氣動翻轉(zhuǎn)機械手部件設(shè)計[動畫仿真][PPT]

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省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC 的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC, 而閥島技術(shù)的發(fā)展, 又使PLC 在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手[17-22]。 4 氣動機械手原理及部件舉例 4.1 驅(qū)動力為由氣缸驅(qū)動 圖2為一常用氣動機械手的結(jié)構(gòu)示意圖。有四個氣缸組成，能在三個坐標內(nèi)工作，控制的執(zhí)行元件數(shù)目是四個：即由立柱回轉(zhuǎn)缸A實現(xiàn)機械手正、反轉(zhuǎn)的運動，立柱升降缸B實現(xiàn)機械手下降、升起的運動，夾緊缸C實現(xiàn)機械手夾緊、松開的運動，伸縮缸D實現(xiàn)機械手伸出、縮回的運動。驅(qū)動方式為在開口處通入空氣，即可實現(xiàn)運轉(zhuǎn)。 圖2氣缸驅(qū)動的機械手舉例1 在機械手加持物料時，需要氣缸C、D兩個聯(lián)動實現(xiàn)：即機械手先生出至物料處、再夾緊物料，反向需先松開物料、再收回機械手的運動。在加工和裝配零件時，存在對氣缸C的固定氣缸D活塞桿的運動限位等問題。而且整體結(jié)構(gòu)比較大，對一些受結(jié)構(gòu)限制的場合，采用這種夾持結(jié)構(gòu)就存在一些不足[3]。 圖3示是用于某設(shè)備上的機械手的結(jié)構(gòu)示意圖, 它由4個氣缸( 3個滑動氣缸, 1個擺動氣缸組成, 可在3個坐標內(nèi)工作, 圖中A 為夾緊氣缸,其活塞退回時夾緊工件, 活塞桿伸出時松開工件。B缸為長臂伸縮缸, 可實現(xiàn)伸出和縮回動作。C 缸為立柱升降缸。D缸為立柱回轉(zhuǎn)缸。圖中的發(fā)信裝置為行程閥[4]。 圖3氣缸驅(qū)動的機械手舉例2 4.2 機械手夾持部件結(jié)構(gòu)示意圖 4.2.1 外夾持型機械手 圖4為一種較簡單平行開閉手爪的結(jié)構(gòu)。氣缸的活塞有壓縮空氣驅(qū)動，通過活塞桿7上的支點軸2帶動撥叉3轉(zhuǎn)動，再通過傳動軸4使手爪1沿導(dǎo)向槽做平行移動，圖中為雙作用氣缸，也可為單作用氣缸返回運動靠彈簧完成。該結(jié)構(gòu)的特點是重量輕，體積小，最小型重量為75g，最大型為300g，因此，可以與小型機械手配套使用[5]。 圖4外夾持型鉸鏈式平行開閉手爪結(jié)構(gòu)示意圖 4.2.2 內(nèi)夾持型機械手 前面介紹的是外加持機械手，下面介紹一種內(nèi)加持的機械手。 圖5所示的基于鉸桿-杠桿串聯(lián)增力機構(gòu)的內(nèi)夾持氣動機械手, 主要由氣壓缸、鉸桿1 和1c、杠桿2和2c組成。當壓縮空氣的方向控制閥處于圖1所示左位工作狀態(tài)時, 氣壓缸的左腔即無桿腔進入壓縮空氣, 推動活塞向右運動, 導(dǎo)致鉸桿1和1c的壓力角A變小, 通過角度效應(yīng)第一次把輸入力放大, 然后傳遞到恒增力杠桿機構(gòu)2和2c上, 再一次將輸入力進行放大, 變?yōu)閵A持工件的作用力F。當方向控制閥處于右位工作狀態(tài)時, 氣壓缸的右腔即有桿腔進入壓空氣, 推動活塞向左運動, 夾持機構(gòu)松開工件[6-21]。 圖5內(nèi)夾持型機械手舉例 5 國內(nèi)優(yōu)秀氣動機械手設(shè)計舉例 5.1 與模具切割相結(jié)合 第一個是鄭州輕工業(yè)學(xué)院和紡織工學(xué)院的老師設(shè)計的機械手，如圖6所示，它是與磨具切割想配合的一種設(shè)計。如圖所示，機械手由手部——手指（3）和夾緊氣缸（1）、手腕——拉伸臂（2）和拉伸氣缸（4）、手臂——剝離臂（5）和剝離氣缸（6）以及底座（D）組成。機械手的手部采用單支點回轉(zhuǎn)式活動手指配合以固定手指，在夾緊氣缸（1）的作用下夾持模組橡膠襯圈上的“凸耳”。為使手指在夾持襯圈的過程中不出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象，特在手指端部加工有鋸齒型斜槽，拉伸臂（2）和剝離臂（5）在后部鉸支的拉伸氣缸（4）和剝離氣缸（6）的作用下，分別繞支點（B）和支點（C）擺動，同時在切割裝置的配合下，完成襯圈的拉伸、切割和剝離任務(wù)。機械手通過底座（D）與自動剝離機有機相連，與剝離機其他機構(gòu)協(xié)調(diào)動作[9]。 圖6 氣動式機械手 5.2 機械手虛擬樣機 第二種如圖所示，設(shè)計的新型氣動機械手的虛擬樣機如圖1所示,其中腰部轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)由比例流量閥式擺動氣缸實現(xiàn); 大臂和中臂之間的俯仰運動由比例流量閥驅(qū)動單出桿雙作用直線汽缸實現(xiàn)。而中臂與小臂之間由可調(diào)支撐件來手動調(diào)節(jié)角度, 并配合調(diào)節(jié)小臂的螺紋連接件, 來控制機械手末端在笛卡爾空間坐標系中的位置。手抓部位的夾持力通過控制直線氣缸來調(diào)節(jié)。 圖7 機械手虛擬樣機 在設(shè)計的機械手虛擬樣機中, 底座與軀干以固定副相連, 軀干與大臂以轉(zhuǎn)動副相連, 大臂與中臂以轉(zhuǎn)動副相連, 中臂、可調(diào)支撐和小臂以固定副相連, 小臂與手腕以固定副相連, 直線氣缸部位以平動副相連, 添加約束后如圖所示[10]。 5.3 高精度機械手 第三種如圖8所示。機械手具備有：水平缸X軸方向移動、垂直升降缸Y軸方向運動、伸縮缸Z軸方向伸縮及伸擺缸繞Z軸選裝四個自由度（手指開合不記）。由于手臂采用懸臂方式，活塞缸所承受的徑向彎曲力矩較大，為解決這個問題，我們用了具有良好導(dǎo)向性能的高精度導(dǎo)軌型無桿缸和導(dǎo)向型伸縮缸。手指采用兩只肘潔是卡爪，通過鋁合金奧通和伸擺缸連接，增強了伸縮氣缸的導(dǎo)向型和抗彎能力。手指采用自行設(shè)計的V型塊，也可以根據(jù)被夾工件實際形狀要求設(shè)計成不同的結(jié)構(gòu)。無桿缸、升降缸和伸擺缸通過硬質(zhì)鋁合金連接板連接，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和連接。位移傳感器和無桿缸相連，檢測X軸方向位移 [11]。 圖8 氣動機械手結(jié)構(gòu)圖 6 總結(jié) 經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)和文獻參考，我對氣動機械手有了基本的認識，對機械手的發(fā)展歷程以及未來的研發(fā)趨勢也有了一定的了解。我國的氣動機械手起步較晚，但涌現(xiàn)出了一大批構(gòu)思巧妙、設(shè)計精良的氣動機械手，爆破[19-20]、搬運、夾持的研究也取得了很大的成果。本課題希望在原有的氣動翻轉(zhuǎn)機械手加以改進，提高它的生產(chǎn)效率。 參考文獻 [1]陶湘廳，袁銳波，羅璟.氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 機床與液壓, 2007, 35(8):226-228. 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