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林木球果采集机器人液压马达系统系统

时间:2019-11-24 17:40:46  来源:  编辑:  浏览量: 36
概况: 林木球果采集机器人属示教再现型机器人,其移动机构采用J-50拖拉机。它的机械手为具有5个自由度的全液压驱动机械手,由计算机与电液比例调速阀进行液压马达系统。

        林木球果采集机器人属示教再现型机器人,其移动机构采用J-50拖拉机。它的机械手为具有5个自由度的全液压驱动机械手,由计算机与电液比例调速阀进行液压马达系统。
        液压马达系统系统及其工作原理
        图1所示为机械手液压马达系统系统原理图。机械手的5个自由度分别由回转液压马达25、大臂液压缸22、小臂液压缸17、腕部液压缸14和摆动液压马达8来控制。液压缸11为梳齿状采集爪的开合缸,梳齿状采集爪宽0. 5m、长0.85m,上下两片,可开合(采集爪最大开度为上下两梳齿间距0. 9m),用它来抓取球果。下梳齿左右两侧最外面一齿是新月形侧板,以防止摘下的球果从两侧滚出去。该电液伺服控制系统为双泵双回路系统,油源为J-50拖拉机的发动机直接驱动的双联高压齿轮泵2、3。系统中左边摆动马达8、开合缸11、腕部缸14和小臂缸17由泵3供油,为一独立回路,泵3的调压及卸荷由电磁溢流阀4实现,压力由压力表26显示。右边大臂缸22和回转马达25由泵2供油,为另一独立回路,泵2的调压及卸荷由电磁溢流阀1控制,压力由压力表27显示。三位四通电磁换向阀6、10、13、15、20和24分别用来控制各实行器的运动方向。系统中全部电器元件均由24V蓄电池供电。 
                                                            
                                                                                                                           图1机械手电液伺服控制系统原理图
1、4-电磁溢流阀;2、3-双联齿轮泵;5、9、23-节流阀; 6、10、13、15、20、24-三位四通电磁换向阀;7、16、21-双向液压锁;8-摆动液压马达;11-采集爪开合液压缸;12、19-比例调速阀;14-腕部液压缸;17 -小臂液压缸;18-压力继电器;22-大臂液压缸;25-回转液压马达;26、27-压力表
        摆动马达8驱动采集爪左右摆转,单边摆转量为135。,摆动速度由节流阀5调节。采集爪摆动后定位由双向液压锁7完成。两个并联的采集爪开合液压缸11的开合运动速度由节流阀9调节。腕部缸14控制采集爪的俯仰,上下俯仰角可达90。。由于腕部缸14和小臂缸17一般不同时工作,故采用同一电液比例调速阀12进行伺服控制。大臂缸22用电液比例调速阀19进行伺服控制。工作中通过对两个电液比例调速阀12和19的开口进行控制以达到大臂与小臂或大臂与腕部的协调动作。回转马达25通过蜗轮蜗杆和齿轮齿圈减速器驱动回转盘带动机械手左右回转,其工作速度由节流阀23来调节。压力继电器18用于大臂缸22的过载保护,当作业过程中发生过载时即发出使阀1的电磁铁通电的电信号,使泵2卸荷。
        采集机器人到达作业现场后,机械手自动作业程序如下。
        1)启动将发动机与液压泵的离合器接合,按下启动键,电磁溢流阀1和4通电,液压泵2、3处于待工作状态(卸荷)。
        2)起升定位小臂先运动,大臂稍滞后2~3s运动,两臂协调动作使采集爪直线上升到达作业高度。
        3)回转定位 当采集爪达到作业高度时,由回转液压马达使采集爪对准作业树枝。
        4)爪俯仰 由腕部缸调整采集爪的俯仰角度对准作业树枝。
        5)爪摆动 由摆动缸调整采集爪的倾斜角对准作业树枝。
        6)爪张开 由开合缸控制采集爪张开。
        7)向前抓取 由大、小臂缸协调动作,使采集爪沿树枝生长方向伸向树枝。
        8)爪闭合 达到作业深度后采集爪闭合。
        9)向后作业由大、小臂缸协调动作,使采集爪沿树枝生长方向向外撸下,将球果撸下。
      10)爪仰起 由腕部缸控制采集爪仰起到最大高度,使球果沿管道滚入集果箱中。
      11)降工位下降一定高度对准下一作业树枝,重复作业程序6)~10)的动作。
      12)转工位 由回转马达驱动采集爪对准另一棵树重复作业程序2)~11)的动作或对准支撑架准备停机。
      13)停机 降至最低位后,将大臂先落下,小臂稍滞后2~3s落下。
        脱开发动机与液压泵的离合器,停泵关机。
        机械手以上各作业程序都是计算机通过电液比例系统的电磁换向阀、电磁卸荷阀与电液比例调速阀控制各实行器来完成的。计算机对上述作业过程有“记忆”功能,如      不 重新调整,将按前次作业过程重复再现。注:+/一表示电磁铁交替通电和断电;-/+表示电磁铁交替断电和通电。
        (3)机器人计算机数字程序控制系统
由于林木球果采集作业对动作精度的要求不高,同时为了降低生产成本、便于推广应用,故采用开环控制的计算机数字程序控制系统(见图8-26)。其控制参数有6个电磁换向阀为12个开关量,加2个电磁溢流阀,共14个开关量,2个电液比例调速阀为2个模拟量。 
                                             
                                                                    图2林木球果采集机器人计算机数字程序控制系统框图 

          技术特点
          1)该林木球果采集机器人由计算机控制的电液比例系统能够实现林木球果采集作业的各个动作要求,性能良好、动作稳定、操作简便、成本低、效率高。
          2)液压系统采用双泵双回路结构,可以避免多实行由于压力、流量不同造成的动作干扰。
          3)系统中各实行器均采用流量阀(节流阀或调速阀)放在出口的回油节流调速,有利于提高实行器的工作平稳性和油液散热。
           4)各实行器均采用电磁换向阀控制,其电磁铁的电源由24V蓄电池供给,尽管比交流电磁阀换向时间长,但换向冲击较小。

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