【文章內(nèi)容簡介】 CAD圖。 1右旋限位開關 2 左旋限位開關 3 回縮限位開關 4 前伸限位開關 5 上升限位開關 6 下降限位開關 A 擺動氣缸 B 前伸 / 回縮氣缸 C 上升 / 下降氣缸 D 真空吸盤 圖 13 執(zhí)行機構簡圖 第 二 章 驅 動 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 機械手的驅動系統(tǒng)是驅動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。機械手的驅動系統(tǒng)根據(jù)動力源的 不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅動方式。 驅 動 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 液壓驅動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。 電氣驅動，控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅動方式。 氣壓驅動具有價格低廉、結構簡單、功 率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應用較多。另一方面，氣動技術作為“廉價的自動化技術 ”， 由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域。在現(xiàn)代化的成套設備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計：在工業(yè)發(fā)達國家中，全部自動化流程中約有 30﹪裝有氣動系統(tǒng)，有 90﹪的包裝機械， 70﹪的鑄造、焊接設備， 50﹪的自動操機、40﹪的鍛造設備和洗衣設備、 30﹪的采煤機械， 20﹪的紡織機械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機械， 43﹪的工業(yè)機器人裝有氣壓系統(tǒng)。日、美、德等國的氣動元件 銷售平均每年增長超過 1015 ﹪。許多工業(yè)發(fā)達國家的氣動元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展， 氣動機械手技術已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的一種重要使用工具。 表 21 給出了各種控制方式的比較：表 各種控制方式的比較 通過以上三種驅動方式的比較選用氣動驅動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節(jié)約了成本。 機 械 手 驅 動 系 統(tǒng) 的 控 制 設 計 根據(jù)物料分揀機械手的要求，在驅動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有兩種：（ 1 ）直線運動（缸體固定，活塞桿運動 ）； （ 2 ）擺動（缸體固定 ）。 其氣動驅 動系統(tǒng)原理圖如圖 21 所示。 圖 驅動系統(tǒng)原理圖 氣動系統(tǒng)包括三個三位四通電磁換向閥、兩個二位二通電磁閥、三個氣缸、一個吸盤、四個調(diào)速閥、六個單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、擺動過程中的速度，防止速度過大對物料及機械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的。 氣 動 元 件 選 取 及 工 作 原 理 氣壓驅動是利用壓縮氣體 的壓力能來實現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃氣和蒸汽。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由以下四部分組成： 氣源裝置 氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機，有的還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設備。它將原動機提供的機械能轉變?yōu)闅怏w的壓力能。氣壓傳動對氣源的要求： (1) 要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。 (2) 要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。 下面對于主要的氣源裝置元件進行如下介紹： 1 、 空氣壓縮機 空氣壓縮機是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設備。按結構 和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機是利用特殊形狀的轉子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結構簡單、使用方便。本設計選用容積型壓縮機。 2 、 儲氣罐 儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應急氣源使用，還可以進一步分離油水雜質(zhì)。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高 10% ， 并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設計選用立式儲氣罐，因為它的進氣口在下，出氣口在上，以利用進一步分離空氣中的油、水。 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動，并將氣體的壓力能轉變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置，如氣缸輸出直線往復式機械能，擺動氣缸輸出回轉擺動式機械能。 1 、 氣缸輸出直線往復式 氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結構和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸 / 回縮氣缸，當左側無桿腔進氣，右側有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮 ；對于上升 / 下降氣缸，當上側無桿腔進氣，下側有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。 2 、 擺動氣缸輸出回轉擺動式 擺動氣缸分為單葉片式和雙葉片式。 單葉片式擺動氣缸：壓縮空氣由進氣口輸入，作用在葉片上，帶動軸回轉產(chǎn)生轉矩，另一腔的空氣從排氣口排出。 雙葉片式擺動氣缸：從進氣口進入的壓縮空氣作用在一個葉片上，同時通過軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動軸回轉。這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉矩將是單葉片式的 2 倍。 本設計采用雙葉片式擺動氣缸，這樣就能產(chǎn)生更大的轉矩，以利于機械手的轉動。 控制元件 控制元件是用 來調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和控制其流動方向，使氣動執(zhí)行機構獲得必要的力、動作速度和改變運動方向，并按規(guī)定的程序工作。氣動控制元件按功能分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。 1 、 壓力控制閥 調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動元件稱為壓力控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。 調(diào)壓閥是出口側壓力可調(diào)，并能保持出口側壓力穩(wěn)定的壓力控制閥。 溢流閥是在回路中的壓力達到閥的規(guī)定值時，使部分氣體從排氣側排出，以保持回路內(nèi)的壓力在規(guī)定值的閥。 調(diào)速閥是根據(jù) “ 流量負反饋 ” 原理設計而成的單路流量閥。調(diào)速閥一般用于執(zhí)行 元件負載變化大而運動速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。調(diào)速閥根據(jù) “ 串聯(lián)減壓式 ” 和 “ 并聯(lián)溢流式 ” ， 又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型。本設計選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。 2 、 方向控制閥 方向控制閥是改變壓縮空氣流動方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動執(zhí)行元件的動作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通常可分為單向型控制閥和換向型控制閥兩類。 (1) 單向型控制閥 單向閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。在氣動系統(tǒng)中，單向閥除單獨使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。單向調(diào)速閥就是單向閥與 節(jié)流閥并聯(lián)而成。單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。當流體正向流動時，其節(jié)流過程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過手柄進行調(diào)節(jié)；當流體反向流動時，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開，可實現(xiàn)流體反向自由流動。當正向流動時，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流。當反向流動時，單向閥打開，不節(jié)流。 (2) 換向型控制閥 換向型方向控制閥按控制方式分類，分為氣壓控制、電磁控制、人力控制。換向閥是利用閥芯和閥體間相對位置的不同來變換不同管路間的通斷關系，實現(xiàn)接通、切斷，或改變流體方向的閥。它的 用途很廣，種類也很多。 換向閥的性能的主要要求是：（ 1 ）油液流經(jīng)換向閥時的壓力損失?。唬?2 ）互不相通的油口間的泄漏?。唬?3 ）換向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊。 按換向閥的操縱方式有：手動式、機動式、電磁式、液動式、電液動式、氣動式。 按工作位置數(shù)和控制的通道數(shù)有：二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、二位五通閥、三位四通閥、三位五通閥等。 本設計選用三位四通電磁換向閥理由如下： (1) 電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動閥芯來改變閥的工作位置。由于它操作輕便，易于實現(xiàn)自動化，因此應用廣泛。 (2) 當三位四通電磁換向閥兩端電磁鐵都斷 電時，閥芯處于中位，各口互不相通。 (3) 使用三位四通電磁換向閥能夠快速實現(xiàn)氣缸的正反向運動。 輔助元件 輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的。可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類。 1 、 氣源凈化裝置 過濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動三聯(lián)件。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會降低氣動元件的耐用度和性能，造成誤動作和事故，必須清除?？諝馓幚韱卧褪怯脕砬宄龎嚎s空氣的雜質(zhì)，提高空氣質(zhì)量的元件。 2 、 消聲器 消聲器是降低排氣噪聲的裝 置。壓縮空氣完成驅動工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。此時的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為 80dB～100dB ，為了改善勞動條件，應使用消聲器。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。膨脹型消聲器的結構比較簡單，相當于一段比排氣口徑大的管件，當氣流通過時，讓氣流在其內(nèi)部擴散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結合。氣流由斜孔引入，氣流束相互撞擊、干涉、進一步減速，再 通過設在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣。本設計選用膨脹型消聲器。 真空發(fā)生器 真空發(fā)生器的作用主要是使吸盤的橡膠皮碗形成真空而將工件吸附。真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產(chǎn)生卷吸流動。在卷吸流動作用下，使得噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走，使吸附腔內(nèi)的壓力降至大氣壓以下，形成一定真空度。 吸盤 吸盤是直接吸吊物體的元件，一般用橡膠做成。真空吸盤之所以能吸附在工件上的原因是由于環(huán)境壓力（大氣壓力）大于吸盤與工件之間的壓力。將吸盤與真空發(fā) 生裝置連接，吸盤內(nèi)部空間的空氣被抽去，當吸盤接觸到工件時，大氣和吸盤之間形成了密封，就會吸住物料，吸氣大小與大氣壓和吸盤內(nèi)部空間的壓力差成正比。 氣 動 回 路 的 工 作 原 理 物料分揀機械手的工作循環(huán)是：擺動氣缸的右旋 → 水平手臂的伸出 →垂直手臂的下降 → 吸物→垂直手臂的上升 → 水平手臂的縮回→擺動氣缸的左旋→垂直手臂的下降→放物 → 垂直手臂的上升 →回到初始位置 。系統(tǒng)中選用電磁換向閥，限位開關，實現(xiàn)氣缸的往復運動。二位二通電磁閥實現(xiàn)吸盤的吸物和放物。實現(xiàn)工作循環(huán)的工作原理如下 ： (1) 擺動氣缸的右旋 按下啟動按 鈕， 右旋按鈕接通，使三位四通電磁換向閥 12的 5YA 得電，閥 12的閥芯右移， 擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3 → 三位四通電磁換向閥 12左端 →單向調(diào)速閥 19→ 擺動氣缸 C 的 D 口。 排氣路線：擺動氣缸 C 的 E 口 → 單向調(diào)速閥 20→ 三位四通電磁換向閥 12排氣口 → 調(diào)速閥 8 → 消聲器 9 → 排出。 (2) 水平氣缸的伸出 當 擺動氣缸 C 右旋到指定位置時（ 90度 ）， 就會碰到右旋限位開關，使二位五通電磁換向閥 12的 5YA 斷電，擺動氣缸旋轉運動會停止，經(jīng)時間繼電器延 時，使三位四通電磁換向閥 10的 1YA 得電， 閥 10的閥芯右移， 執(zhí)行手臂前伸動作。 這時的氣路是 : 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3 → 三位四通電磁換向閥 10左端→ 單向調(diào)速閥 15→ 氣缸 A 的無桿腔。 排氣路線：氣缸 A 的有桿腔 → 單向調(diào)速閥 16→ 三位四通電磁換向閥 10的排氣口 → 調(diào)速閥 4 → 消聲器 5 → 排出。 (3) 垂直手臂的下降 當水平伸縮氣缸 A 伸出到指定位置時， 就會碰到前限開關，使三位四通電磁換向閥 10的 1YA 斷電，手臂伸出動作會停止。經(jīng)時間繼電器延時，小臂下降按鈕接通，使三位四通電磁換向閥 11 的 3YA 得電， 閥 11 的閥芯右移 ，執(zhí)行小臂的下降動作。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3 → 三位四通電磁換向閥 11 左端→ 單向調(diào)速閥 17→ 氣缸 B 的無桿腔。 排氣路線：氣缸 B 的有桿腔 → 單向調(diào)速閥 18→ 三位四通電磁換向閥 11的排氣口 → 調(diào)速閥 6 → 消聲器 7 → 排出。 (4) 吸物 小臂氣缸下降到指定位置時， 撞到下限位開關，使三位四通電磁換向閥11 的 3YA 斷電，小臂下降動作停止。經(jīng)時間繼電器延時，二位二通電磁閥 13的 7YA 得電，真空發(fā)生器 22開始動作，經(jīng)真空開關 24檢測真空度，并發(fā)出訊號給控制器，真空吸盤 26將物料吸起。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3 → 二位二通電磁閥 13→ 真空發(fā)生器 22→ 過濾器 25→ 吸