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液压机械手:控制系统创新与未来发展
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更新于2024-07-01
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本文档探讨了液压机械手控制系统的设计及其在工业领域的广泛应用。首先,提到早期神话中的机械偶人概念,启发了人类对实现自动化机械的向往。工业机器人自诞生以来,经历了显著的技术革新,它们不仅限于工厂生产,而是扩展到了农业、服务业等多个领域,展现了高度的灵活性和广泛的影响。 工业机器人的核心组成部分包括操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置,这些组件共同确保了其能够模仿人类操作,实现自动化控制和重复编程。在柔性生产中,它们对于提升产品质量、生产效率、改善劳动条件以及快速适应市场变化具有关键作用。 随着技术的进步,工业机器人的性能不断提升,如速度、精度和可靠性增强,同时单机成本下降,使得更多企业能够负担得起。机械结构朝着模块化和可重构化发展,这有助于简化设计和维护。控制器也趋向于开放型PC架构,支持标准化和网络化,增强了系统的易用性和可维护性。 传感器在现代机器人中的作用愈发重要,除了基本的位置、速度和加速度检测外,装配和焊接机器人引入了视觉、力觉等高级传感器,而遥控机器人则通过多传感器融合技术进行环境感知和决策控制。虚拟现实技术的应用也不再局限于模拟和预演,而是延伸至过程控制,使操作员能够获得沉浸式远程操作体验。 最后,遥控机器人的发展趋势不再是追求完全自主,而是侧重于人机交互控制,通过遥控和局部自主相结合的方式,形成监控遥控操作系统,推动智能机器人走向实际应用,不再局限于实验室阶段。 液压机械手控制系统的设计与工业机器人的发展紧密相连,不断的技术创新使其在多个行业发挥着越来越重要的角色。
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图 1 滑槽杠杆式手部受力分析
如图所示为滑槽式手部结构。在拉杆 3 作用下销轴 2 向上的拉力为 P,并通过销轴中心 O 点,
的延长线交
∠AOC=∠BOC=α。
根据销轴的力平衡条件,即
1
P =P/2cosα
p ′。
过手指与工件接触面的对称平面内,并设两力的大小相等,方向相反,以 N 表示。由手指的力矩平衡
条件,即
7
1
2
式中
a——手指的回转支点到对称中心线的距离(毫米)。
由上式可知,当驱动力 P 一定时,α 角增大则握力 N 也随之增加,但 α 角过大会导致拉杆(即
活塞)的行程过大,以及手指滑槽尺寸长度增大,使之结构加大,因此,一般取 α=30°~40°。这里取
角 α=30 度。
这种手部结构简单,具有动作灵活,手指开闭角大等特点。查《工业机械手设计基础》中表
2-1 可知,V 形手指夹紧圆棒料时,握力的计算公式 N=0.5G,综合前面驱动力的计算方法,可求出驱
动力的大小。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效率的影响,其实际的驱
动力 P 实际应按以下公式计算,即:
P =PK K /η
1
2
式中
η——手部的机械效率,一般取 0.85~0.95;
K ——安全系数,一般取 1.2~2
1
2
2
2
本机械手的工件只做水平和垂直平移,当它的移动速度为 500 毫米/秒,移动加速度为 1000 毫米
/秒 ,工件重量 G 为 98 牛顿,V 型钳口的夹角为 120°,α=30°时,拉紧油缸的驱动力 P 和 P 实际计算
2
如下:
N=0.5G
把已知条件代入得当量夹紧力为
N=49(N)
2
P=P 计算=2*45/27(cos30°)
P 实际=P 计算 K1K2/η
2
*49=122.5(N)
1
2
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