ＩＳＳＮ１００９－３０４４
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Ｖ０１．５。Ｎｏ．２８，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００９，ｐｐ．８０７６－８０７８
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自动上下料装置的设计与研究常淑凤（河北化工医药职业技术学院，河北石家庄０５００２６）摘要：自动上下料装置是最典型的机电一体化数字化装备。技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。自动机械技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
关键词：机械手；上下料；可编程控制；气动中图分类号：７ｎ，：２３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００９）２８—８０７６－０３
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在现代工业自动化生产领域里，物料的搬运、机床的上下料、整机的装配等实现自动化是十分必要的。自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而设计和采用的。自动上下料装置使散乱的中小型的工件毛坯．经过定向机构，实现定向排序，然后顺序的由上下料装置把它送到机床和工作位置去，并把工件取走。如果工件较大，形状较为复杂，很难自动的定向，往往用人工定向后，在由上下料机构送到工作地点去。广泛采用自动上下料装置，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度。提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样。自动上下料装置的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。自动上下料装置是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。自动机械技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。１自动上下料装置的总体设计１．１设计方案的确定在自动上下料装置的设计选用中我们需要注意以下几个方面：按照生产批量或生产率的计算出所需要的上料节拍或上料生产率，所需要的上料生产率越高，越有必要选用自动上下料装置。根据工件的类型和尺寸、形状，从必要性和可能性综合考虑合理的自动化程度，决定必要的组成成分。决定上下料装置的类型以及定向机构。尺寸小的而且形状简单的工件易于实现自动定向，可以采用料抖式自动上下料装置。自动上下料机构的设计中采用如图１结构形式，主要由平移气缸，升降气缸，托架，电机转子等部件组成。其动作过程为：在平移气缸的驱动下，两个升降气缸在合适的位置进行协调运动，从而托架可以带动电机转子进行轨迹为矩形的运动。从而实现自动上下料的动作。从中我们可以看到，与传统的方法相比，机构大大简化，气动取代电机作为驱动源，只要提高工作介质的工作压力便能提高系统的输出功率。系统的自动化程度和工作效率明显提高，运行更加可靠。不仅解决本工位的自动生产，而且兼顾到工件的上料、下料的动作结合。２机械部分的设计２．１机械手的结构确定机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如框图２。
图１自动上下科结构图（１．平移气缸；２．升降气缸；３．托架；４．电机转子；５．矩形运动轨迹）
收稿日期：２００９－０８－０４作者简介：常淑凤（１９６８一），河北景县人。河北化工医药职业技术学院教授，研究方向为计算机应用。
本拦目责任编辑：贾薇薇万方数据第５卷第２８期（２００９年１０月）２．１．１执行机构由气缸控制的手爪为夹紧执行机构。手爪，即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式手部和吸附式手部。夹持式手部由手指和传力机构所构成，手指是与物件直接接触，而传力则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。自动上下料装置的上升下降运动的执行机构为机械手的两个主气缸。这两个气缸既起执行机构的作用，又起支撑自动上下料装置躯体的作用。２．１．２驱动系统
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图２系统相互关系框图机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。本次设计主要是气压传动。２．１．３控制系统本系统采用ＰＬＣ控制，应用灵活、扩展性好，操作方便，体积小，重量轻，价格比高，省电。２．１．４位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而，执行机构以一定精度达到位置设定。２．２机械手的工作原理机械手在工作时，首先由ＰＬＣ发出电控制信号，电磁阀动作输出电信号到气控阀，气控阀接到信号后，将动力气输给气缸，气缸运动，当运动到指定行程时，触及机械阀，机械阀将气信号传给气电继电器，继电器将电信号传至间机械手控制系统，ＰＬＣ根据气缸到位情况，按程序执行下一步动作。在本次设计中，自动上下料装置主体部分分别是由ＬＧ型气缸（３２、５０、８０）组成的，机械手为气压驱动，考虑到在工件的位置过低时，手爪与机床容易产生碰撞而损坏机床或机械手，因此机械手的动作顺序应首先使水平臂上升，所以机械手的工作过程为：１）抓取工件：启动一垂直臂上升一水平臂前伸一垂直臂下降一手爪抓取工件一垂直臂上升一水平臂回缩一转动到工件放置位置。２）放置工件：水平臂前伸一垂直臂下降一手爪放开工件一手爪反向转动（复位卜，垂直臂上升（复位卜＋水平臂回缩（复位）一垂直臂下降（复位）。
２．３手爪的设计计算２３．１手指式手部的类型手部所爪持的工件的尺寸、形状、重量、材料和表面状况等的不同，手部具有多种结构形式。手指的手部是以手部的张开和闭合来实现抓持工件。他对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，故应用最广。手指式手部按手指的运动形式可以分为，回转型和平移型。２．３．２手指夹紧力的计算
手指对工件的夹紧力可按照下式计算：Ｎ≥ＫｌＫ２Ｋ３Ｇｋｇｆ
Ｎ一＞２１．３４ｋｇｆ（１）式中Ｋ。——安全系数，通常取１．２—２Ｋ广动载系数，主要考虑惯性力的影响，可按照Ｋ２＝ｌ＋ａ／ｇ估算。
ａ＿为机械手在搬运工件过程的加速度ｍ／ｓ２，ａ＝９．８ｍ／ｓ２，ｇ为重力加
速度。Ｋ广方位系数，按照表１选取。
Ｄ一被抓持工件的重量Ｋｇ。２．３．３手指式手部结构和驱动力计算手指式手部按其传动机构的不同具有多种结构形式，各有特点。在设计时必须根据具体情况来正确选择。图３所示为连杆传动的手部结构。驱动活塞往复移动。通过话塞杆末端铰接的连杆。使手指张开与闭合。作用于活塞杆上的驱动力为：
图３连杆传动的手部结构
Ｆ＝－－竺竺皇竺兰Ⅳ三。
ｓｍ（４＋切口Ｌｚ，
３气动部分的设计
３．１气缸的设计计算气缸一般由缸筒．前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件组成。气缸被活塞分成有杆腔和无杆腔。当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，压缩空气作用在活塞右端面上的力克服各种反作用力，推动活塞杆前进，使活塞杆伸出；当活塞杆排气时，有杆腔进气时，活塞杆缩回到处始位置。两腔交替进气，排气，活塞杆实现往复直线运动。３．２气路的设计电气系统由三部份组成：
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