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气动机械手的应用现状及结构设计 2

来源:用户分享 时间:2025/5/21 9:32:01 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用,为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点。

气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装,用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手,自动加盖、安装和拧紧气动机械手,牛奶盒装箱气动机械手等。 三、机械手的组成

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。各系统相互之间的关系如方框图1所示。

图1 机械手各系统相互关系

(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。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、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。 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、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,可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构,以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布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。 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)驱动系统

驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的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、气压传动、机械传动。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。控制系统有电气控制和射流控制两种,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。 (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。控制系统有电气控制和射流控制两种,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。 四、气动系统设计

图1 为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机(排气压力大于0.4-0.6MPa)通过快换接头进入储气罐,经分水过滤器、调压阀、油雾器,进入各并联气路上的电磁阀,以控制气和手部动作。

图1 压传动系统工作原理图

各执行机构调速。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

阻尼螺钉进行调速,这种方法的特点是结构简单,效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀,可以加快启动速度,也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂上升速度。由于手臂可自重下降,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。气液传送器气缸侧的排气节流,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,各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器。这样可以省去电磁阀和切换调节阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径,是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量,与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。 五、气动机械手的结构

气动机械手主要由起固定支撑作用的机架、机械臂和气爪三部分组成。气动机械手能够实现4个自由度(由于机构运动确定,因此机构的自由度等于机构的原动件数目,此机构有4个原动件,因此可得有4个自由度)的运动,其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。最前端的气爪抓取物品,通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动,使物品在空间上运动,根据合理的控制,最终实现机械手的动作要求。驱动第一肩关节的运动有2根气动肌肉组成,机架臂有4根气动肌肉组成,大臂上安装有4根气动肌肉,小臂上安装有4根气动肌肉。

关节的基本方式

在气动机械手设计中,有4个自由度,相当于4个独立的关节。每个关节的驱动原理都是相同的,即由一对相当于人类拮抗的气动肌肉相互之间的对抗作用来驱动关节。其原理如图所示。这种方式驱动的关节,其刚度和两个肌肉的压力之和有关,而其位置则和2个肌肉的压力差有关,因此可以实现关节位置和刚度的独立控制。

图2 气动机械手

(一)手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核

根据实验设计要求,手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸,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,气缸用CTA型气缸,尺寸系列初选内径为63/63.

1、在校核尺寸时,只需校核气缸内径=63mm,半径R=31.5mm的气缸的尺寸满足使用要求即可,设计使用压强,

2、测定手腕质量和重物的质量之和为7kg,设计加速度

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