双凸轮驱动的取送瓶机械手运动规律设计.pdf
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1、电气与自动化郑中顺等双凸轮驱动的取送瓶机械手运动规律设计第一作者简介:郑中顺()男河南信阳人硕士研究生研究方向为机械设计及结构优化.:./.双凸轮驱动的取送瓶机械手运动规律设计郑中顺冯志华陶仁杰(苏州大学 机电工程学院江苏 苏州)摘 要:取送瓶双凸轮式机械手是旋转式吹瓶机生产瓶子过程中的重要组成机构其运动的平稳性将影响成型瓶的效率 通过对机械手在取送瓶过程的运动分析提出一种新的设计思路:采用矢量分析法建立取送瓶同步段的运动轨迹方程通过三次样条法拟合机械手的运动轨迹对摆动凸轮过渡段进行分段设计反推出直动凸轮的轨迹方程借助 软件进行求解曲线坐标得到取送瓶凸轮理论轮廓曲线提高了机械手的传动效率关键词
2、:吹瓶机凸轮机构矢量法样条曲线中图分类号:.文献标志码:文章编号:()():.:引言近些年全自动旋转式 液体包装机械迅速发展代表了未来液体罐装机械的发展趋势 取送瓶凸轮机械手是液体包装生产线中重要的传动部件其作用是控制机械手摆动和径向的移动从而完成取送瓶的动作现有对取送瓶凸轮机械手曲线的设计方法没有统一的理论指导因此存在着机械手取送瓶不到位、损坏瓶口以及衔接点处出现加速度突变等诸多问题从而影响到生产效率本文以双凸轮取送瓶机械手为研究对象通过对其机构的分析采用复数矢量法建立了机械手的运动参数方程提出了以三次样条插值拟合机械手的轨迹对过渡段摆动凸轮从动件运动规律采用分段设计根据机构几何关系逆推出直
3、动凸轮从动件的轨迹最后利用 软件进行求解从而获得了高精度且连续的凸轮曲线提高了机械手的传送效率 双凸轮驱动取送瓶机械手工作原理双凸轮驱动取送瓶机械手是旋转式吹瓶机当中的传动部件之一其功能是保证机械手将吹塑模具中拉伸吹塑好的瓶子取出并安全平稳地运送到下一道工序中图 为取送瓶凸轮结构简图 为取送瓶凸轮机构的回转中心为主驱动盘绕 点匀速转动和 分别为摆动凸轮和直动凸轮从动件滚子中心为机械手中心为摆动凸轮从动件绕 点做摆动运动为直动凸轮从动件其中摆动凸轮和直动凸轮协同控制机械手完成取瓶和送瓶过程O4UUO3O1O2O,DDEDDE图 双凸轮取送瓶机械手结构简图电气与自动化郑中顺等双凸轮驱动的取送瓶机械
4、手运动规律设计 机械手运动轨迹规划根据吹瓶机取送瓶凸轮机械手的运动要求将其运动周期划分成 个阶段如图 所示1243取瓶段过渡段一送瓶段空载过渡段二图 双凸轮取送瓶机械手周期划分图以取送瓶凸轮回转中心 为原点正右方向建立机械手在整个周期的矢量分析图(图)在取瓶段机械手先向模具靠近直至抓取瓶子然后与模具同步转动一定角度完成取瓶退出时机械手要与模具保持一定距离才能安全退出 其中 为取瓶同步段 点为回转中心为两中心连线与极坐标方向夹角为开模角度为取瓶离开角度M0M1M2dM3M4M7M8M9M5M6O4OO?rdO1032r图 机械手整个周期的矢量分析图假设机械手中心 到凸轮回转中心 的距离为 与极坐
5、标正方向夹角为 列矢量方程如下:()求解得到机械手在取瓶段()的参数方程()()()为确保机械手能够安全靠近并完成取瓶动作且安全退出时不会造成瓶口损坏在此引入图 中的修正点、使机械手在同步靠近和同步退出时与模具保持相对安全距离 当运动到取送瓶凸轮回转中心与取送瓶回转中心的连线位置时两机械手需保持一定的安全距离因此引入机械手过渡段修正点 以确保机械手过渡段运动过程中的安全性图 中 为接收盘回转中心 为接收盘回转半径为两中心连线与极坐标正方向夹角为机械手送瓶同步点 为满足工程角度要求机械手在送瓶段还需经过、个修正点本文采取三次样条插值的第 种循环边界条件对机械手运动的整个周期进行优化确保机械手运动
6、轨迹曲线在衔接点处二阶可导且连续 通过对机械手运动的分析机械手在整个周期必须通过 假设机械手运行轨迹点为()(为取送瓶凸轮机械手矢角为机械手矢径)建立三次插值多项式:()()()()()循环边界条件确保了机械手在衔接点处一阶、二阶导数的连续性由此构造了机械手在整个周期每个子区间内的三次样条插值函数 摆动与直动凸轮曲线设计.摆动凸轮曲线设计)取瓶段取瓶段为机械手严格跟踪段图 建立了取瓶段摆动凸轮矢量分析图其中 为主驱动杆 为取瓶同步靠近起始点 为取瓶同步离开终止点为机械手取瓶时模具盘瓶口中心跟踪点 为主驱动杆与极轴方向夹角为摆动凸轮滚子中心摆动从动件 的长度为 为取瓶跟踪段角度 为摆动从动件与直
7、动从动件固定夹角直动从动件 与主驱动杆 所夹偏转角为 M1M2O4O1O2L0Lm4O4AOAdrRb0Or图 取瓶段摆动凸轮矢量分析图如图 所示在 和 段时为确保机械手顺利到达瓶口中心以及取瓶退出时不受到模具的阻挡控制机械手伸缩运动的直动从动件需指向瓶口中心为机械手严格跟踪段此时 与 完全重合 设 到取送瓶回转中心 的长度为 与极坐标正方向夹角为 建立如下矢量关系表达式:()由于机械手主驱动杆与模具回转的角速度之比为电气与自动化郑中顺等双凸轮驱动的取送瓶机械手运动规律设计/所以 求解可以得到摆动凸轮取瓶段的运动轨迹方程为()()()()()()()()()()()()()送瓶段机械手送瓶与取
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