基于气动机械手的弹药装箱设备研究.pdf

口人才培养口 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 3 5 基 于气动机械 手的弹药装箱设备研 究 吴伟伟 ，张尧 禹，冯进 良 长春理工大学 光电工程学院，长春 1 3 0 0 2 2 摘要弹药装箱设备是某项 目的组成部分 ， 需要装 填的弹药重量 约为 5 0 l ‘ g ， 装填时采用人工操作 ， 劳动强度大 ． 效率低 。为解决这一 问题 ， 需 研制出能够 自动装填弹药的一个系统。该装置具有 自动 、 经 济、 高效 、 先进 、 实用的特点。装箱机械手采用气动控制形式 ， 并通过控制系统控 制其整个动作过程。该气动机械手简易， 方便 ， 易于操作。 关键词机械手； 气动 ； 控制系统 中图分类号 T I t 6 文献标识码 B Th e r e s e a r c h o f a mmu n i t i o n p a c k i n g e q u i pme n t b a s e d o n p n e u ma t i c ma n i p u l a t o r W U W e i - we i ，Z HANG Ya o - y u，F ENG J i n l i a n g C o l l e g e o f Op t o - E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ， Ch a n g c h u n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h no l o g y， C h a n g c h u n l 3 0 0 2 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Ammu n i t i o n lo ad i n g eq u i p me n t iS a pa r t o f an in t e g r al pr o i e c t wh ich r e q u i r es a b o u t 5 0Kg we igh s t o f il I ．Bu t t h e f i l li n g pr o c e s s i S d on e b y man u a l op e r a t io n wh ich iS Iab o r - i n t e n siv e a n d lO W e ff i c ie n t ． I n o r d e r t o s o lv e t h i s p r ob lem。we n ee d t o d e v e l o p a s y s t em t h a t c a n a u t oma t i c all y l o a d a mm u n it io n Th e s y s t e m iS t h e c omb i n a t i o n o f au - t o ma t i c。ec on o mi c。h i g h e ffic i e n t ，ad va n c e d a n d p r a c t ic al f e a t u r e s Th e r o b o t a r ms i S p n eu ma t i c al ly po we r e d a n d c o n t r o l le d b y c on t ro I s y s t em．Th e o p er a t i o n o f t h e a r ms iS s imple a n d c on v en ien t ． K e y wor d sp a c k in g e q u i p men t ；p n eu ma t ma n i p u la t o r ；c o n t r o l s y s t e m 0 前言 工业机器人是一种 自动的 、 位置 可控 的 、 具有编程 功能的 多功能操作机 ， 这种操作 机具有几个轴 ， 能够借助可 编程 操作 来处理各种材料 、 零件 、 工具 和专用装 置 以执行 各种任 务0 J 。 随着人类文明的发展 ， 需要研 制开 发先进 的工业机 器人 使工 人从重复单调作业、 危险环境和恶劣环境作业中解脱出来， 近 年来 ， 工厂和企业 引进 工业机 器手 的主要 目的则更 多地是为 了提高生产效率和保证产品质量。 为机器人可以2 4 h连 续、 高效、 任劳任怨地工作 ， 因此， 可以更好地保证生产效率 和产 品质 量 J 。而装 填 弹 药 的 机 械手 属 于 工 业 机 器 人 的 一 种 。 机械手在热加工 的生产环 境 中， 尤其 是大型锻 、 铸热 处理 件的生产环境较为恶 劣 ， 因此采用 气压传 动控制 机械手来 实 现自动取料、 上料、 卸料和操作等功能， 具有结构简单、 质量轻、 动作迅速 、 工作可靠等优点 。由于气压传动系统安伞 、 可靠 ， 可 以在高温、 震动、 腐蚀、 易燃、 易爆、 多尘埃、 强磁、 辐射等恶劣的 环境下工作， 所以应用 日益广泛 J 。 1 装箱系统的总体设计 装箱系统主要包括 以下两个方 面的 内容 1 弹药和箱体的定位分系统； 2 装填系统 。 定位分系统主要是将弹药 和箱体定位到指定位置上 。 装填部分要求将弹药从定位平台上准确抓起并放置到箱 体的指定位置上， 因此设计装填机械手时， 采用传感器定位， 使机械手与弹药具有准确的相对位置 ， 从而保证弹药在定位 平台上和在装入箱体时都能准确定位 J 。 6 8 El C V0 I ． 1 7 2 01 0 No ． 2 墨 麦旦 机械手夹持弹药放置到箱体内的过程中， 需要调整垂直 方向、 水平方向两个 自由度。为完成上述功能， 需采用升降和 旋转装置作为机械手的支撑， 由电气系统实现升起、 旋转、 下降 三个动作， 将弹药放置到箱体内。系统结构如图 1 所示。 图 1 弹药 自动装箱系统结构示意图 1 ． 1 定位分 系统设计 定位装置的主体是与装配线等高的平台， 在弹药和箱体 装配线的两个末端各有一部。装配线末端有固定挡板， 实现纵 向定位。垂直于装配线方向的平台两端有电气控制的可沿横 向移动的 块挡板， 借以实现对弹药或箱体的横向中心定位。 当弹药或箱体沿装配线进入平 台， 并到达纵向定位位置后， 控 制系统使两块横向挡板沿横 向同步向中心收缩， 挡板上装有 传感器， 当把弹药或箱体完成横向定位后， 传感器发出指令， 停 止 电气 系统 工作 ， 到此完 成两个方 向的定位工 作 ， 为接 下来 的 装填工作做好准备。定位结构平台如图2所示。 1 ． 2填 装 系统 填装系统由回转台、 机械臂、 机械手等组成。工作时， 机械 臂可在电气系统带动实现升降和旋转动作。其中机械手上装 有压力传感器， 传感器用来控制机械手的动作幅度。 1 ． 2 ． 1回转台结构设计 该回转台可作三个坐标方向的运动， 实现升降、 旋转、 伸缩 等一系列运动。它 由四个气缸 A、 B、 c、 D组 成 ， 其 中 A为加紧 缸， 其活塞退回时加紧工件， 伸出时则松开工件； B为长臂伸缩 缸， 可实现长臂的伸出和缩回动作； C为立柱升降缸， D为立柱 回转缸 ， 其特点是具有两个活塞， 分别装在同一根带齿条的活 塞杆两头， 活塞及齿条的往复运动即可带动立柱上的齿条作 正反向旋转， 从而实现了立柱及长臂的正反向回转 图3 。 图2定位 结构平台 图3气控机械手结构示意图 1 ． 2 ． 2 夹弹手的结构 设计 抓弹手是填装系统最重要 的组成部件， 上面装有压力传 感器 ， 结构如图 4所示 。 支架 药 图 4 夹弹手结构 图 欢迎光临本刊网站 h t t p ／ ／ w w w． e i c ． c o m． c n 仪器仪表用户 2机械手气动系统设计 2 ． 1 编制气动机械手的工作程序 该气压 传 动机 械手 的动作 程 序 为 启 动立柱 下 降伸臂加紧工件缩臂立柱左回转立柱 上升放开工 件立 柱 右旋 转。 由此 可 以看 出 ， 该 机械 手气压传动系统属于多缸单往复系统。其控制要求是通过手 动启动后， 能使所有动作 自动顺利延续进行 ， 直到最后一个动 作完成 。 2 ． 2 气压传动行程控制 回路 图 图 5 。 1 5 图 5气压传 动控制回路 图 3 控制系统设计 3 ． 1压力控制 采用 H o n e y w e l l 公司的F S S系列力一 电压型触力传感器， 它 具有精密可靠的力传感性能， 安装在机械手手指上， 该传感器 的特色是采用了已被证明可靠的传感技术， 即使用专门设计 的精制压敏电阻硅传感元件。小功率， 无放大、 无补偿的惠斯 顿电桥电路设计。可在力范围内提供 内在稳定的 mV输 出。 该触力传感器根据埋入硅片的压电电阻， 在其受到任何外力 而挠 曲时 ， 其 电阻会 增加 的原理 工 作。该传 感器 通过 不锈 钢 球， 将施加的力直接集中到硅一 传感元件上， 电阻值的变化是随 施加力的大小而成比例的变化。电路电阻的变化致使 mV输 出电平也作相应的变化。 该传感器的作用是控制机械手对弹药的抓紧程度， 机械 手与弹药接触后， 传感器给出接触信息， 机械手开始夹持动 作， 先给传感器设定一个夹紧力临界值 ， 当到达这个值后， 传 口人才培养口 感器发 出信息 ， 机械手停 止夹紧动作 然后将 弹药抓起 ， 以 防抓 的过紧损坏弹药， 以致弹药爆炸产生危险， 或过松使弹药中途 掉落。 3 ． 2 模拟控制 弹药装箱设备控制系统分两种控制模式， 即自动控制模 式和手动控制模式 。 在手动模式下 ， 机械手 的上 升 、 下降 、 旋转 、 抓 取 工件 、 释放 工件 ， 靠操作工人按动面板上的按钮完成。 在 自动模式下 ， 首先要有一个 学习过程 。按下 “ 学习 ” 键 ， 然后操作手动模式下的键盘， 让机械手实现整个动作， 然后按 “ 记忆” 键存贮有关数据， 机械手就具有自动装箱的功能。为 了保证弹药装箱安全， 在弹药定位装置和箱体定位装置下都 装有传感器， 只有当弹药和箱体都到达规定位置， 机械手才开 始工作 。 4结束语 经实践证明， 该装箱设备把工人从简单重复劳动中解脱 出来， 大大提高了装箱的效率， 并且安全可靠 ， 对于改进生产 线， 提高生产率有很大帮助。口 参考文献 [ 1 ]郭洪 红． 工业机器人技术[ M] ． 西安 西 安电子科 技大学出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ]原魁 ， 工业机器人发 展现状 与趋 势[ J ] ． 工厂 自动化 ， 2 0 0 7， 1 1 3 4 3 8 ． [ 3 ]马恩 ， 周 志 立． 液 压 与气 压传 动 [ M] ． 北 京 电子工 业 出版 社 ， 2 0 0 7 ． 4 ]陆鑫盛，周洪． 气动 自动化 系统 的优化设计 [ M] ， 上 海 上海 科学技术文献出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 5 ]于传浩 ， 章涤峰． 一种气 动机械手 夹持机构 的设计 [ J ]液压 气动与密封 ， 2 0 0 3 ， 5 1 0 1 2 5 - 2 8 ． [ 6 ]邓加尊．自动 装箱 机 的 没讣 [ J ] 包装 与食 品机械 ， 2 0 0 7 ， 2 5 1 2 0 - 2 5 ． 7 ]张有 良． 枕型袋 自动装箱机 的特点和 电气控制[ J ] ． 包装 与食 品机械 ， 2 0 0 4 ． 2 2 5 1 6 ， 2 8 ． 作者简介 吴伟伟 1 9 8 6 一 。 女 。 硕 士生， 主要从事 仪器总体设计方 面的 研 究 ； 张尧 禹， 研究员 ， 博 士生导师 ， 主要从事 靶场设 备瞄 准系统 的研 究 ； 冯进 良， 男 ， 教授 ， 主要研究方 向为精密仪器设计。 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 1 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 3 6 基于迈克尔逊干涉仪 的光纤传 感实验 陈伟成 。 严伟 国 佛山科学技术学院 光电子与物理学系， 佛 山 5 2 8 0 0 0 摘要 介绍了全纤化迈克尔逊干涉仪传感器的工作原理。基 于迈 克尔 逊干涉仪光纤传感器对微小位移 和温度进行 了光纤传感实验。实验发 现。 全纤化迈克尔逊干涉 仪传感器对微 小位移 的传 感测量 有很 良好 的 二次 函数比例关系 ， 而对 温度 的传感测薰存在着一定的测量灵敏区域 。 关键词 光纤传 感；迈克尔逊干涉仪 ； 位移 ；温度 中图分类号 T N9 2 9 ． 1 1 文献标 识码 B O 引言 迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊为研究“ 以太” 而研 制的一种精密仪器 。迈 克尔逊 干涉仪将 一束 光分成相 干 的两束光， 并根据实际要求改变两臂光束之间的光程差来实 现波长测量与微小长度的精密测量。如果能对迈克尔逊干涉 欢迎订 阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 仪实现全光纤化 ， 并对迈克尔逊干涉仪中的一臂光波实行与 外界环境相 关联 的调 制 ， 则 可将迈 克尔 逊干 涉仪制作 成光纤 传感器 。 光纤传感技术是 2 0世纪 7 0年代末新兴的一项技术， 目前 已经成为了光纤光学领域的研究热点。 光纤传感器作为传 感家族中的一名新成员因其优越的性能而备受青睐。它有体 积小、 质量轻、 抗电磁干扰、 防腐蚀、 灵敏度高、 测量带宽宽、 适 用于各种恶劣环境与传感距离远等优点。光纤传感器已经实 现了对微小位移、 压力、 温度、 应力 、 磁场、 折射率、 形变、 微震动 和声压等方面的测量。本文将对迈克尔逊干涉仪全光纤化， 并 对微小位移 和温度进行光纤传感实验。 EI C V0 I ． 1 7 2 0 1 0 N0． 2 6 9