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        應(yīng)用于物料搬運(yùn)的電磁式機(jī)械手設(shè)計(jì)

        2017-10-21 21:41:17蔡德帥胡笑奇
        大東方 2017年12期
        關(guān)鍵詞:電磁式匝數(shù)電磁鐵

        蔡德帥 胡笑奇

        摘要:針對工業(yè)現(xiàn)場常見的物料搬運(yùn)等問題,本文進(jìn)行了物料搬運(yùn)機(jī)器手的設(shè)計(jì)。首先,分析了抓重、自由度、運(yùn)動(dòng)速度等主要參數(shù),確定了利用電磁原理進(jìn)行重物夾持的搬運(yùn)方式,然后進(jìn)行了手部結(jié)構(gòu)的分析,最后確定了線圈匝數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)。

        關(guān)鍵詞:搬運(yùn),機(jī)器手

        一、前言

        在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。除了加工本身外,還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè),有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。機(jī)械手可在空間抓放物體,動(dòng)作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn),在一定程度上能夠取代人力,減小產(chǎn)業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)效率,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

        二、總體設(shè)計(jì)思路

        根據(jù)一般企業(yè)的需求,當(dāng)所搬運(yùn)的物體超過30公斤時(shí),將會(huì)引起產(chǎn)業(yè)工人的疲勞,因此本文將重物搬運(yùn)至運(yùn)輸小車上作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)。本課題采用的坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系,包括Z軸升降、Z軸回轉(zhuǎn)、Y軸伸縮,三方向共同作用完成物料搬運(yùn)。

        三、機(jī)械手的主要參數(shù)

        (1)抓重(或臂力)。根據(jù)企業(yè)設(shè)計(jì)需要,本文將機(jī)械手的抓重設(shè)置為80kg。

        (2)自由度數(shù)和坐標(biāo)型式。根據(jù)以上分析我們設(shè)計(jì)的機(jī)械手為三自由度、圓柱坐標(biāo)式的簡易輕型工業(yè)上、下料搬運(yùn)機(jī)械手。

        (3)運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)可提要求,設(shè)計(jì)機(jī)械手的最大平移速度為 ,最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度為。為。以此滿足生產(chǎn)需求、節(jié)約資源,選擇最佳方案。

        (4)行程范圍。本課題要求物料機(jī)械手的單向伸縮行程為,回轉(zhuǎn)角度范圍,X方向行程范圍,Y方向行程范圍。

        (5)動(dòng)作過程及時(shí)間分配。設(shè)計(jì)出機(jī)械手大概的動(dòng)作過程以及時(shí)間分配:1)水平伸出需;2)豎直下降需;3)吸取物料需;4)豎直上升需;5)水平收縮需;6)逆向轉(zhuǎn)動(dòng)需1s;7)豎直下降需;8)松開物料需;9)豎直上升需;10)順向轉(zhuǎn)動(dòng)需1s。

        (6)定位精度。機(jī)械手精度太低就完不成所需功能,精度太高成本又會(huì)增加。位置設(shè)定精度及重復(fù)定位精度,課題要求機(jī)械手定位精度為到之間。

        四、手部結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

        本設(shè)計(jì)采用電磁式手部結(jié)構(gòu),其工作原理為,當(dāng)電磁鐵通電時(shí),電磁鐵電路構(gòu)成回路,此時(shí)電磁鐵具有磁性可以吸起要搬運(yùn)的工件;當(dāng)手臂移動(dòng)到所需要的位置時(shí),此時(shí)斷開電磁鐵電路,電路短路,電磁鐵失去磁性同時(shí)手部松開工件。

        手部吸起工件時(shí)所需要的力稱為握力,握力的大小與被夾持工件的重量、中心位置以及夾持工件的方位有關(guān)系,將握力假想為作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi),并設(shè)兩力大小相等,方向相反,以N表示。

        電磁式手部握力的計(jì)算,只需根據(jù)工件的重量進(jìn)行分析,本設(shè)計(jì)中機(jī)械手的工作方式是手指垂直位置夾緊水平位置放置的工件,并且是平面上吸取物料。所以應(yīng)選擇的計(jì)算公式為:

        (1)

        式中,M---物料重量(公斤)

        g---重力加速度

        所以

        即 吸力為800牛頓

        考慮到工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、震動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響,實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力 為:

        (2)

        式中 η--手部的機(jī)械效率,一般?。ǎ?;

        K1--安全系數(shù),一般?。ǎ?;

        K2—工作情況系數(shù),主要考慮慣性力的影響,K2可近似估計(jì)為(a為抓取工件時(shí)運(yùn)動(dòng)最大加速度,g為重力加速度)

        利用電力系統(tǒng),所以傳動(dòng)效率選擇 ,。

        若被抓取工件的最大加速度取時(shí), 則 。

        所以

        五、電磁式手部電磁鐵參數(shù)計(jì)算

        因?yàn)閷?shí)際所需吸力:

        所以電磁鐵吸力:

        電磁力計(jì)算公式:

        (3)

        式中 ——真空導(dǎo)磁率為

        B——磁通量

        S——線圈面積

        所以

        (4)

        式中: H—磁感應(yīng)強(qiáng)度

        B—磁通量

        (5)

        式中: I—線圈中的電流

        W—線圈的匝數(shù)

        L—線圈的長度

        (3-6)

        公式中: U—線圈兩端的電壓

        R為線圈的電阻

        工業(yè)用電U=380V,經(jīng)查資料,起重電磁鐵線圈中通電的最大電流值為0~80A,本設(shè)計(jì)中取電流為50A。

        綜上所述:該電磁鐵中的線圈匝數(shù) ,取線圈匝數(shù) W=4920匝

        六、結(jié)語

        本設(shè)計(jì)根據(jù)企業(yè)中搬運(yùn)物料的需求,分析了各種夾持方式的優(yōu)缺點(diǎn),選擇了電磁式的夾持方式,以80公斤的搬運(yùn)重物為例進(jìn)行了手部機(jī)構(gòu)分析,計(jì)算了電磁吸力、電磁鐵線圈匝數(shù)等重要參數(shù)。

        項(xiàng)目資助:浙江省新苗人才計(jì)劃資助(編號2016R431004)

        (作者單位:麗水學(xué)院工學(xué)院)

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