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氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要:在生產(chǎn)工作中,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手得到了非常廣泛的運(yùn)用,從根本上提升了生產(chǎn)自動(dòng)化程度和機(jī)械化質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)力的解放,使人身安全得到了基礎(chǔ)的保證。本次研究主要分析了氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì),進(jìn)行了氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的介紹,期望為后期的氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展發(fā)揮推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞:氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手;機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);分析

機(jī)械手設(shè)計(jì)完成之后,可以模仿人的手和手臂,完成手和手臂的功能,最后對(duì)一些物件,按照固定的程序來(lái)完成抓取跟搬運(yùn)。所以,機(jī)械手設(shè)計(jì)屬于機(jī)械電子裝置范圍。在實(shí)現(xiàn)空氣壓縮的基礎(chǔ)上,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手可以完成固定的各項(xiàng)工作,其優(yōu)勢(shì)非常的明顯,用起來(lái)非常的輕便,且還有環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢(shì),動(dòng)作非常的迅速無(wú)故障等,所以在實(shí)際工作中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

1氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案

可以對(duì)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行以下四個(gè)部分的劃分:第一個(gè)部分是圓柱坐標(biāo)式;第二個(gè)部分是直角坐標(biāo)式;第三個(gè)部分是關(guān)節(jié)式;第四個(gè)部分是球坐標(biāo)式。劃分的依據(jù)是具備的運(yùn)動(dòng)形式以及具備的組合情形。本次研究著重分析圓柱坐標(biāo)式氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手。分析圓柱坐標(biāo)式氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖就可以得到圖1(圓柱坐標(biāo)式氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖)。在分析圖1的基礎(chǔ)上可以得到,結(jié)構(gòu)底座、結(jié)構(gòu)手臂、結(jié)構(gòu)手部結(jié)、結(jié)構(gòu)立柱以及結(jié)構(gòu)手腕是氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)成部分,該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)手臂伸縮、手臂升降、手腕回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)等自由度的運(yùn)動(dòng)。手臂回轉(zhuǎn)與升降運(yùn)動(dòng)主要是依靠機(jī)座部分的立柱來(lái)完成??梢赃x擇使用PLC編程,在采取PLC編程的基礎(chǔ)上,可以從根本上有效的控制氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手中的每一個(gè)氣缸的工作。分析圖1中的圖標(biāo)得到:1號(hào)為手部結(jié)構(gòu)、2號(hào)為手腕回轉(zhuǎn)氣缸結(jié)構(gòu)、3號(hào)為手腕結(jié)構(gòu)、4號(hào)為手臂結(jié)構(gòu)、5號(hào)為手臂仲縮氣缸結(jié)構(gòu)、6號(hào)為結(jié)構(gòu)立柱圖、7號(hào)結(jié)構(gòu)為立柱升降氣缸、8號(hào)結(jié)構(gòu)為立柱回轉(zhuǎn)氣缸、9號(hào)為底座結(jié)構(gòu)、10號(hào)結(jié)構(gòu)為基體。

2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1夾持類型手部結(jié)構(gòu)工作的原理分析

一般情況下,可以按照標(biāo)準(zhǔn)劃分氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)得到以下兩種類型:第一個(gè)是夾持式手部;第二種是氣流負(fù)壓式手部,本次研究著重介紹夾持式手部,在有效配合手爪與傳力機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)人手功能的有效模仿。倘若氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手是齒輪齒條式的一種手部結(jié)構(gòu)的話,那么配合一支點(diǎn)跟兩指。圓柱形是大部分氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手中工件的形狀。所以,在設(shè)計(jì)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手中的手指部分的過(guò)程中,需要按照相關(guān)的原則將其設(shè)計(jì)成V型形狀,配合齒輪齒條兩個(gè)部分,實(shí)現(xiàn)手指之間的開閉操作,并且還需要在活塞桿位置上完成相應(yīng)的齒條固定的操作,對(duì)于手指部分,則需要按照標(biāo)準(zhǔn)完成齒輪的有效固定。在實(shí)際工作中,倘若活塞桿向下操作情況存在,那么齒條也需要滿足其向下的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng),其中,右面的齒輪需要配合進(jìn)行逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),左面的齒輪需要配合進(jìn)行順時(shí)針運(yùn)動(dòng),這時(shí)候就會(huì)張開氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手手指,想要實(shí)現(xiàn)手指的閉合,就應(yīng)逆向操作。

2.2計(jì)算氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)力和夾緊力

在實(shí)際應(yīng)用氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的過(guò)程中,使用字母N來(lái)表示工件需要承受的手指施加夾緊力,使用字母F來(lái)表示驅(qū)動(dòng)力。之后完成以下假設(shè):手指V的角度在w為120°,工件的重量=5kg,b=120mm,R=24mm,計(jì)算工件所需的夾緊力的公式1。以齒輪齒條傳動(dòng)條件為基礎(chǔ)前提,將K1的拿權(quán)系數(shù)假設(shè)取值大小為1.5,并且假設(shè)工件具備最大的加速度a為0.3kg/s2。在實(shí)際工作中,因?yàn)橹亓Φ臈l件下,會(huì)產(chǎn)生加速度,這里的加速度為g=9.8kg/s2的前提下,使用下列數(shù)值表示工作情況系數(shù)K2:K3=0.5,K2=1+a/g=1.03,之后將已知的數(shù)值大小逐個(gè)代入各個(gè)公式,順利將工件所需夾緊力計(jì)算出來(lái),計(jì)算工件所需的夾緊力為公式2。使用以下公式3完成手部完成動(dòng)作所需的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。在實(shí)際工作中,如果取值η=0.94,那么得到的氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手所需實(shí)際驅(qū)動(dòng)力大小使用以下公式4計(jì)算出來(lái)。公式1:N≥K1K2K3G;公式2:N=K1K2K3G=1.5×1.03×0.5×5×9.8,得到結(jié)果為37.9N;公式3:F=2bN/R=2×120×37.9/24,得到結(jié)果為379N;公式4:F實(shí)際=F/η=379/0.94,得到結(jié)果為403N。

3氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)與氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

3.1氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手手腕設(shè)計(jì)的過(guò)程中,需要重視手腕位置的設(shè)計(jì)。手腕是手部與手臂之間的重要部件。主要的目的是完成手部動(dòng)作的針對(duì)調(diào)整,這樣一來(lái),就可以從根本上滿足模仿人手動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)。在一般情況下,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手需要具備非常高的通用性以及實(shí)用性,所以,應(yīng)該從根本上水平放置機(jī)械手中的全部工件,所以,在手腕設(shè)計(jì)的過(guò)程中,爭(zhēng)取使用回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)還需要使用單葉片回轉(zhuǎn)氣缸進(jìn)行輔助,需要從根本上滿足機(jī)械手最基本動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)需要。在進(jìn)行手腕部位設(shè)計(jì)的過(guò)程中,定片和缸體兩者之間的固定連接使用的是螺釘,固定連接動(dòng)片和回轉(zhuǎn)軸兩者使用的是螺釘,同時(shí)還可以將手腕位置的氣腔分成兩個(gè)部分,主要的依據(jù)是動(dòng)片,上述這種設(shè)計(jì)形式主要的目的是實(shí)現(xiàn)手腕設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便化以及緊湊化。

3.2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在實(shí)際工作中,應(yīng)立足于氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)完成大氣缸和小氣缸的設(shè)置,設(shè)置1個(gè)大氣缸和1個(gè)小氣缸即可。大氣缸主要的工作就是完成氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手中的提升和氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手中的下降動(dòng)作。而小氣缸主要的工作就是進(jìn)行抓取氣罐動(dòng)作,在實(shí)際工作中,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手完成動(dòng)作的時(shí)候,會(huì)同時(shí)伸出大氣缸跟小氣缸,還會(huì)明顯提升大氣缸的位置,儲(chǔ)氣罐就會(huì)承受來(lái)自于小氣缸中活塞桿施加給力,并且呈現(xiàn)一個(gè)越來(lái)越大的趨勢(shì),在完成工人儲(chǔ)氣罐充氣操作之后,就會(huì)明顯的降低大氣缸的位置,并且導(dǎo)致儲(chǔ)氣罐沒入水中。在實(shí)際工作中,需要工作人員嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的檢查儲(chǔ)氣罐的氣密性情況,進(jìn)而有效的劃分合格的產(chǎn)品,剔除那部分不合格的產(chǎn)品,找到合適工作實(shí)際的產(chǎn)品,還可以從根本上保證氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)順利完成,在上述的基礎(chǔ)上就可以促使氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到基礎(chǔ)的改善以及提升。為了驗(yàn)證該項(xiàng)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)的可行性以及實(shí)效性,對(duì)設(shè)計(jì)加工制作氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)踐檢驗(yàn),之后得到以下的結(jié)果:氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手可以快速的、高精度的模擬人的手部動(dòng)作,還具有顯著的穩(wěn)定性。在實(shí)際工作中,會(huì)存在泄漏的情況,不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成大的影響。且氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手具有非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及較低的制作成本。在使用PLC技術(shù)的前提下,可以保證氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作工作的精準(zhǔn)性以及靈活性,提升動(dòng)作精度,提升通用性。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手可以從根本上實(shí)現(xiàn)人手動(dòng)作模擬的構(gòu)建,主要的基礎(chǔ)是氣壓傳動(dòng)作用的使用。氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作非常的迅速,且還存在非常良好的適用性,其反應(yīng)的速度也非常的快等,同時(shí)還具有非常高的穩(wěn)定性以及針對(duì)性,所以基本上不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響,并且也能正常的工作。在使用的過(guò)程中,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手存在不明顯的泄漏情況等,所以,不會(huì)增加相應(yīng)的環(huán)境污染程度,并且其所耗費(fèi)的制作資金成本和設(shè)計(jì)資金成本還是比較低的,所以對(duì)于氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的開發(fā),很多企業(yè)還是非常愿意投入資金的。所以,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)大范圍的針對(duì)推廣以及使用,在我國(guó)制造業(yè)、貨運(yùn)等多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手都有使用的情況。在實(shí)際操作的過(guò)程中,可以選擇PLC編程的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的針對(duì)有效的控制,這樣一來(lái),在操作的過(guò)程中氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手就可以具備非常高的生產(chǎn)可靠性以及標(biāo)準(zhǔn)性,其存在的靈活性非常的顯著,并且還會(huì)存在非常高的通用性。

參考文獻(xiàn):

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作者:龍創(chuàng)平 陳豪 單位:陜西航天機(jī)電環(huán)境工程設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司