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科技论文的结构和特点

例文1：

基于气动机械手的螺杆柔性自动化装配及PLC控制

陈水金¹胡国清¹张冬至¹

（1、华南理工大学机械与汽车工程学院）

摘要：基于气动技术及数字控制技术的柔性装配是精密仪器仪表

制造中的关键技术。针对变送器膜盒的螺杆自动化装配，该文提出切

实可行的柔性自动装配方案，分析并优化了螺杆装配气动机械手结构，

根据装配系统工艺要求设计了可靠的气动控制系统，基于可编程控制

器实现了变送器膜盒螺杆的高精密自动化柔性装配，为精密仪器仪表

柔性装配提供了重要的参考范例。

关键词：气动机械手；PLC；柔性装配；气动控制

0引言

精密仪器仪表集约传感器、智能化、集成化等于一体，是发展国

民经济、航空航天、民用工业等不可或缺的重要组成。发展精密仪器

仪表，是发展现代化装备及其测控系统的核心。当今，作为主流技术，

精密仪器仪表正朝着低成本、更高速、更灵敏、更可靠等方向发展，

精密仪器仪表的高效自动组装取代人力装配是顺应其发展的重要举

措，其意义在于不仅降低劳动成本和人为操作失误，而且可大幅提高

其装配的精密化和自动化。然而，精密仪器市场产品多样化，对其自

动化装配提出更高的要求。基于气动及数控技术的柔性装配为精密仪

器仪表制造提供了新的技术。基于气动技术发展气动机械手作为实现

柔性装配的重要手段之一、可避免硬性装配对组装工件的损伤。目前，

基于多工位气缸，数字步进电缸等等设备的发展，为气动机械手和

柔性组装发展提供了重要保障。气动机械手具有低成本、结构简单、

易于控制等优点，而得到广泛的应用。针对变送器膜盒的螺杆自动化

装配，本文提出切实可行的柔性自动装配方案，分析并优化了螺杆装

配气动机械手结构，根据装配系统工艺要求设计了可靠的气动控制系

统，基于可编程控制器实现了变送器膜盒螺杆的高精密自动化柔性装

配，为精密仪器仪表柔性装配提供了重要的参考范例。

1.柔性装配方案及装配工艺分析本文旨在实现轴与孔的自动化

装配。是变送器的膜盒螺杆装配的平面布局。因装配后期要采用扭矩

扳手拧紧螺栓，故采用基于安装件基件进行装配。对这四个螺杆进行

自动化装配进行分析，主要有两个装配方案。方案一，全部采用直线

式气动驱动模块，构成直角坐标系气动机械手。其中以三工位气缸作

为为沿送料方向的直线驱动元件。水平方向及垂直方向采用二工位直

线驱动模块。其工作方式主要是直线运动；方案二，采用旋转式与直

线式驱动模块结合。其机械手中心采用多工位摆模块，在水平方向及

垂直方向，采用直线驱动模块。通过旋转运动，直线运动，进行定位、

装配。基于设计旋转结构复杂，而且旋转结构不稳定性及精度不高的

问题，控制较为复杂。而方案一利用气动的迅速特点，采用全直线运

动模块，结构简单稳定、精度高控制简单等特点。因此，本文采用气

动全直线式驱动方案。

2.柔性装配气动机械手设计

2．1气动机械手结构设计气动机械手结构。基于气动技术的柔

性快速装配及行程短等优势，该机械手采用直角坐标式，由4个气缸

驱动模块组成，其中3个坐标系直线模块和气抓模块。轴有3个工

位，故采用三工位驱动气缸，它是由四工位气缸改进而成。如图4

所示，其各个工位控制由三个气口控制。当3进气，1、2排气时，

处在A工位。当3状态不变，1进气时，进入B工位，行程AB。在

1进气不变，2进气，3排气时，进人工位c，行程BC。与三工位步

进气缸相比，其定位精度高，结构和控制简单。其3个工位由机械

式定/article-486.html位，因而定位精度高，

动作迅速，效率高等特点。y、z轴直线模块由二位气缸驱动。抓取

模块由气缸和杠杆组成的平行抓取模块。该气动机械手由各个模块快

速组合而成，通过调节各模块的行程，适应装配不同变送器产品类型，

具有一定的柔性。

2．2气动机械手基本参数气动机械手基本参数包括各坐标轴移

动速度、行程及手指的行程夹紧力。通过调速阀来实现三个坐标轴移

动的平均速度为1m／s。而各个坐标轴的行程由装配的工位决定。

不同产品系列，其装配螺杆的工位距离不同。本文以WidePlus-4k系

列变送器为例。其装配工位1与工位2距离为52mm，工位1与工

位3距离为49mm。基于此，y轴行程为60mm。而轴的行程出工

位1与送料螺杆的距离。故选其行程为100mm。