气动搬运机械手

 

摘要:本文主要针对气动搬运机械手的设计进行研究,首先对气动搬运机械手的设计方案进行了概述,然后分别详细阐述了气动搬运机械手手部结构的设计、气动搬运机械手的手腕结构设计,最后分析介绍了气压系统的设计,以起到推动气动搬运机械手发展的作用。

关键词:气动搬运机械手;PLC;气动控制

1 引言

1.1 选题背景

气动搬运机械手的投入使用,大大减小了人们的生活压力和劳动量,大大提高了生产活动中的自动化水平和机械化水平,在我国的机械制造业、电子、冶金、原子能以及轻工等行业获得了广泛的应用,有效保证了工作人员的人身安全。

1.2 文献综述

气动技术是流体传动及控制技术的一个重要分支。近年来,随着工业的飞速发展,在工业自动化领域机电一体化技术得到了广泛应用,随着工业自动化程度的提高,气动技术以其成本低廉、工作效率高、干净且不污染环境、节约能源、使用和维修方便、对环境要求不高等一系列优点,己在各个领域得到越来越广泛的应用,气动技术已经成为当今实现自动化的重要手段之一。

2PLC概述

2.1 PLC定义

可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

2.2 PLC的分类

1.按容量分类

PLC 的容量主要是指 PLC 的输入/输出(I/O)点数。按 I/O 总点数可分为小型、中型和大型三类。

2.按结构形式分类

按结构形式的不同,PLC 主要可分为模块式和整体式。

3.按功能分类

按功能不同,PLC 可以分为低档、中档及高档三类。

3 气动搬运机械手的结构及工作原理

3.1 气动搬运机械手的结构

3-1为气动搬运机械手的结构及动作示意图,它由推料气缸1、单杆气缸3、双导杆气缸4、气动手爪5、电感传感器、步进电机7等织成。

3.2 气动搬运机械手的工作原理

气动搬运机械手的气动原理如图3-2所示。该气动系统主要包含4个气缸:推料气缸2、伸缩气缸3、升降气缸4和气动手爪5。其中,推料气缸、伸缩气缸和升降气缸均由单电控二位五通阀14, 15, 16控制,气动手爪由双电控二位五通阀17控制。单向节流阀6 ~13用来提高气缸动作时的速度稳定性。

 

 

 

1.推料气缸2.井式工件库3.单杆气缸4.双导杆气缸5.气动手爪6.转轴7.步进电机8.传送带

 

3.3 气动搬运机械手控制要求

1)气动搬运机械手搬运控制要求

当存放料台光电传感器检测工件到位后,机械手手臂前伸,手臂伸出限位传感器检测到位后,延时0. 5S手爪气缸下降,手爪下降限位传感器检测到位后,延时0. 5S气动手爪抓取工件,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后,延时0. 5S手爪气缸上升,手爪提升限位传感器检测到位后,手臂气缸缩回,手臂缩回限位传感器检测到位后,手臂向右旋转,手臂旋转完成一定角度后,手臂前伸,手臂伸出限位传感器检测到位后,手爪气缸下降,手爪下降限位传感器检测到位后,延时0. 5S气动手爪放开工件,手爪气缸上升,手爪提升限位传感器检测到位后,手臂气缸缩回,手臂缩回限位传感器检测到位后,手臂向左旋转,等待下一个工件到位,重复上面的动作。

2)启动、停止、复位、警示

系统上电后,点动“复位”按钮后系统自动复位,将存放料台清空。

点动“启动”按钮,警示绿灯亮,缺料警示黄灯闪烁,放入工件后设备开始运行。

按“停止”按钮,所有部件停止工作,警示红灯亮,缺料警示黄灯闪烁。

3)原统突然断电的处理

系统如突然断电,设备立即停止工作。电源恢复后,点动“复位”按钮,再点动“启动”按钮,机械手按照控制要求(1)运行。

3.4 气动搬运机械手手部结构的设计

1)夹持类型的手部结构工作原理

通过手爪与传力机构的有效配合来实现人手功能的模仿。如果气动搬运机械手属于齿轮齿条式的手部结构的话,就需要通过一支点与两指的配合。

2)气动搬运机械手驱动力和夹紧力的计算

在气动搬运机械手的应用过程中,工件所承受的手指施加的夹紧力,用N表示,驱动力用F来表示,假设工件的重量是5 kg,手指V的角度在w=120°, R=24mm,b=120 m m。工件所需的夹紧力就可以使用下列公式进行计算:

NK1K2K3G

在齿轮齿条传动的条件下,K1的拿权系数取数值1.5,而工件所具备的最大加速度a=0.3 kg/s2,工件由于重力而产生的加速度是g9.8 kg/s}的话,工

作情况系数K2就用下列数值表示:K2 =1a/g=1.03, K3=0.5,将已知数值带入上述所说的公式就可以求出工件所需的夹紧力:

N=K1K2K3G=1.5×1.03×0.5×5×9.8=37.9N

手部完成动作所需的驱动力可以使用下列公式求出:

F=2bN/R=2×120×37.9/24=379N

如果η的值取0.94的话,那么启动搬运机械手所需的实际驱动力是:

F实际=F/η379/0.94=403N

3.5 气动搬运机械手的手腕结构设计

在手腕设计的过程中,是使用螺钉来实现定片和缸体固定连接的,动片和回转轴之间的固定连接也是通过螺钉实现的,而动片又将手腕位置的气腔分成了两个部分,这样设计主要是为了实现手腕设计的简便和紧凑。

3.6 气压系统设计

将气动搬运机械手的动作要求作为依据设计出一个大气缸和一个小气缸,大气缸主要是用来负责气动搬运机械手中的提升和下降动作的,而小气缸主要是用来进行气罐抓取动作的,在气动搬运机械手完成动作的过程中,大气缸与小气缸同时伸出,大气缸被提升,而小气缸中的活塞杆施加给储气罐的力越来越大,在工人给储气罐进行充气操作之后,大气缸就会出现下降的现象,储气罐就会没入水中,工作人员对储气罐的气密性进行观察,从而区别出合格和不合格的产品,以保证气动搬运机械手设计的顺利进行,从而提高气动搬运机械手设计的质量。

4 气动搬运机械手控制系统设计

4. 1气动搬运机械手动作流程工艺分析

 

4. 2PLCI/O口分配

 

4. 3气动搬运机械手软件设计

气动搬运机械手动作流程简单,且规律性强,在进行软件设计的时候可以采用移位指令实现,这里略去。在本机械手软件设计中,较为复杂的是步进电机的控制。在步进电机控制电路中,步进电机驱动器的脉冲信号PUL方向信号DIR分别由PLCQ0.0Q0.1提供,通过程序设置脉冲数目和步进电机的转动方向,从而实现对机械手左右旋转的精确控制。

5 结束语

气动搬运机械手在操作的过程中是使用PLC编程进行控制的,因此生产可靠性极高,又具有很高的灵活性,因此通用性也很高。

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

[1] 黄伟玲. 基于PLC的气动搬运机械手设计[J]. 煤矿机械. 2009(10)

[2] 张铁异,何国金,黄振峰. 基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现[J]. 液压与气动. 2008(09)

[3] 王莉莉. 基于PLC控制的气动搬运机械手系统设计[J]. 电子科技. 2013(04)

[4] 陶海斌,倪俊芳. 气动机械手自动搬运控制系统的设计[J]. 电工电气. 2013(01)

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