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【兆恒機械】巧妙的機械手臂設計,輕松實現(xiàn)工件在傳送帶與機床之間的往復

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  • 添加日期:2021年04月01日

摘要:在吸收有關工業(yè)機器人系統(tǒng)方面知識的基礎上,介紹了工業(yè)機械手臂的設計。該機械手采用步進電機控制伸縮臂的精確穩(wěn)定,液壓控制楔塊帶動連桿,夾持力大且輕便。


  機器人是自動完成作業(yè)的機器裝置,執(zhí)行的是協(xié)助或是替代人類工作的工作。目前在工業(yè)、醫(yī)學以及軍事等領域中均有重要用途。在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要矛盾促使采用新的技術設備,即操作機(操作工具)。機器特別是機床的裝卸,操作過程中一些工件的傳送,工件的儲存和取出,部件安裝、焊接、鍛造、壓制、噴漆和其他許多工藝操作工程等,這些操作表面看來并不復雜,通常不需要有特別技能的工人,但卻要由人的手和手臂結合運動過程操作。所以各國都在研究程序控制系統(tǒng)的自動化工業(yè)操作機——機械手。


  本設計的主要內(nèi)容包括電動伸縮臂和液壓控制夾持器的設計。使用步進電動機作為伸縮臂的動力源,步進電動機最大的優(yōu)點是能夠準確定位,取代了以往靠定位柱來定位的方式。夾持器采用液壓驅動楔塊帶動連桿機構,連桿機構的優(yōu)點是磨損輕以及加工容易。


1.總設計方案

  機械手一般由執(zhí)行機構、驅動機構、控制機構以及位置檢測機構等組成,驅動機構可以采取液壓傳動、氣動傳動、電氣傳動和機械傳動等形式,而多數(shù)采用電機液聯(lián)合傳動。


  該機械手是將圓柱形零件從傳送帶上夾送到專用機床上,待加工完成后再夾裝回傳送帶的專用機械手。機械手總體分為夾持器、伸縮臂、升降臂和底座4部分,如圖1所示。夾持器安裝在伸縮臂上,伸縮臂安裝在升降臂上,升降臂安裝在底座上,聯(lián)接方式均為法蘭盤螺栓聯(lián)接。


  機械手完成一次傳遞和取回動作過程如下:從原位開始,工件經(jīng)傳送帶傳送到指定位置時,通過預先編輯好的程序使機械手執(zhí)行命令,升降臂下降,夾持器夾緊工件后,升降臂上升,到達指定高度后,底座快速回轉,隨后底座向工件的加工機床慢進,到指定位置伸縮臂伸出,夾持器松開,工件被放在機床的相應位置,而后伸縮臂縮回;待加工完成后,伸縮臂再次伸出,夾持器夾緊加工完成后的工件,伸縮臂縮回,底座回轉,底座向傳送帶一側慢退到指定位置,升降臂開始下降,到達傳送帶上方,夾持器松開,將工件放在傳送帶上后,升降臂上升到原位停止,準備下次循環(huán)。


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圖1  機械手總體方案圖

1.夾持器  2.伸縮臂  3.升降臂  4.底座


2.夾持器的設計

  楔塊杠桿式回轉型夾持器(見圖2)由活塞桿、楔塊、滾輪、輔助桿、夾持器手爪、夾持器臂和彈簧等組成。工作時,由液壓缸活塞桿1推動楔塊2向前運動,從而使夾持器臂6左端的兩個滾輪3互相分開,使夾持器手爪實現(xiàn)夾緊,夾持器處于夾持狀態(tài);活塞桿縮回,在彈簧的作用下,夾持器張開。


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圖2  夾持器結構圖

1.活塞桿  2.楔塊  3.滾輪  4.輔助桿  5夾持器手爪  6.夾持器臂  7.彈簧


  根據(jù)夾持器的驅動力由液壓缸提供的原則,選用液壓缸已滿足該工作場合的使用。本方案選用了W70/140L-1系列輕型拉桿液壓缸,與同等壓力等級液壓缸相比,該液壓缸具有結構簡單、零件通用化程度高和安裝形式多樣等特點,該液壓缸符合本方案結構緊湊、質(zhì)量輕的設計思想。夾持器部分用一對主夾持器臂外加一對輔助臂的設計,可以保證工作時手爪的工作面始終與工件在同一平面上,提高了機器的安全性。


  夾持器的手爪采用V形爪結構,材料選用鋁合金,因此該V形爪不易變形和斷裂,且質(zhì)量輕,加工方法為鑄造,結構如圖3所示。

 

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圖3  夾持器手爪示意圖


  V形爪兩內(nèi)側加工出條狀溝痕,用來增加夾持工件時的摩擦力,使夾持工件更牢固,此外,為防止V形爪夾持損傷工件表面,還可以在V形爪的工作面上粘貼上一面有粗糙波紋的橡膠板,這樣可以起到保護作用,要求橡膠板與V形爪粘接處的黏膜牢固防止橡膠板脫落。


3.電動伸縮臂的設計

  機械手伸縮臂,底板固定在大臂上,前端法蘭安裝機械手,完成直線伸縮動作。電動伸縮臂主要包括電動機、傳動齒輪、軸承組、滾珠絲杠和導軌等組成。交流力矩電動機通過傳動齒輪驅動滾珠絲杠,推動導桿運動,利用電動機正反向轉動實現(xiàn)伸縮,雙向止推軸承組合保證了絲杠的穩(wěn)定性,通過導桿上撞塊撞擊限位開關來實現(xiàn)最大伸縮定位,當撞塊撞擊右端開關達到最大伸出位移,當撞塊撞擊左端達到最大收縮位移。


  伸縮臂采用交流力矩電動機驅動,力矩電動機通過調(diào)整工作電壓,改變堵轉力矩的大小,達到工作平穩(wěn)、動作快捷以及定位準確的要求。傳動部分伸縮臂采用滾珠絲杠傳動,滾珠絲杠與其他傳動件如梯形螺紋絲杠相比,明顯的優(yōu)點是使此機械手控制精確、收縮平穩(wěn)靈活、動作快捷以及工作協(xié)調(diào)。執(zhí)行部件伸縮臂的伸出和縮回運動通過導向桿的伸縮來實現(xiàn),導向桿部分采用雙導向桿方式設計,這樣可以進一步提高伸縮臂的機械性能和精度要求。


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圖4  電動伸縮機構示意圖

  1. 電動機  2.傳動齒輪  3.雙向止推軸承組合  4.緩沖彈簧  5.滾珠絲杠  6.軸承  7.法蘭  8.限位開關  9.直線導軌  10.撞塊  11.聯(lián)接板  12.底板


4.結語

  本次設計要完成的任務是將工件從傳送帶轉移到機床上,待加工完成后再把工件放回傳送帶,該機械手臂投入生產(chǎn)使用后,首先是提高了生產(chǎn)效率,減少了人工成本,使生產(chǎn)過程更加流暢有序。同時,也有效地避免了因人工搬運過程帶來的安全隱患,減少了工傷的發(fā)生和工件在搬運過程中發(fā)生磕碰的概率,對企業(yè)提升經(jīng)濟效益有很大幫助。