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        智能裝配產(chǎn)品的通信系統(tǒng)開發(fā)

        2018-12-22 07:05:48肖猷坤李沛輝東莞理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院曾志彬吳國(guó)洪東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司陳學(xué)忠廣東石東實(shí)業(yè)集團(tuán)公司
        數(shù)碼世界 2018年8期
        關(guān)鍵詞:設(shè)置

        肖猷坤 李沛輝 東莞理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 曾志彬 吳國(guó)洪 東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司 陳學(xué)忠 廣東石東實(shí)業(yè)(集團(tuán))公司

        0 前言

        由于機(jī)械手可具有多個(gè)自由度,夾取、搬運(yùn)工件都具有很高的靈活性,并且結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)提高作業(yè)效率,保證作業(yè)精度以及精確性[1]。因此自動(dòng)化裝配領(lǐng)域常常利用機(jī)械手代替人來完成裝配工作[2],很多機(jī)器設(shè)備的組裝,要求Z軸方向上的電機(jī)要豎直安裝并且電機(jī)輸出軸要在下方,然而平常放置電機(jī)時(shí),往往是以電機(jī)軸朝上的方式放置。電機(jī)如步進(jìn)電機(jī),在電機(jī)輸出軸一側(cè)的端面具有四個(gè)通孔,利用機(jī)械手夾取電機(jī)后,在安裝工位對(duì)準(zhǔn)裝配位置,旋進(jìn)螺絲即可把電機(jī)固定完成。

        利用機(jī)械手夾取電機(jī)并且送往Z軸上合適的安裝位置時(shí),需要完成180°的旋轉(zhuǎn)功能,雖然利用市場(chǎng)上現(xiàn)有的六軸機(jī)械手[3]可以實(shí)現(xiàn)該功能,但是成本高,控制系統(tǒng)復(fù)雜,不適用于中小型企業(yè)。然而也存在有些翻轉(zhuǎn)機(jī)械手利用翻轉(zhuǎn)控制凸輪機(jī)構(gòu),但是該機(jī)構(gòu)的引入會(huì)增加加工難度以及加工成本。

        針對(duì)以上問題,本文提出了一種智能裝配產(chǎn)品的通信系統(tǒng)開發(fā)方案,利用一個(gè)直線氣缸、一個(gè)旋轉(zhuǎn)氣缸和一個(gè)氣爪作為主要設(shè)計(jì)部分,采用氣壓驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能,下文將從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面與控制系統(tǒng)方面進(jìn)行闡述。

        1 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

        本文利用一個(gè)三軸氣缸、一個(gè)旋轉(zhuǎn)氣缸和一個(gè)氣爪作為驅(qū)動(dòng)件,除了驅(qū)動(dòng)件還包括有連接組件(角鋁支撐件、法蘭)以及執(zhí)行件(手指)。角鋁支撐件作為一個(gè)外連接的部件,其設(shè)置在三軸氣缸的側(cè)面,三軸氣缸用于提供直線運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)氣缸設(shè)置在三軸氣缸的上方(即軸末端),提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);法蘭設(shè)置在旋轉(zhuǎn)氣缸的上方(即旋轉(zhuǎn)軸的末端),用于輔助固定氣爪。氣爪設(shè)置在法蘭的上方,手指設(shè)置在氣爪的末端,設(shè)計(jì)固定形狀的手指,使其更適合抓取電機(jī)。

        角鋁支撐件設(shè)置了四個(gè)通孔,其中兩個(gè)通孔用于連接三軸氣缸,另外兩個(gè)通孔用于外連接,如連接導(dǎo)軌滑塊實(shí)現(xiàn)該翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的大范圍運(yùn)動(dòng)。三軸氣缸缸體通過螺栓與角鋁支撐件連接,即可固定三軸氣缸,三軸氣缸桿體也通過螺栓與旋轉(zhuǎn)氣缸缸體連接,可實(shí)現(xiàn)三軸氣缸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)氣缸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。法蘭設(shè)置了與旋轉(zhuǎn)氣缸桿體配合的通孔,并且設(shè)置了與氣爪缸體配合的沉頭孔,保證了用于連接氣爪缸體的螺釘不會(huì)與旋轉(zhuǎn)氣缸桿體產(chǎn)生干涉;旋轉(zhuǎn)氣缸桿體通過螺栓與法蘭連接,進(jìn)一步的,法蘭通過螺釘與氣爪缸體連接,可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)氣爪旋轉(zhuǎn);手指的側(cè)面設(shè)置了兩個(gè)通孔,通過螺栓與氣爪桿體連接,可實(shí)現(xiàn)氣爪帶動(dòng)手指張開或夾緊。

        本文對(duì)夾持的步進(jìn)電機(jī)設(shè)置為兩類,分別為42步進(jìn)電機(jī)、57步進(jìn)電機(jī),其中42步進(jìn)電機(jī)的尺寸規(guī)格為兩平行端面(非電機(jī)輸出軸的端面)之間的距離約為42mm,57步進(jìn)電機(jī)的尺寸規(guī)格為兩平行端面(非電機(jī)輸出軸的端面)之間的距離約為57mm[4]。在42步進(jìn)電機(jī)和57步進(jìn)電機(jī)的全部種類中,最大重量為2.0kg,當(dāng)氣爪夾取電機(jī)時(shí),所需的夾持力需要能達(dá)到 F=2.0kg×9.8m/s2=19.6N,此外,42步進(jìn)電機(jī)與57步進(jìn)電機(jī)的大小相差為15mm,則需要選型夾持力超過19.6N、并且行程范圍大于15mm的平行氣爪,故選型號(hào)為MHZL2-20S的氣爪(最大夾持力為33N,開閉行程為18mm),相應(yīng)的,查得該氣爪的重量為0.9kg。確定了氣爪的型號(hào)后,將需要對(duì)旋轉(zhuǎn)氣缸進(jìn)行計(jì)算選型,旋轉(zhuǎn)氣缸包含兩個(gè)參數(shù),分別為允許徑向負(fù)載重和允許彎矩,根據(jù)夾持的電機(jī)的最大重量和氣缸的重量,旋轉(zhuǎn)氣缸的允許徑向負(fù)載重需要滿足 F=(2.0+0.9)kg×9.8m/s2=28.42N,旋轉(zhuǎn)氣缸的允許彎矩 [5]大約為 M=28.42N×0.14m=3.98N.m,因此需要選型旋轉(zhuǎn)氣缸的允許徑向負(fù)載重超過 28.42N,允許彎矩超過3.98 N.m,故選型號(hào)為MSQA-20R的旋轉(zhuǎn)氣缸(允許徑向負(fù)載重為166N,允許彎矩為4.8N.m),查得該重量為1.5kg。進(jìn)一步計(jì)算三軸氣缸的參數(shù),三軸氣缸需要的容許側(cè)向負(fù)載 F=(2.0+0.9+1.5)kg×9.8m/s2=43.12N,三軸氣缸的容許扭矩 M=43.12N×0.22m=9.49N.m,因此需要選型三軸氣缸的容許側(cè)向負(fù)載重超過43.12N,容許彎矩超過9.49N.m,故選TCMJ50×50-20S的三軸氣缸(容許最大側(cè)向負(fù)載重為245N,容許最大彎矩為10.80N.m)。通過上述的校核計(jì)算,證明了本設(shè)計(jì)的可行性。

        2 控制系統(tǒng)

        本文對(duì)應(yīng)用于自動(dòng)化裝配的翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),通過氣壓驅(qū)動(dòng)的方式,三軸氣缸可帶動(dòng)手指進(jìn)行伸縮動(dòng)作(即直線運(yùn)動(dòng)感),氣爪可帶動(dòng)手指進(jìn)行夾緊與松開動(dòng)作,旋轉(zhuǎn)氣缸可帶動(dòng)手指進(jìn)行180°翻轉(zhuǎn)動(dòng)作,三軸氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸和氣爪的運(yùn)動(dòng)配合可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手夾持與翻轉(zhuǎn)電機(jī),使得電機(jī)滿足輸出軸朝下的安裝樣式。具體為,三軸氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸和氣爪的氣孔都分別與氣動(dòng)電磁控制閥連接,以歐姆龍微型PLC為控制器,氣動(dòng)電磁控制閥的常開端都連接于+24V端,氣動(dòng)電磁控制閥的的com端連接至PLC控制器的輸出端,復(fù)位狀態(tài)下,此時(shí)PLC控制器處于無輸出狀態(tài),氣動(dòng)電磁控制閥處于常開狀態(tài),三軸氣缸處于收縮狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)氣缸處于0°位置、氣爪處于閉合狀態(tài)。當(dāng)PLC控制機(jī)械手開始動(dòng)作時(shí),氣動(dòng)電磁控制閥轉(zhuǎn)為常閉狀態(tài),氣爪張開,接著三軸氣缸伸長(zhǎng),到達(dá)電機(jī)放置的位置,然后手爪閉合,夾緊電機(jī),三軸氣缸收縮,旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作,將電機(jī)翻轉(zhuǎn)180°,經(jīng)過輔助機(jī)構(gòu)(導(dǎo)軌)的傳動(dòng),翻轉(zhuǎn)機(jī)械手連帶電機(jī)一起被運(yùn)送到安裝工位。

        3 結(jié)語

        本文所做的工作總結(jié)如下:第一,根據(jù)功能的要求對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);第二,根據(jù)目標(biāo)功能搭建了控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)氣缸的缸體與三軸氣缸連接,旋轉(zhuǎn)氣缸的桿體與氣爪連接,三軸氣缸在氣壓驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)氣缸在氣壓驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生180°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),氣爪在氣壓傳動(dòng)下可張開或夾緊。通過改變?nèi)叩倪M(jìn)出氣的方式,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的伸縮、180°翻轉(zhuǎn)以及夾緊松開的動(dòng)作,它可適應(yīng)用于自動(dòng)化裝配領(lǐng)域。

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