分析氣動(dòng)機(jī)械手臂的關(guān)鍵技術(shù)原理及方式,職稱論文

分析氣動(dòng)機(jī)械手臂的關(guān)鍵技術(shù)原理及方式,職稱論文內(nèi)容摘要：機(jī)械自動(dòng)化是各行各業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，隨著社會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的人力勞動(dòng)和半自動(dòng)化勞動(dòng)已經(jīng)不能知足當(dāng)代生產(chǎn)加工的需要，通過(guò)自動(dòng)機(jī)械手臂代替人工完成重復(fù)的體力勞動(dòng)，不僅減輕了人工負(fù)擔(dān)，更提高了工作效率和質(zhì)量。針對(duì)機(jī)械手臂應(yīng)用的特點(diǎn)，講明了其常見(jiàn)的種類和各自優(yōu)勢(shì)，分析了氣動(dòng)機(jī)械手臂的關(guān)鍵技術(shù)原理，總結(jié)了氣動(dòng)手臂控制的流程及方式。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：氣動(dòng)；機(jī)械手臂；技術(shù)；控制；Abstract:Themaintrendofthedevelopmentofmechanicalautomationinallwalksoflifeisthatwiththeincreasingdemandforindustrialproductionefficiencyinsociety,thetraditionalmanualandsemi-automaticlaborcannolongermeettheneedsofmodernproductionandprocessing.Replacingmanuallaborwithautomaticmanipulatorarmnotonlyreducesthemanualburden,butalsoimprovestheefficiencyandqualityofwork.Accordingtothecharacteristicsoftheapplicationofthemanipulator,thecommontypesandtheirrespectiveadvantagesareexplained.Thekeytechnologyprincipleofthestart-upmanipulatorisanalyzed,andthecontrolprincipleandmodeofthestart-uppneumaticmanipulatoraresummarized.Keyword:pneumatic;mechanicalarm;technology;control;在機(jī)械技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，機(jī)械手臂作為當(dāng)代工業(yè)上廣泛使用的先進(jìn)設(shè)備，在自動(dòng)生產(chǎn)線、機(jī)械加工、汽車裝配、智能裝備、建筑領(lǐng)域、采礦業(yè)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。常用的機(jī)械手臂主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取和移動(dòng)工件的相關(guān)功能，機(jī)械手臂盡管在大多數(shù)工作場(chǎng)合均執(zhí)行簡(jiǎn)單的重復(fù)性工作任務(wù)，但其在保證工作穩(wěn)定性的同時(shí)，還能代替人力工作于高溫、噪音、粉塵、有毒、輻射、危險(xiǎn)等惡劣環(huán)境，顯著提高了工業(yè)生產(chǎn)的安全性和效率。且傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)設(shè)備存在著生產(chǎn)效率低、準(zhǔn)確性和安全性缺乏的問(wèn)題，這也推動(dòng)了當(dāng)代化新型機(jī)械手臂的研究與發(fā)展，作為智能輔助設(shè)備，機(jī)械手臂也以其特有的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造了非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。1機(jī)械手臂的種類及特性機(jī)械手臂根據(jù)不同生產(chǎn)要求和技術(shù)特點(diǎn)分為不同的種類，根據(jù)現(xiàn)前階段使用的構(gòu)造和功能，大體能夠分為普通機(jī)械手臂、液壓機(jī)械手臂、氣動(dòng)機(jī)械手臂以及其他功能更為綜合的先進(jìn)機(jī)械手臂。普通機(jī)械手臂通常采用機(jī)械構(gòu)造和電機(jī)、關(guān)節(jié)軸承等部件組成，屬于傳統(tǒng)的機(jī)械手臂形式，在過(guò)去的機(jī)械化生產(chǎn)中使用廣泛；液壓機(jī)械手臂在普通機(jī)械手臂的基礎(chǔ)上增加了液壓系統(tǒng)及相關(guān)原件，優(yōu)化了機(jī)械手臂的相關(guān)性能；氣動(dòng)機(jī)械手臂也是在傳統(tǒng)的機(jī)械臂上進(jìn)行的優(yōu)化，增加了氣泵、氣缸及其他氣動(dòng)元件。表1列舉了工業(yè)生產(chǎn)上常用的不同種類機(jī)械手臂的特點(diǎn)。從表中能夠看出，普通機(jī)械手臂的優(yōu)勢(shì)已不明顯，液壓機(jī)械手臂和氣動(dòng)機(jī)械手臂根據(jù)不同的使用要求，具備各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，液壓機(jī)械手臂具有傳遞功率大的特點(diǎn)，而氣動(dòng)手臂的可控性和靈敏性更好。表1不同種類機(jī)械手臂特點(diǎn)2氣動(dòng)機(jī)械手臂的主要構(gòu)造2.1總體構(gòu)造及特點(diǎn)采用氣壓回路控制的機(jī)械化手臂在自動(dòng)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用特別廣泛，根據(jù)不同的要求，機(jī)械手臂的構(gòu)造和形式也多種多樣，其關(guān)鍵的部件包括了控制裝置、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、氣泵、氣缸、支臂、連接臂、抓手以及固定構(gòu)造等〔圖1〕.本文以圖1所示的機(jī)械手臂為例，講明氣動(dòng)機(jī)械手臂的構(gòu)造功能及控制方式方法。氣動(dòng)機(jī)械手臂通常需要根據(jù)固定的動(dòng)作順序完成氣缸的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，例如此圖1中的機(jī)械臂，能夠完成抓取物體、支臂伸縮、連接臂升降、立柱轉(zhuǎn)動(dòng)四個(gè)功能，整個(gè)經(jīng)過(guò)可通過(guò)PLC控制和調(diào)整，且通過(guò)控制手柄能實(shí)現(xiàn)復(fù)位、停止、手動(dòng)操作等諸多功能。2.2關(guān)鍵部件及功能特點(diǎn)為方便對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行講明，現(xiàn)將圖1中的氣動(dòng)機(jī)械手臂簡(jiǎn)化為圖2所示。立柱的主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂整體在B處的上下移動(dòng)，同時(shí)能夠?yàn)橹П墼贏點(diǎn)提供支點(diǎn)，以保證支臂的上下擺動(dòng)，進(jìn)而完成機(jī)械臂的后續(xù)工作?？傮w上講，立柱必須具備足夠的力學(xué)強(qiáng)度，以保證整個(gè)機(jī)械手臂工作經(jīng)過(guò)的安全性。支臂在A點(diǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與立柱連接，能夠?qū)崿F(xiàn)支臂在豎直方向的擺動(dòng)要求；連接臂與支臂在C點(diǎn)通過(guò)旋轉(zhuǎn)缸連接，以實(shí)現(xiàn)連接臂在水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)要求。連接臂與抓手在G點(diǎn)處采用氣缸直連，能夠?qū)崿F(xiàn)抓手在豎直方向的精細(xì)移動(dòng)。在設(shè)計(jì)各部件構(gòu)造和尺寸時(shí)，必需要考慮實(shí)際工作的各種情況，保證機(jī)械手臂能到達(dá)工作面的任意位置。圖1氣動(dòng)機(jī)械手臂主要構(gòu)造示意1.固定底座2.立柱3.驅(qū)動(dòng)電機(jī)4.氣缸5.支臂6.連接臂7.抓手圖2氣動(dòng)機(jī)械手臂構(gòu)造簡(jiǎn)化從圖1能夠看出，立柱的構(gòu)造包括了上下兩個(gè)法蘭的連接構(gòu)造，下部法蘭的幾何尺寸較大，能夠與地面基礎(chǔ)通過(guò)地腳螺栓實(shí)現(xiàn)有效的連接。而與上部構(gòu)造的連接使用了圓錐滾子軸承作支撐，保證了立柱上半部分能夠繞立柱中心線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在關(guān)節(jié)處設(shè)計(jì)有制動(dòng)構(gòu)造，若發(fā)現(xiàn)機(jī)械臂出現(xiàn)故障問(wèn)題或危險(xiǎn)，可通過(guò)控制制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)構(gòu)造的鎖定。立柱的上部通過(guò)心軸與支臂相連接，支臂利用汽缸伸縮實(shí)現(xiàn)相關(guān)動(dòng)作，在支臂與立柱的連接處，也設(shè)計(jì)了安全防護(hù)的制動(dòng)裝置，以避免支臂失效忽然下垂而產(chǎn)生的安全隱患。3氣動(dòng)控制原理及工作流程氣壓傳動(dòng)的機(jī)械手臂是工業(yè)上應(yīng)用較多，通過(guò)將空氣壓縮后產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，進(jìn)而完成氣缸等執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械臂各部件完成相關(guān)動(dòng)作。機(jī)械臂使用的啟動(dòng)裝置大體由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，如此圖3所示。動(dòng)力機(jī)構(gòu)主要是用氣泵壓縮空氣為系統(tǒng)提供壓縮力的構(gòu)造，輔助機(jī)構(gòu)主要是對(duì)氣源進(jìn)行過(guò)濾、傳導(dǎo)等輔助功能，控制構(gòu)造通過(guò)控制閥改變壓縮空氣的壓力、流動(dòng)方向以及流量，執(zhí)行元件通過(guò)氣缸、旋轉(zhuǎn)缸完成指定動(dòng)作。圖3氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)流程將氣動(dòng)裝置應(yīng)用于氣動(dòng)機(jī)械手臂時(shí)，需要為手臂設(shè)計(jì)合理的工作流程，以圖1所示的機(jī)械臂為例，工作流程可設(shè)計(jì)為：工作開(kāi)場(chǎng)---立柱氣缸回縮下降---旋轉(zhuǎn)缸繞立柱轉(zhuǎn)動(dòng)---支臂氣缸回縮擺動(dòng)---連接臂氣缸伸出---抓手抓取物品---連接臂氣缸回縮上升---支臂氣缸伸出抬高---旋轉(zhuǎn)缸繞立柱回轉(zhuǎn)---立柱氣缸回縮下降---抓手放置物品---工作結(jié)束。機(jī)械手臂的動(dòng)作流程，可通過(guò)執(zhí)行單元里面的行程開(kāi)關(guān)以及壓力繼電器進(jìn)行目的點(diǎn)檢測(cè)，然后通過(guò)PLC發(fā)出控制信號(hào)對(duì)相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)向閥進(jìn)行控制，以保證機(jī)械手臂能根據(jù)預(yù)定道路動(dòng)作。4結(jié)束語(yǔ)綜上所述，氣動(dòng)機(jī)械手臂在構(gòu)造和功能執(zhí)行上具備其特有的優(yōu)勢(shì)，較合適需要靈敏反響和便捷操作的場(chǎng)合使用。由于不同工作場(chǎng)合對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手臂的要求不一樣，因而，在設(shè)計(jì)和使用氣動(dòng)手臂時(shí)應(yīng)注意對(duì)其氣源和傳導(dǎo)零件的保衛(wèi)，以避免漏氣或裝置失效產(chǎn)生安全隱患。盡管氣動(dòng)機(jī)械手臂具有效高的使用價(jià)值，但是隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，為克制機(jī)械手臂作業(yè)的短板，先進(jìn)機(jī)械手臂的研究逐步向著多功能和多學(xué)科結(jié)合的方向進(jìn)步。以下為參考文獻(xiàn)[1]葉金玲，周欽河，賴乙宗。自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)械手全氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2020〔4〕:79-82.[2]楊波，沈燕青，朱林軍。氣動(dòng)機(jī)械手在自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[