林木球果采集機(jī)械手液壓系統(tǒng)
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  林木球果采集機(jī)器人屬示教再現(xiàn)型機(jī)器人。它的移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用J-50拖拉機(jī)。它的機(jī)械手為5個(gè)自由度全液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，由計(jì)算機(jī)與電液比例調(diào)速閥進(jìn)行電液比例控制。機(jī)械手電液比例控制系統(tǒng)工作原理如圖4.2-8所示。
    機(jī)械手的5個(gè)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(dòng)缸8來(lái)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(zhǎng)0.85m，為上下2片，可開合。用它來(lái)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(jī)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(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。1、4為電磁溢流閥，它的作用是當(dāng)電磁鐵失電時(shí)為泵2、3工作，系統(tǒng)可調(diào)壓，電磁鐵得電時(shí)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(dòng)缸8、開合缸11、小臂缸17及腕部缸14由泵3供油，為一獨(dú)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(dú)立系統(tǒng)。
圖4.2-8機(jī)械手電液比例控制系統(tǒng)工作原理圖
    擺動(dòng)缸8是驅(qū)動(dòng)采集爪左右擺動(dòng)的，由電磁閥6來(lái)控制，單邊擺動(dòng)角度為135°，擺動(dòng)速度由節(jié)流閥5來(lái)調(diào)節(jié)。閥7、16、21為雙向液壓鎖，是使采集爪擺動(dòng)后定位之用的。缸11為采集爪開合缸，由電磁閥10來(lái)控制。最大開度為上下兩齒間距0.9m，由節(jié)流閥9來(lái)調(diào)節(jié)其開合時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(lái)控制。由于腕部和小臂缸一般不同時(shí)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(lái)?yè)Q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(dòng)作。回轉(zhuǎn)馬達(dá)25通過(guò)蝸輪蝸桿和齒輪齒圈減速器驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤并帶動(dòng)機(jī)械手左右回轉(zhuǎn)。它的工作速度由節(jié)流閥23來(lái)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向由電磁閥24來(lái)控制。壓力繼電器18是對(duì)大臂缸22進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的，當(dāng)其作業(yè)過(guò)程中發(fā)生過(guò)載時(shí)即可發(fā)出電信號(hào)使泵卸載。
    林木球果采集機(jī)器人到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)后，機(jī)械手自動(dòng)作業(yè)程序如下：
    1)起動(dòng)——將發(fā)動(dòng)機(jī)與泵的離合器接合，按下起動(dòng)鍵。這時(shí)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(yùn)動(dòng)，大臂稍滯后2～3s運(yùn)動(dòng)，兩臂協(xié)調(diào)動(dòng)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(shí)，由回轉(zhuǎn)馬達(dá)使采集對(duì)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(duì)準(zhǔn)作業(yè)樹枝；
    5)爪擺動(dòng)——由擺動(dòng)缸調(diào)整采集爪的傾斜角對(duì)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(dòng)作，使采集爪沿樹枝生長(zhǎng)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(dòng)作，使采集爪沿樹枝生長(zhǎng)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(duì)準(zhǔn)下一作業(yè)樹枝，重復(fù)作業(yè)程序6～10的動(dòng)作；
    12)轉(zhuǎn)工位——由回轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)采集爪對(duì)準(zhǔn)另一棵樹重復(fù)作業(yè)程序2～11的動(dòng)作或?qū)?zhǔn)支撐架準(zhǔn)備停機(jī)。
    13)停機(jī)——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(dòng)機(jī)與液壓泵的離合器，停泵關(guān)機(jī)。
    以上機(jī)械手各作業(yè)程序都由計(jì)算機(jī)通過(guò)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(lái)完成的。計(jì)算機(jī)對(duì)上述作業(yè)過(guò)程有“記憶”功能，如不重新調(diào)整，將按前次作業(yè)過(guò)程重復(fù)再現(xiàn)。

    機(jī)械手作業(yè)程序與電磁閥動(dòng)作順序如下所示

≥≮

  回轉(zhuǎn)

  大臂

  小臂

  腕部

  擺動(dòng)

  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(dòng)

  +

  +

    +

  2

  起動(dòng)定位

  +

  +

  +

  +

    +

  3

  回轉(zhuǎn)定位

  ±

  +

  +

    +

  4

  爪俯仰

  ±

  +

  +

    十

  5

  爪擺動(dòng)

  ±

  +

  +

    +

  6

  爪張開

  +

  +

    +

（續(xù)）

遮

  回轉(zhuǎn)

  大臂

  小臂

  腕部

  擺動(dòng)

  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(jī)

由于林木球果采集作業(yè)對(duì)動(dòng)作精度不高，同時(shí)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(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制系統(tǒng)。其控制參數(shù)有6個(gè)電磁換向閥為12個(gè)開關(guān)量，加2個(gè)電磁溢流閥，共14個(gè)開關(guān)量，2個(gè)電液比例調(diào)速閥為兩個(gè)所示。

    林木球果采集機(jī)械人是由計(jì)算機(jī)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(dòng)作要求。性能良好，動(dòng)作穩(wěn)定。
圖4.2-9林木球果采集機(jī)器人計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制系統(tǒng)框圖

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