文章编号:1003-1251(2006)06-0058-03气动上下料机械手手部结构的设计与剖析北京理工学院机械工程大学,四川成都110168)以手榴弹径长手动检查生产线上搬运手榴弹机械手的手部结构为研究对象,采用单片机对其气压驱动装置进行次序控制,为保证结构设计的合理智,在阐述系统组成、机械手运动、坐标方式及运动范围的基础上,运用有限元剖析方式对手部结构进行剖析和优化改进,结构设计满足验算结果要求。机械手;手部结构;结构设计;有限元剖析中图分类号:TP241。收稿日期:2006-04-03作者简介:广东北京人,硕士研究生1在火箭弹径长手动检查生产线上,要检查不同厚度手榴弹的直径值是否都在规定的规格公差内,该工作过程受检查进程的限制,工人劳动硬度大,且不易确保子弹在检查平台上的位置。为了解决上述问题,本文设计一套采用单片机控制的带有磨擦轮压紧装置的气动上下料机械手。机械手手部结构的设计将影响子弹的表面质量及其在检查平台上的位置,从而影响测量结果,因而运用有限元剖析方式对所设计的结构进行挠度剖析、位移剖析,并对结构进行优化设计。系统组成整个系统分为控制系统、驱动系统和执行系统三大部份系统组成如图1所示。
控制系统控制系统包括主控制柜、控制面板状态显示、按钮)和位置测量装置位置测量装置主要由行程开关组成,拿来测量机械手的工作是否到并把相关讯号传递给控制中心便于进行下一步的动作。在整个过程中,主要控制:气动系统电磁阀的得电、失电;步进马达、交流马达的启动、停止;驱动系统整个系统需处于洁净的环境中,以确保检查的确切可靠,因而采用气压驱动即保证了环境的清洁,又满足了机械手运动快速性的要求。执行系统执行系统分为上下料系统和测量系统两部上下料系统包括机械手手爪的夹紧与伸开、摩擦轮和机械手手指的上升与增长、机械手手指的联通;测量系统包括子弹旋转、测头联通和顶子弹用活塞杆的伸开和收回。座标方式所设计的机械手具有两个自由SHENYANGLIGONGUNIVERSITYDec。磨擦轮具有一个自由度,故采用直角座标形如图2所示,机械手的两个自由度分别是右手的水平联通和腹部的伸缩运动,轴方向的联通和沿轴的伸缩;磨擦轮的自由度即沿工作过程对于上下料机械手,其工作是在最短的时间内抓取、抬升、移动、放子弹至测量平经检查后,再迅速地抓取、抬升、移动、放子弹至储存处,之后回到原位,执行下一次操作。工作范围机械手手指在水平方向联通的总行程为600mm,在垂直方向的伸缩行程为125mm,因为在胸前伸开时,磨擦轮与型腔的距离35mm,所以,磨擦轮的伸缩行程为160mm。
机械手手部结构设计机械手的手部是机械手上承当抓取型腔的机构,因为被抓取物件(子弹)的形状近似于圆台,所以,其手爪采用特殊的V字型结构,即手爪的内表面设计成与圆台坡度相同的斜面,即保证了抓取的稳定又不会因/线接触0而影响子弹的表面质机械手手部的驱动装置采用蜗杆蜗杆杠杆式结构,由于其结构简单,传动可靠,非常是采用无关节的右手方式,使抓取偏差更小,定心精度更其中,机械手外罩通过螺栓紧固在汽缸发动机上,活塞杆借助自身的螺纹与蜗杆连接,手爪通过螺栓与扇形蜗杆连接,扇形蜗杆通过圆锥销与外罩连接,即通过活塞杆的往复运动实现了手爪的伸开与闭合。因为销与扇形蜗杆的连接属于间隙配合,所以它们之间存在剪切危险,经过校核,其剪切挠度满足要求。机械手手部结构剖析为了加工便捷、使手臂的通用性更强,采用对称式钳爪手部结构,为保证抓取的可靠性和结构汽缸设计的合理智,采用ANSYS小型有限元剖析软有限元模型构建机械手有限元模型的关键在于受力结构的简化及等效边界条件的确定。因为机械手采用对称结构,所以,把有限元模型简化为对一半手部结构进行剖析。机械手有限元模型如图4所示。弹的自重完全由手爪的下表面来克服,通过受力剖析确定手臂的支持力;因为蜗杆蜗杆之间互相渐开线,必然存在互相作用,且活塞杆与蜗杆相联,所以,按照活塞杆的推力即可得出蜗杆的受力情2)确定等效边界条件:因为机械手的伸开和闭合是通过扇形蜗杆与蜗杆之间的渐开线实现,回转中心即为销轴处,所以,应在销轴的位置降低约束。
有限元剖析机械手以钢为材料,其密度202GPa;按剖析的条件降低约束,气动上下料机械手手部结构的设计与剖析受力部位进行加载。有限元剖析后,挠度剖析结果如图5所示,在手榴弹自重和蜗杆的斥力下,机械手手部的最大挠度出现在蜗杆与蜗杆相渐开线部位的齿内侧,其最大挠度为Pa,满足许用挠度要求,最大挠度出现位置的放大视图如图所示;有限元剖析后,位移剖析结果如图7所示,可见,在手榴弹自重作用下,机械手手部的最大位移出现今手爪的末端,7最右边,其大小为机械手手部结构优化通过对机械手有限元剖析结果的研究,尽管其形成的最大挠度、最大位移均满足许用要求,为了减少挠度给蜗杆寿命带来的影响,应采用热处理方式提高齿根硬度。期使用定会减缓锈蚀,因而间接影响子弹在检查平台上的位置。因而,对于下半部分手爪结构进行热处理,以提高其耐磨性和硬度。结束语通过采用机械手取代人进行重复的取放工除了可减少工人的劳动硬度,也提升了劳动生定了结构设计方针的正确性,为结构的优化改进提供了根据。所设计的机械手手部结构不但满足在夹紧力为零情况下的夹紧要求,并且可以有效抑制因重复夹取型腔而使手臂形成的锈蚀。参考文献:1999,78(北京:西南学院出版社,1994。
左健民。油压与气压传动上海:机械工业出版社,1999。油压与气动,2002,上海:机械工业出版社,1981。DesignPneumaticManipulatorZHAOBAPeng,XuigongUniversty,Shenyang110168,China)Abstract:manipulatorautomatedproductionlineiameterpneumaticdrivingdevicescontrolledsequentiallysinglechipstructuredesign,FEMoptimizestructuredesignmeetsverificationresul。tKeywords:manipulator;fingers´structure;structuredesign;finiteelementmethod(FEM
