气动翻转机械手部件设计[动画仿真][PPT]

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省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。 而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC 的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC, 而阀岛技术的发展, 又使PLC 在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手[17-22]。 4 气动机械手原理及部件举例 4.1 驱动力为由气缸驱动 图2为一常用气动机械手的结构示意图。有四个气缸组成，能在三个坐标内工作，控制的执行元件数目是四个：即由立柱回转缸A实现机械手正、反转的运动，立柱升降缸B实现机械手下降、升起的运动，夹紧缸C实现机械手夹紧、松开的运动，伸缩缸D实现机械手伸出、缩回的运动。驱动方式为在开口处通入空气，即可实现运转。 图2气缸驱动的机械手举例1 在机械手加持物料时，需要气缸C、D两个联动实现：即机械手先生出至物料处、再夹紧物料，反向需先松开物料、再收回机械手的运动。在加工和装配零件时，存在对气缸C的固定气缸D活塞杆的运动限位等问题。而且整体结构比较大，对一些受结构限制的场合，采用这种夹持结构就存在一些不足[3]。 图3示是用于某设备上的机械手的结构示意图, 它由4个气缸( 3个滑动气缸, 1个摆动气缸组成, 可在3个坐标内工作, 图中A 为夹紧气缸,其活塞退回时夹紧工件, 活塞杆伸出时松开工件。B缸为长臂伸缩缸, 可实现伸出和缩回动作。C 缸为立柱升降缸。D缸为立柱回转缸。图中的发信装置为行程阀[4]。 图3气缸驱动的机械手举例2 4.2 机械手夹持部件结构示意图 4.2.1 外夹持型机械手 图4为一种较简单平行开闭手爪的结构。气缸的活塞有压缩空气驱动，通过活塞杆7上的支点轴2带动拨叉3转动，再通过传动轴4使手爪1沿导向槽做平行移动，图中为双作用气缸，也可为单作用气缸返回运动靠弹簧完成。该结构的特点是重量轻，体积小，最小型重量为75g，最大型为300g，因此，可以与小型机械手配套使用[5]。 图4外夹持型铰链式平行开闭手爪结构示意图 4.2.2 内夹持型机械手 前面介绍的是外加持机械手，下面介绍一种内加持的机械手。 图5所示的基于铰杆-杠杆串联增力机构的内夹持气动机械手, 主要由气压缸、铰杆1 和1c、杠杆2和2c组成。当压缩空气的方向控制阀处于图1所示左位工作状态时, 气压缸的左腔即无杆腔进入压缩空气, 推动活塞向右运动, 导致铰杆1和1c的压力角A变小, 通过角度效应第一次把输入力放大, 然后传递到恒增力杠杆机构2和2c上, 再一次将输入力进行放大, 变为夹持工件的作用力F。当方向控制阀处于右位工作状态时, 气压缸的右腔即有杆腔进入压空气, 推动活塞向左运动, 夹持机构松开工件[6-21]。 图5内夹持型机械手举例 5 国内优秀气动机械手设计举例 5.1 与模具切割相结合 第一个是郑州轻工业学院和纺织工学院的老师设计的机械手，如图6所示，它是与磨具切割想配合的一种设计。如图所示，机械手由手部——手指（3）和夹紧气缸（1）、手腕——拉伸臂（2）和拉伸气缸（4）、手臂——剥离臂（5）和剥离气缸（6）以及底座（D）组成。机械手的手部采用单支点回转式活动手指配合以固定手指，在夹紧气缸（1）的作用下夹持模组橡胶衬圈上的“凸耳”。为使手指在夹持衬圈的过程中不出现滑脱现象，特在手指端部加工有锯齿型斜槽，拉伸臂（2）和剥离臂（5）在后部铰支的拉伸气缸（4）和剥离气缸（6）的作用下，分别绕支点（B）和支点（C）摆动，同时在切割装置的配合下，完成衬圈的拉伸、切割和剥离任务。机械手通过底座（D）与自动剥离机有机相连，与剥离机其他机构协调动作[9]。 图6 气动式机械手 5.2 机械手虚拟样机 第二种如图所示，设计的新型气动机械手的虚拟样机如图1所示,其中腰部转动关节由比例流量阀式摆动气缸实现; 大臂和中臂之间的俯仰运动由比例流量阀驱动单出杆双作用直线汽缸实现。而中臂与小臂之间由可调支撑件来手动调节角度, 并配合调节小臂的螺纹连接件, 来控制机械手末端在笛卡尔空间坐标系中的位置。手抓部位的夹持力通过控制直线气缸来调节。 图7 机械手虚拟样机 在设计的机械手虚拟样机中, 底座与躯干以固定副相连, 躯干与大臂以转动副相连, 大臂与中臂以转动副相连, 中臂、可调支撑和小臂以固定副相连, 小臂与手腕以固定副相连, 直线气缸部位以平动副相连, 添加约束后如图所示[10]。 5.3 高精度机械手 第三种如图8所示。机械手具备有：水平缸X轴方向移动、垂直升降缸Y轴方向运动、伸缩缸Z轴方向伸缩及伸摆缸绕Z轴选装四个自由度（手指开合不记）。由于手臂采用悬臂方式，活塞缸所承受的径向弯曲力矩较大，为解决这个问题，我们用了具有良好导向性能的高精度导轨型无杆缸和导向型伸缩缸。手指采用两只肘洁是卡爪，通过铝合金奥通和伸摆缸连接，增强了伸缩气缸的导向型和抗弯能力。手指采用自行设计的V型块，也可以根据被夹工件实际形状要求设计成不同的结构。无杆缸、升降缸和伸摆缸通过硬质铝合金连接板连接，结构简单，便于加工和连接。位移传感器和无杆缸相连，检测X轴方向位移 [11]。 图8 气动机械手结构图 6 总结 经过一段时间的学习和文献参考，我对气动机械手有了基本的认识，对机械手的发展历程以及未来的研发趋势也有了一定的了解。我国的气动机械手起步较晚，但涌现出了一大批构思巧妙、设计精良的气动机械手，爆破[19-20]、搬运、夹持的研究也取得了很大的成果。本课题希望在原有的气动翻转机械手加以改进，提高它的生产效率。 参考文献 [1]陶湘厅，袁锐波，罗璟.气动机械手的应用现状及发展前景[J]. 机床与液压, 2007, 35(8):226-228. 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