基于物料分揀機械手的自動化控制系統(tǒng)的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 要求，又使操作簡單，所以決定用圓柱坐標式。 執(zhí)行機構的組成 工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機械部分組成： （ 1） 手部 是機械手直 接與工件接觸的部分。 （ 2） 臂部 是支承腕部與手部德部件，用以改變工件的位置和姿勢。 （ 3） 立柱 支承手臂并帶動它升降、擺動的機構。 （ 4） 機座 機械手執(zhí)行機構各部件及驅動均安裝于機座，起支承和聯(lián)接作用。 執(zhí)行機構分析與選擇 手部的選擇 手部是直接與工件接觸的部分。手部的選擇通常是由工件的屬性決定的，不同規(guī)格的工件要求機械手的手部形式也不同。常用的手部結構有：夾持式和氣吸式。 夾持式手部的結構與人手類似，也有手指，夾持工件需要有一定的夾緊力，對定位精度要求高，設計起來比 較復雜。 氣吸式手部，它主要是利用大氣壓強的原理。先使吸盤內產(chǎn)生真空或負壓，從而達到吸附工件的目的。它一般結構簡單，設計方便，而且吸盤一般由橡膠制成，還不易損傷工件，所以應用廣泛。這里選擇吸氣式手部。真空吸盤結構如圖 4 圖 真空吸盤結構 手臂結構的選擇 手臂一般有伸縮、旋轉和升降三個運動。通過手臂移動手部到達指定位置抓取工件。 手臂的伸縮和升降運動一般采用直線油 (氣 )缸驅動。 驅動機構一般有雙作用單活塞桿油 (氣 )缸和雙作 用雙活塞桿油 (氣 )缸，前者缸體和活塞桿可以各自固定而另一個運動，是機械手手臂往復運動用的最多的；后者多用于手臂要求長，行程長的機械手，雖能滿足行程要求，但設計比較復雜。本機械手的手臂做直線運動行程短，加上追求簡單經(jīng)濟的考慮，選用雙作用單活塞桿氣缸。 手臂伸縮運動還必須有導向裝置，它能防止手臂沿中軸線轉動，加強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這里選雙導向桿作為導向裝置。 機座結構的選擇 本機械手開率到機座要求其結構剛性好、占地面積小等，還需一個 旋轉模塊，擺動氣缸就要固定在機座上，故采用雙向推力球軸承的國定機座。 機座結構如圖 5 底座 擺動氣缸 雙向推力球軸承 扣罩 轉臺 圖 機座結構 執(zhí)行機構的工藝流程 物料分揀機械手的動作基本有伸縮、升降、左右旋轉、吸物和放物等動作。其動作順序為：初始位置 → 前伸 → 下降 → 吸物 → 檢測→ 上升 → 右旋→ 下降 → 放物 → 上升 → 左旋 → 回縮 → 初始位置。 執(zhí)行機構簡圖 機械手執(zhí)行機構簡圖如圖 6 1右旋限位開關 2 左旋限位開關 3 回縮限位開關 4 前伸限位開關 5 上升限位開關 6 下降限位開關 A 擺動氣缸 B前伸 /回縮氣缸 C上升 /下降氣缸 D 真空吸盤 圖 執(zhí)行機構簡圖 7 第三章 驅動系統(tǒng)的分析與選擇 機械手的驅動系統(tǒng)主要執(zhí)行傳動動作。機械手的驅動系統(tǒng)一般可分為液壓、氣壓、電氣三種驅動方式。 驅動系統(tǒng)的分析與選擇 由于液壓傳動較氣壓傳動雖變速和換向響應快，容易實現(xiàn)過載保護，使用壽命長，但污染系數(shù)較高，具有一定的危險性，成本較高，工作噪聲較大，而電 氣傳動相對于氣壓傳動來說雖定位精度高，動作響應快，驅動力較大，但系統(tǒng)結構較復雜，維護不便，價格昂貴，限制了在一些場合的應用。因此具有系統(tǒng)結構簡單，自由度大，清潔度高，維護簡單，價格實惠，技術要求低，安全系數(shù)高等優(yōu)點的氣壓傳動自然成了本課題的首選。 機械手驅動系統(tǒng)的控制設計 根據(jù)本機械手的要求，在驅動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有直線運動和擺動。其氣動驅動系統(tǒng)原理圖如圖 圖 驅動系統(tǒng)原理圖 8 氣動系統(tǒng)主要有以下部件組成： （ 1）三位四通電磁換向閥：改變氣缸運動方向； （ 2）二位二通電磁閥 ：控制真空發(fā)生器的通斷； （ 3）調速閥；控制氣缸運動速度，保護物料及手臂； （ 4）氣缸、吸盤等。 氣動元件選取及工作原理 氣壓驅動是利用壓縮氣體的壓力能來實現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質主要是空氣，也包括燃氣和蒸汽。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由以下 幾 部分組成： 氣源裝置 氣源裝置是將原動機的機械能轉變?yōu)樘峁寗訅毫δ艿难b置，根據(jù)不同規(guī)格的物料而對壓縮空氣的壓力、流量和清潔度有一定的要求。 氣源裝置主要有空氣壓縮機和儲氣罐構成。 空氣壓縮機是行成壓縮空氣的主要設備，儲氣罐可以穩(wěn)定工作時輸出的氣流 ，具有調節(jié)作用。 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件就是機械手執(zhí)行機械運動的裝置，如手臂的直線往復運動，擺動氣缸的回轉擺動。 氣缸輸出直線往復式 氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。雙作用氣缸是從 活塞 兩側交替供氣，對于此機械手設計的上升、下降和手臂伸縮應選用單活塞桿雙作用氣缸。 擺動氣缸輸出回轉擺動式 擺動氣缸：由葉片將內腔分隔 為二，向兩腔交替供氣， 輸出軸 做擺動運動。 它可分為單葉片式和雙葉片式，由于雙葉片式能產(chǎn)生 2 倍于單葉片式的轉矩，產(chǎn)生更大的動力，有利于機械手手臂的轉動，所以選雙葉片式擺動氣缸。 控制元件 控制元件是通過調節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和流向，來達到改變執(zhí)行機構的運動速度和方向的裝置。 氣動控制元件可分為壓力控制閥、流量控制 閥和方向控制閥。 壓力控制閥：用來調控壓力大小。有調壓閥、溢流閥、調速閥之分。分 9 別具有調節(jié)出口側壓力，保持回路內壓力和穩(wěn)定運行速度的作用。 方向控制閥 方向控制閥通過改變壓縮空氣流向和通斷，達到改變執(zhí)行元件的狀態(tài)，通常可分為單向型控制閥和換向型控制閥兩類。 （ 1） 單向型控制閥 單向閥是氣流只能向一個方向流動的閥，結構最簡單。常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。 （ 2） 換向型控制閥 換向閥通過改變閥芯相對于閥體的位置來實現(xiàn)不同管路間的通斷關系，從而達到通斷和改變氣體流向。它的 用途很廣，種類也很多。 換向閥的性能要求有： 1）各工作位置腔內泄漏量小； 2）壓力損失小； 3）換向性能可靠、迅速平穩(wěn)。 常用的換向閥主要有二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、三位四通閥、三位五通閥等。 本設計選用二位二通和三位四通電磁換向閥理由如下： （ 1） 兩端各有一個電磁鐵。得電后推桿動作實現(xiàn)換位。左端得電閥芯左移，右得電閥芯右移，兩端都失電， 閥芯處于中位，各口互不相通。 （ 2） 使用三位四通電磁換向閥能夠快速實現(xiàn)氣缸的正反向運動。 （ 3） 二位二通換向閥只需用到一個電磁閥，得電 閥芯動 作，失電由閥內彈簧推動閥芯 到另一側，能實現(xiàn)快速 換向 控制。 真空發(fā)生器 真空發(fā)生器的作用主要是使吸盤的橡膠皮碗形成真空而將工件吸附。真空發(fā)生器就是一種能夠方便簡單地獲得負壓的新型的高效的清潔的小型真空元件。它通常與吸盤配合被廣泛地應用于工業(yè)自動化生產(chǎn)中。 吸盤 吸盤是用來直接吸附物料的元件，一般用橡膠做成。這里用真空發(fā)生器連接吸盤， 使吸 盤內空氣被抽走，形成真空，利用大氣壓將吸盤緊緊吸附在物料上。 10 氣動回路的工作原理 物料分揀機械手的工作循環(huán)是：水平手臂的伸出 → 垂直手臂的下降 → 吸物→物料檢測→垂直 手臂的上升 → 擺動氣缸的右旋→垂直手臂的下降→放物 → 垂直手臂的上升 → 擺動氣缸的左 旋 →水平手臂回縮→回到初始位置 。系統(tǒng)中選用電磁換向閥，限位開關，實現(xiàn)氣缸的往復運動。二位二通電磁閥實現(xiàn)吸盤的吸物和放物。實現(xiàn)工序如下 ： （ 1）水平氣缸的伸出