林木球果采集機械手液壓系統(tǒng)
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  林木球果采集機器人屬示教再現(xiàn)型機器人。它的移動機構(gòu)采用J-50拖拉機。它的機械手為5個自由度全液壓驅(qū)動的機械手，由計算機與電液比例調(diào)速閥進(jìn)行電液比例控制。機械手電液比例控制系統(tǒng)工作原理如圖4.2-8所示。
    機械手的5個自由度分別由回轉(zhuǎn)馬達(dá)25、大臂缸22、小臂缸17、腕部缸14和擺動缸8來控制。液壓缸11為梳齒狀采集爪的開合缸。梳齒狀采集爪寬0.5m、長0.85m，為上下2片，可開合。用它來抓取球果。下梳齒左右兩側(cè)最外面一齒是新月型側(cè)板，以防止摘下的球果從兩側(cè)滾出去。該機械手電液比例控制系統(tǒng)為雙泵雙回路電液比例控制系統(tǒng)。其中2、3為雙聯(lián)高壓齒輪泵，由J-50拖拉機的發(fā)動機直接驅(qū)動。1、4為電磁溢流閥，它的作用是當(dāng)電磁鐵失電時為泵2、3工作，系統(tǒng)可調(diào)壓，電磁鐵得電時電磁溢流閥1、4使泵2、3分別卸載。全部電器元件均由24V蓄電池供電。左邊擺動缸8、開合缸11、小臂缸17及腕部缸14由泵3供油，為一獨立系統(tǒng)。右邊大臂缸22、回轉(zhuǎn)馬達(dá)25由液壓泵2供油，為另一獨立系統(tǒng)。
圖4.2-8機械手電液比例控制系統(tǒng)工作原理圖
    擺動缸8是驅(qū)動采集爪左右擺動的，由電磁閥6來控制，單邊擺動角度為135°，擺動速度由節(jié)流閥5來調(diào)節(jié)。閥7、16、21為雙向液壓鎖，是使采集爪擺動后定位之用的。缸11為采集爪開合缸，由電磁閥10來控制。最大開度為上下兩齒間距0.9m，由節(jié)流閥9來調(diào)節(jié)其開合時的運動速度。腕部缸14控制采集爪的俯仰，上下俯仰角可達(dá)90°。小臂缸17由電磁閥15來控制。由于腕部和小臂缸一般不同時工作，故采用同一電液比例調(diào)速閥12進(jìn)行控制。大臂缸22由電磁閥20來換向，由電液比例調(diào)速閥19進(jìn)行控制。從而構(gòu)成雙泵雙回路的電液比例控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制工作中的小臂或大臂與腕部之間的協(xié)調(diào)動作。回轉(zhuǎn)馬達(dá)25通過蝸輪蝸桿和齒輪齒圈減速器驅(qū)動回轉(zhuǎn)盤并帶動機械手左右回轉(zhuǎn)。它的工作速度由節(jié)流閥23來調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動方向由電磁閥24來控制。壓力繼電器18是對大臂缸22進(jìn)行過載保護(hù)的，當(dāng)其作業(yè)過程中發(fā)生過載時即可發(fā)出電信號使泵卸載。
    林木球果采集機器人到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場后，機械手自動作業(yè)程序如下：
    1)起動——將發(fā)動機與泵的離合器接合，按下起動鍵。這時電磁溢流閥l、4通電，使泵2、3處于待工作狀態(tài)（卸荷狀態(tài)）；
2)起升定位——小臂先運動，大臂稍滯后2～3s運動，兩臂協(xié)調(diào)動作使采集爪直線上升達(dá)到作業(yè)高度；
    3)回轉(zhuǎn)定位——當(dāng)采集爪達(dá)到作業(yè)高度時，由回轉(zhuǎn)馬達(dá)使采集對準(zhǔn)作業(yè)樹枝；
    4)爪俯仰——由腕部缸調(diào)整采集爪的俯仰角對準(zhǔn)作業(yè)樹枝；
    5)爪擺動——由擺動缸調(diào)整采集爪的傾斜角對準(zhǔn)作業(yè)樹枝；
    6)爪張開——由開合缸控制采集爪張開；
    7)向前抓取——由大、小臂缸協(xié)調(diào)動作，使采集爪沿樹枝生長方向伸向樹枝；
    8)爪閉合——達(dá)到作業(yè)深度后采集爪閉合；
    9)向后作業(yè)——由大、小臂缸協(xié)調(diào)動作，使采集爪沿樹枝生長方向向外擼，將球果擼下；
    10)爪仰起——由腕部缸控制采集爪仰起到最大高度，使球果沿管道滾入集果箱中；
    11)降工位——下降一定高度對準(zhǔn)下一作業(yè)樹枝，重復(fù)作業(yè)程序6～10的動作；
    12)轉(zhuǎn)工位——由回轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動采集爪對準(zhǔn)另一棵樹重復(fù)作業(yè)程序2～11的動作或?qū)?zhǔn)支撐架準(zhǔn)備停機。
    13)停機——降至最低位后，將大臂先落下，小臂稍滯后2～3s落下。
    脫開發(fā)動機與液壓泵的離合器，停泵關(guān)機。
    以上機械手各作業(yè)程序都由計算機通過電液比例系統(tǒng)的電磁換向閥，電磁溢流閥與電液比例調(diào)速閥控制各執(zhí)行器來完成的。計算機對上述作業(yè)過程有“記憶”功能，如不重新調(diào)整，將按前次作業(yè)過程重復(fù)再現(xiàn)。

    機械手作業(yè)程序與電磁閥動作順序如下所示

≥≮

  回轉(zhuǎn)

  大臂

  小臂

  腕部

  擺動

  開合

  比例閥

  卸荷閥

  液壓泵

  左

  右

  升

  降

  升

  降

  仰

  俯

  左

  右

  開

  合

  19

  12

  1

  4

  2

  3

  1

  起動

  +

  +

    +

  2

  起動定位

  +

  +

  +

  +

    +

  3

  回轉(zhuǎn)定位

  ±

  +

  +

    +

  4

  爪俯仰

  ±

  +

  +

    十

  5

  爪擺動

  ±

  +

  +

    +

  6

  爪張開

  +

  +

    +

（續(xù)）

遮

  回轉(zhuǎn)

  大臂

  小臂

  腕部

  擺動

  開合

  比例閥

  卸荷閥

  液壓泵

  左

  右

  升

  降

  升

  降

  仰

  俯

  左

  右

  開

  合

  19

  12

  1

  4

  2

  3

  7

  向前抓取

  +

  +

  +

  +

  +

    +

  8

  爪閉合

  +

  +

    +

  9

  向后作業(yè)

  +

  千

  ±

  +

  +

    +

  10

  爪仰起

  +

  +

  +

    +

  11

  降工位

  +

  +

    +

  12

  轉(zhuǎn)工位

  ±

  +

  +

    +

  13

  停機

由于林木球果采集作業(yè)對動作精度不高，同時為了降低生產(chǎn)成本，便于推廣應(yīng)用，故采用開環(huán)控制的計算機數(shù)字程序控制系統(tǒng)。其控制參數(shù)有6個電磁換向閥為12個開關(guān)量，加2個電磁溢流閥，共14個開關(guān)量，2個電液比例調(diào)速閥為兩個所示。

    林木球果采集機械人是由計算機控制的電液比例系統(tǒng)，能夠完成林木球果采集作業(yè)中的各種動作要求。性能良好，動作穩(wěn)定。
圖4.2-9林木球果采集機器人計算機數(shù)字程序控制系統(tǒng)框圖

本文標(biāo)題：林木球果采集機械手液壓系統(tǒng)

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