皮带输送铁矿粉自动取样器的设计(3)
(3)取样臂具有机械防冲击性能。
该取样设备运动机构设计需满足以下条件：
①取样过程：取样→翻腕倒料→停留→重复取样，铁铲停留在传输皮带和样品箱中间；
②取样周期10～120s，可任意设定，每次取样动作完成时间3～10s；
③传输皮带宽度80cm，取样铁铲运动半径65cm。
1.2.3 课题的主要任务
本课题将要完成的主要任务如下:
（1）本课题设计机械手为专用机械手，因此只适用于本课题；
（2）选取专用机械手的座标型式和自由度；
（3）设计出自动取样机械手的执行机构并绘制其装配图；
（4）气压传动系统的设计；
本课题将采用气压传动系统作为机械手的驱动装置，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，气压传动原理图的绘制。
（5）机械手的控制系统的设计
本设计专用机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，因此将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。
2 摆臂机构的选择
2.1 可实现摆臂机构分析
本设计自动取样机要求执行机构在一定的角度内作往复的摇摆运动。常见的可实现摇摆动作的机构有四杆机构、转动摇杆机构、凸轮机构以及PLC控制。对各机构的分析如下：
2.1.1 铰链四杆机构
铰链四杆机构是一种常见的传动机构，其刚性构件全部由低副连接而成，因此它不需要另外的装置来保证运动副的接触。另外铰链丝杆机构及其演变形式结构简单、制造方便，兼之单位面积压力小，使用寿命长，因此在工程中应用较为广泛。[2]铰链四杆机构根据其两连架杆的运动形式不同，可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，本设计的输出为往复的摆动，而要求的输入运动为整周转动，因此上述机构中满足此运动要求为曲柄摇杆机构，其机构简图见2-1。
图2-1 曲柄摇杆机构示意图
图2-1中，杆AB最短杆，即曲柄，作为整个机构的输入端，杆CD作为输出端，其运动为本设计所需求的摆动。改变曲柄AB的长度（始终满足AB为最短杆），摇杆CD的摆角φ也相应改变。但是要完成整个取样周期，需要让取样铲有一定的停留取样时间，而单纯的曲柄摇杆机构难以实现取样铲的在某一位置上的停留动作，这也是曲柄摇杆机构在此运用上的局限性，难以实现本课题“取样→翻腕倒料→停留→重复取样，铁铲停留在传输皮带和样品箱中间”这一设计要求。
2.1.2 摆动摇杆机构
摆动导杆机构是曲柄摇杆机构的主要演变形式之一，它将曲柄的旋转运动转换成为导杆的往复摆动，其结构运动简图见2-2。
2-2 转动摇杆机构示意图
如图2-2所示，ABC为摆动导杆，要求曲柄的长度R小于机架长L。曲柄AB匀速转动时，导杆BC作往复摆动，摆角 ,θ为极位夹角。由图可知，正行程B2→B1转过的角度φ2显然小于反行程B1→B2转过的角度φ1。其函数关系式为：
φ1—θ=φ2+θ=180º
因此，转动摇杆机构具有急回运动性质，且AB始终与BC垂直，传动角始终为90º，压力角为0，故转动摇杆机构传力性能良好，常用于牛头刨床、插床和送料装置中。在工程应用中，R与L的比值一般不会超过0.5，因此导杆的摆角 不超过60º。[3]而本课题自动取样机械臂要求的摆角为90º，这也是摆动摇杆机构在本课题设计中有一定的局限性，因此也不予采用。
上一篇：小型折叠式燃气发生气瓶设计