发动机活塞自动安装及系统控制论文

1概述

1.1设计背景

1.1.1 工业机器人技术概念

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置

构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的

机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、

提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重

要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人

工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广

泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并

不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人

的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长

时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进

化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技

术领域不可缺少的自动化设备

1.1.2 . 工业机械手介绍

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手

的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业

任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔

的发展前景。

机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技

术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有

多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

机械手由以下结构：

执行机构——驱动-传动机构——控制系统——智能系统——远程诊断监控系

统，五部分组成。

机械手的设计构想是以人的手为基础，以机械拉来实现人的动作，它的动作

由以下四部分来实现：1、自由度的旋转 2、肩的前后动作 3、肘的上下动作 4、

腕(手)的动作

驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分:机械式、电

气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。

机械手

1.2设计的目的和意义

目前，在国内发动机活塞安装中，大都是以人手工操作安装的，人手工操作

安装发动机活塞不仅速度过慢，而且由于重复作业，易于疲劳，效率极其低下不

宜于流水线作业。本次设计解决了这些问题，利用机械夹持器抓取流水线上活塞，

然后进行上下移动、左右移动及对工件的压紧、下压等操作。降低了人力物力的

消耗，解决了人的手工操作的一些缺点。

可编程序控制器已在许多行业得到了迅速的普及和推广应用。而它与气动和

液动技术相结合形成的各种机械手是实现工业自动化的重要设施。气动传动的介

质来自于空气，环境污染小，工程实现容易，所以气压传动是一种易于推广普及

的实现工业自动化的应用技术。气动技术在各个制造行业，尤其在各种自动化生

产装备和生产线中得到了广泛的应用，极大地提高了制造业的生产效率和产品质

量。

1.3系统设计方案

1.3.1．主要技术参数

（1）直动四缸发动机（2）活塞直径mm。（3）发动机缸体表面距地面高

81

度1450mm。（4）活塞连杆总成长150mm。

直列四缸发动机

1.3.2．总体方案

在本次设计过程中,驱动装置采用了工作可靠性高、使用寿命长、对环境没

有污染的气压技术。夹具部分由缓冲较小，易于控制的气缸直接控制。控制程序

采用编程简单、使用方便的梯形图。机械传动机构采用气缸完成安横、竖向运动。

机械导向机构采用滚珠导轨来完成。

导向装置作用是支撑和导向，为机械系统中各运动装置能到安全、准确的完成

其特定方向的运动提供保障。滚动导轨的导向面之间放置滚珠，滚珠或滚针等滚

动体来实现两导轨无滑动地相对运动。这种导轨摩损小，寿命大，定位精度高，

灵敏度好，运行平稳可靠，但对几何精度要求高，抗振性较差，防护要求高，本

次设计采用了传动精度高滚珠导轨。

滚珠导轨

总体设计机械图附于A0图纸中。AutoCAD左视图如下：

下图中传动机构由气缸完成，实现安装机的左右及上下移动。执行机构夹持

器也由气缸完成，实现对活塞的夹紧、放松。向下压紧也由气缸完成，实现对活

塞的向下压紧。为了避免较大的弯矩，造成上下运动气缸头部的损坏，纵向运动

装置使用光杠支撑和直线轴承作用。

（总体方案左视图）

为了进一步对机械结构进行说明，对安装机整体结构主视图进行绘制。

AutoCAD主视图如下：

（总体方案主视图）

1.4系统设计内容

1.4.1. 传动机构方案的选择

传动机构实质上是执行元件和执行机构之间的一个机械接口，用于对运动和

力进行变换和传递。气缸是将压缩空气的压力能转化为机械能，能驱动机构实现

上下移动、左右移动。

1.4.2.导向机构的选择

导向机构即导轨，主要有滑动和滚动两大类。滚珠导轨精度高，导向性好，

摩擦因数小，启动轻便，运动灵敏，不易爬行，寿命长，适用于水平导向及精度

较高场合，所以本次设计水平导轨采用滚珠导轨。

3.执行机构方案的选择

执行机构是控制系统的被控对象，是实现实际操作的机构。由于本次设计是

完成活塞抓取及安装的整套过程，故执行机构采用气压控制的机械夹持器。