)外垃圾處理現(xiàn)狀 11.3垃圾壓榨機(jī)簡(jiǎn)介 2第二章.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 52.1壓榨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52.2垃圾壓榨機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 52.3液壓系統(tǒng)主要元件作用及型號(hào)選擇 62.4.液壓系統(tǒng)原理動(dòng)作 7第三章.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 113.1PLC結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)介 113.2PLC的型號(hào)選擇與接口連接極其動(dòng)作 123.3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) 174.1液壓缸的參數(shù)計(jì)算 174.2泵的參數(shù)計(jì)算 18謝辭 19參考文獻(xiàn) 21本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE3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?、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3：14：1。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?？膳浜虾笱b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。PAGE9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)。3YA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1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA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－－－－－－－PAGE19第三章.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1PLC結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)介PLC即可編程控制器（ProgrammablelogicController，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)（InternationalElectricalCommittee）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ProgrammableLogicController,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。3.2PLC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100-240V50/60Hz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-MOSLS-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3-1PLC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 00000002 OR 05000003 ANDNOT 00060004 OUT 05020005 LD 00010006 OR 05000007 ANDNOT 10000008 OUT 05000009 LD 00010010 OR 05010011 ANDNOT 10020012 OUT 05010013LD00020014OR05040015ANDNOTTIM000016OUT05070017OUT05040018 LD 00020019 OUT 10000020 TIM 00 #01000021 LD TIM000022 OR 05030023 ANDNOT 00030020 OUT 05050021 LD 00030022 OUT 10010023 OUT 05050024 LD 00040025 OR 05060026 ANDNOT 10020027 OUT 05060028 LD 00050029 OR 00060030 OUT 10020031 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CBY201616，40253000r/min10.8KgYB-D8080101500r/min20Kg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。21參考文獻(xiàn)[1]趙永成、湯武初.《機(jī)電傳動(dòng)控制》.(第二版).中國(guó)計(jì)量出版社，2007.6：p139-270;[2]王積偉、章宏甲.《液壓與氣壓傳動(dòng)》.（第二版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.4：1-375；[3]周士昌.《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.7：8-18；[4]雷天覺.《液壓工程手冊(cè)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1990.4：全書；[5]《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.上海煤礦機(jī)械研究所，1976.8：部分[6]黎啟柏.《液壓元件手冊(cè)》.機(jī)械工業(yè)出版社》[7]明仁雄.液壓與氣壓傳動(dòng).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2003.[9]鞏云朋.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).沈陽:東北大學(xué)出版社,2000.[10]張萬中.可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例.北京:中國(guó)電力出版社,2005.[11]左健民.液壓與氣壓傳動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.[12]Z.J.LanskyetcIndustrialPneumaticControl.NewYork.1986.

附錄：并聯(lián)位移機(jī)器人的設(shè)計(jì)JacquesM.HERVEECELECENTRALEPARIS92295CHATENAYMALABRYCEDEXFRANCE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^)NM^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)?？臻g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-STARSTAR[16]由3個(gè)能產(chǎn)生{X(u)},{X(u’)},{X(u’’)}(fig1)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YStar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YStar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)“IUTdeVilleD’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)=2k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)。綜合剛體運(yùn)動(dòng)。DesignofparallelmanipulatorsviathedisplacementgroupJacquesM.HERVEECELECENTRALEPARIS92295CHATENAYMALABRYCEDEXFRANCEAbstract:OuraimistogiveacompletepresentationoftheapplicationofLifeGroupTheorytothestructuraldesignofmanipulatorrobots.Wefocusedourattentiononparallelmanipulatorrobotsandinparticularthosecapableofspatialtranslation.Thisisjustifiedbymanyindustrialapplicationswhichdonotneedtheorientationoftheend-effectorsinthespace.Theadvantageofthismethodisthatwecanderivesystematicallyallkinematicschainswhichproducethedesireddisplacementsubgroup.Hence,anentirefamilyofrobotsresultsfromourinvestigation.TheT-STARmanipulatorisnowaworkingdevice.H-ROBOT,PRISM-ROBOTarenewpossiblerobots.Thesemanipulatorsrespondtotheincreasingdemandoffastworkingrhythmsinmodernproductionatalowcostandaresuitedforanykindofpickandplacejobslikesorting,arrangingonpalettes,packingandassembly.Keywords:Kinematics,ParallelRobot.IntroductionThemathematicaltheoryofgroupscanbeappliedtothesetofdisplacements.Ifwecancall{D}thesetofallpossibledisplacements,itisproved,accordingtothistheory,that{D}haveagroupstructure.Themostremarkablemovementsofarigidbodyarethenrepresentedbysubgroupsof{D}.Thismethodleadstoaclassificationofmechanism[1].Themainstepforestablishingsuchaclassificationisthederivationofanexhaustiveinventoryofthesubgroupsofthedisplacementgroup.Thiscanbedonebyadirectreasoningbyexaminingallthekindsofproductsofrotationsandtranslations[2].However,amuchmoreeffectivemethodconsistsinusingLieGroupTheory[3],[4].LieGroupsaredefinedbyanalyticaltransformationsdependingonafinitenumberofrealparameters.Thedisplacementgroup{D}isaspecialcaseofaLieGroupofdimensionsix.Lie’sTheoryWithintheframeworkofLie’Theory,weassociateinfinitesimaltransformationsmakingupaLiealgebrawithfiniteoperationswhichareobtainedfromthepreviousonesbyexponentiation.Continuousanalyticalgroupsaredescribedbytheexponentialofdifferentialoperatorswhichcorrespondtotheinfinitesimaltransformationsofthegroup.Furthermore,grouppropertiesareinterpretedbythealgebraicstructureofLiealgebraofthedifferentialoperatorsandconversely.WerecallthemaindefinitionaxiomofaLiealgebra:aLiealgebraisavectorspaceendowedwithabilinearskewsymmetricclosedproduct.Itiswellknow[5],thatthesetofscrewvelocityfieldsisavectorspaceofdimensionsixforthenaturaloperationsatagivenpointN.Byfollowingthestepsindicatedin[3]wecanproducetheexhaustivelistoftheLiesubgroupofEuclideandisplacements{D}(seesynopticallist1).Thisisdonebyfirstdefiningadifferentialoperatorassociatedwiththevelocityfield.Then,byexponentiation,wederivetheformalLieexpressionoffinitedisplacementswhichareshowntobeequivalenttoaffinedirectorthonormaltransformations.Liesub-algebrasofscrewvelocityfieldsleadtothedescriptionofthedisplacementsubgroups.The{X(w)}subgroupInordertogeneratespatialtranslationwithparallelmechanisms,weareledtolookfordisplacementssubgroupstheintersectionofwhichisthespatialtranslationsubgroup{T}.Wewillconsideronlythecasesforwhichtheintersectionsubgroupisstrictlyincludedinthetwo“parallel”subgroups.Themostimportantcaseofthissortistheparallelassociationoftwo{X(w)}subgroupswithtwodistinctvectordirectionswandw’.Itiseasytoprove:{X(w)}{X(w’)}={T},w≠w’Thesubgroup{X(w)}playsaprominentroleinmechanismdesign.Thissubgroupcombinesspatialtranslationwithrotationaboutamovableaxiswhichremainsparalleltogivendirectionw,welldefinedbytheunitvectorw.Physicalimplementationsof{X(w)}mechanicalliaisonscanbeobtainedbyorderinginserieskinematicspairsrepresentedbysubgroupsof{X(w)}.PracticallyonlyprismaticpairandarevolutepairP,R,Hareusetobuildrobots(thecylindricpairCcombinesinacompactwayaprismaticpairandarevolutepair).Acompletelistofallpossiblecombinationsofthesekinematicspairsgeneratingthe{X(w)}subgroupisgivenin[6].Twogeometricalconditionshavetobesatisfiedintheseries:therotationaxesandthescrewaxesareparalleltothegivenvectorw;thereisnopassivemobility.Thedisplacementoperatorforthe{X{w}}subgroup,actingonpointMis:M→N+ａu+bv+cw+exp(hw^)NM^isthesymbolofthevectorproduct.PointNandthevectorsu,v,wmakeupanorthogonalframeofreferenceinthespaceanda,b,c,harethefourparametersofthesubgroupwhichhasthedimension4.ParallelrobotsforspatialtranslationToproducespatialtranslationitissufficienttoplacetwomechanicalgeneratorsofthesubgroups{X(w)}and{X(w’)},w≠w’,inparallel,betweenamobileplatformandafixedmotorsthenthreegeneratorsofthethreesubgroups{X(w)},{X(w’)},{X(w’’)},w≠w’,isneeded.AnyseriesofP,RorHpairswhichconstituteamechanicalgeneratorofthe{X(w)}subgroupcanbeimplemented.Morever,thesethreemechanicalgeneratorsmaybedifferentorthesamedependingonthedesiredkinematicsresults.Thiswiderangeofcombinationsgivesrisetoanentirefamilyofrobotscapableofspatialtranslation.Simulationofthemostinterestingarchitecturescaneasilybeachievedandthechoiceoftherobottobeconstructedcanthereforemeettheneedsofthecommissioner.Clavel’sDeltarobotbelongstothisfamilyasitisbasedonthesamekinematicsprinciples[7].TheparallelmanipulatorY-STARSTAR[16]ismadeupbythreecooperatingarmswhichgeneratethesubgroups{X(u)},{X(u’)},{X(u’’)},(fig1).Thethreearmsareidenticalandeachonegeneratesasubgroup{X(u)}bytheseriesRHPaRwhereParepresentsthecirculartranslationliaisondeterminedbythetwooppositebarsofaplanarhingedparallelogram.Theaxesofthetworevolutepairsandofthescrewpairmustbeparallelinordertogeneratea{X(u)},subgroup.Foreacharm,thefirsttwopairs,i.e.thecoaxialrevolutepairandthescrewpair,constitutethefixedpartoftherobotandformatthesametimethemechanicalstructureofanaxeslieonthesameplaneanddivideitintothreeidenticalpartsthusformingaYshape.Hencetheanglebetweenanytwoaxesisalways2/3.ThemobilepartoftherobotismadeupbythreePaRseriesthatallconvergetoacommonpointbelowwhichthemobileplatformislocated.Theplatformstaysparalleltothereferenceplaneandcannotrotateabouttheaxisperpendiculartothisplane.Anykindofappropriateendeffectorscanbeplacedonthismobileplatform.Thederivationofthe{T}subgroup,whichprovesthemobileplatformcanonlytranslateinthespace,isgivenin[8].TheH–RobotForagreatmajorityofparallelrobotsincludingtheDeltaRobotandtheYStar,theworkingvolumeoftheendeffectorsissmallrelativetothebulkinessofthewholedevice.Itistheessentialdrawbackofsuchakindofmanipulator.Inordertoavoidthisnativenarrownessoftheworkingvolume,itcanbeimaginetoimplementthreeinputelectricjackswiththreeparallelaxesinsteadofconvergingaxes.ThreearmssimilartothoseoftheYStarcannotbeemployed:theintersectionsetofthreeequalset{X(v)}willbeequalto{X(v)}insteadof{T}.Hence,designingthenewH-Robot[16],wehavechosentwoarmsoftheYStartypeandathirdpatternwhichmaybecomparedwiththeDeltaarms.Thisthirdmechanismbeginsfromthefixedframewithamotorizedprismaticpairparalleltothefirsttwoelectricjacks.ItisfollowedbyahingedplanarparallelogramwhichisfreetorotatearoundanaxisperpendiculartothePpairthankstoabaroftheparallelogram.TheoppositebarisconnectedtothemobileplatformviaarevolutepairRofparallelaxis.Thispropertyismaintainedwhentheparallelogramchangesofshape(withonedegreeoffreedom).Inafirstprototypebuiltat“IUTdeVilleD’Avray”(France)byateamastudentsdirectedbytheprofessorPastoré,aH-Robotimplements3systemsscrews(1)/nut(2)withalargepitch,whichallowrapidmovements.Itisholdbybearings(6)andanimatedbytheactuatorsM.Threeplanarhingedparallelograms,onbothsides(4)andatthecenter(5)maketheconnectionfromthenutstothehorizontalplatform(3).Thestand(7)supportsthewholestructure(fig2).Thesidescrewspermitrotationandtranslationalongtheiraxes.Thecentralnutdoesnotallowtherotationoftheparallelogramplaneaboutthescrewaxis.Themobileplatformcanonlytranslatewith3degreesoffreedominsidetheworkingspacewhichmaybeassimilatedtoahalf-cylinder.Themainadvantageofthisdeviceisthattheworkingvolumeisdirectlyproportionaltothelengthoftheparallelaxesanditcanbemadeconsiderablylarge.ThePrism-RobotSlidingpairsPofgoodqualityareavailableintheindustryofmechanicalcomponents.AparallelogramemploysfourrevolutepairRtogenerateaonedegreeoffreedomtranslationmotion.Therefore,theideaofimplementingprismaticpairsinsteadofparallelograms(Star-Robot)seemstobeaneconomichintforanewrobotdesign.VariousgeometricarrangementsofthreesequencesCPRcanbeimagined(thecylindricpairCmaybereplacedbyRPinordertomakeupanelectricjack).TheaxisofChavetobeparalleltotheRaxisineachsequence.ThedirectionofPpairmaybeanyone.AselectedsketchisthePrism-Robotoffigure3.Twofixedelectricjacksarecoaxial.Athirdfixeselectricjackisperpendicular.Forpracticalmanipulators,theseaxeswillbehorizontal.Twoprismaticpairareinclinedwiththeangle45orelativetothefirsttwoaxes.Thethirdprismaticpairwillbeperpendiculartothethirdaxis.Themobileplatformisabletoundergopuretranslationinawidevolumewithnojammingeffect.ConclusionsTheimportanceofLiegrouptheory,expeciallyforkinematicsisrecognizedfromvarioussource[10],[11],[12],[13],[14],[15].Investigationofnewparallelrobotsgeneratingpuretranslationledustotheconstructionofseveralprototypes.Increasingperformancesandthelowcostoffabricationmaketheserobotsattractiveformodernindust