注塑机取件机械手的设计【三自由度】【12张图纸】【优秀】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：271892
类型：共享资源
大小：990.60KB
格式：RAR
上传时间：2014-04-09
上传人：上***
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
48
积分
- 关 键 词：
-
注塑
机取件
机械手
设计
自由度
图纸
优秀
- 资源描述：
-
注塑机取件机械手的设计
27页 11000字数+说明书+任务书+开题报告+12张CAD图纸
A0注塑机机械手装配图.dwg
A2基座.dwg
A2基座改.dwg
A2引拔.dwg
A2机械臂连接块.dwg
A2机械臂连接块改.dwg
A3手爪.dwg
A4手爪气缸法兰.dwg
A4手爪部件1.dwg
A4手爪部件2.dwg
A4楔块.dwg
中期检查表.doc
任务书.doc
开题论证审批表.doc
开题论证记录.doc
指导检查工作情况登记表.doc
气动顺序系统图.dwg
注塑机取件机械手的设计说明书.doc
选题审批表.doc
目 录
摘 要1
关键词1
1 前言2
1.1 机器人概述2
1.2 机器人的历史、现状3
1.3 机器人发展趋势4
2 机械手设计方案4
2.1 机械手基本形式的选择4
2.1.1 直角坐标型机器人4
2.1.2 极坐标型机器人5
2.1.3 圆柱坐标型机器人5
2.1.4 多关节机器人5
2.2 驱动装置的选择6
2.2.1 液压驱动6
2.2.2 气压驱动7
2.2.3 电动机驱动7
3 引拔设计8
3.1 设计参数8
3.2 方案设计8
3.3 引拔机构结构设计8
3.3.1 引拔气缸参数计算8
3.3.2 附加导向杆机构设计9
4 机械臂的设计10
4.1 设计参数10
4.2 方案设计10
4.3 机械臂气缸的选用10
4.3.1 预选气缸的缸径10
4.3.2 预选气缸行程11
4.3.3 验算缓冲能力11
4.3.4 活塞杆长度的验算11
4.3.5 计算气缸的空气消费量12
4.3.6 选择活塞杆端部接头12
4.3.7 选择气缸的品种和安装形式12
5 横行的设计12
5.1 设计参数12
5.2 方案设计12
5.3 横进气缸的选用13
5.4 导轨设计14
6 机械手结构设计14
6.1 夹持器设计的基本要求14
6.2 夹紧装置设计.15
6.2.1 夹紧力计算15
6.2.2 驱动力力计算15
6.2.3 气缸驱动力计算16
6.2.4 选用夹持器气缸16
6.2.5 手爪的夹持误差及分析16
6.2.6 楔块等尺寸的确定19
6.2.7 材料及连接件选择21
7 气动顺序动作的确定22
8 结论22
参考文献22
致谢23
摘 要：在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台三自由度的工业机器人，用于给注塑机取出成品。
关键词：机器人；气缸；注塑机；结构设计 Abstract : In order to enhance the efficiency of production and guarantee the quality of products,more attention has been paid to the automation in the process of production in the modern manufacturing industry with large scale.Therefore,industrial robots are gradually appproved and adopted by enterprises as an important part in the automation production line.To some extent,the technical level and application of industrial robots have reflected on the automation level in national industries.At present,they mainly undertake such jobs mostly in playback way as welding,spraying,transporting taking and stowing,which are usually done repeatedly with high work strength.
In the thesis,an industrial robot with three DOFS will be designed to remove the finished molding machine.
Key words: android;cylinder;injection machine;structural design3 引拔设计
3.1 设计参数
（1）伸缩长度：160mm；
（2）单方向伸缩时间：1～2S；
（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm；
（4）前端安装机械臂连接块，伸缩终点无刚性冲击；
3.2 方案设计
气动驱动方案伸缩原理采用单出杆双作用气动油缸，手臂纵向移动时采用单向调速阀进行节流调速，接近终点时，发出信号，进行调速缓冲，靠气缸行程极限定位，采用附加导向杆防止转动，采用电液换向阀，控制伸缩方向。
- 内容简介：
-
湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学 部： 理工学部 学生姓名刘超学 号200741914615年级专业及班级2007级机械设计制造及其自动化(6)班指导教师及职称陈文凯副教授毕业论文（设计）题目注塑机取件机械手的设计毕业论文（设计）工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日检查（考核）小组意见检查小组组长签名： 年 月 日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名刘超学 号200741914615年级专业及班级2007级机械设计制造及其自动化(6)班指导教师及职称陈文凯副教授20 年 月 日填 写 说 明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式：请在合适的对应选项前的“（ ）”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。（二）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（三）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（四）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目注塑机取件机械手的设计选题来源（ ）结合科研课题 课题名称： （）生产实际或社会实际 （ ）其他 选题性质（ ）基础研究 （）应用研究 （ ）其他题目完成形式（ ）毕业论文 （）毕业设计 （ ）提交作品，并撰写论文主要内容和要求注塑机取件机械手的设计主要用于注塑机开模后的取件工作。其技术参数为：（1）采用直角坐标机械手，x,y,z三个方向的移动距离为160mm，1000mm，550mm；（2）单方向伸缩时间：14.5S；（3）伸缩终点无刚性冲击；根据所给的设计参数，设计机械手。一、确定机械手总体传动方案，查阅相关资料二、对主要零件进行设计计算,选定各标准件三、绘制机械手总装图四、绘制部分自制零件的工程图五、编写设计说明书设计说明书的内容就包括传动方案的拟定及各自行设计零件的设计计算过程,必要时应用图表说明.说明：设计工作量应至少完成折合A0号图纸三张和一份12000字以上的设计计算说明书。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考文献与外文资料1濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2004.022孙桓，陈作模.机械原理M.北京：高等教育出版社，19993陆震。高等机械原理M.北京：北京航空大学出版社，20014何小柏。机械设计课程M. 北京：高等教育出版社，19995顾崇衔。机械制造工艺学M.陕西：陕西科学技术出版社，19986机械工程手册编委会.机械工程手册M.北京：机械工业出版社，19977洪如瑾.UG CAD快速入门指导M.清华大学出版社，20028朱世强，王宣银.机器人技术及其应用M.浙江：浙江大学出版社，2001.079王天然.机器人M.北京：化学工业出版社，2002.0110冯辛安.机械制造装备设计M. 北京：机械工业出版社，2005.06工作进度安排起止日期主要工作内容2010.09.152010.09.18选题2010.09.192010.09.21下达任务书2010.09.222010.09.25开题2010.09.262011.04.15设计2011.04.162011.04.30完善与总结课题2011.05.012011.05.15提交正稿与指导教师评阅2011.05.202011.05.28专业委员会评阅，答辩与修改定稿要求完成日期：20 年 月 日 指导教师签名： 审查日期：20 年 月 日 专业负责人签名： 批准日期：20 年 月 日 接受任务日期：20 年 月 日； 学生本人签名： 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名刘超学号200741914615年级专业及班级2007级机械设计制造及其自动化(6)班指导教师及职称陈文凯 副教授开题时间2010年 月 日毕业论文（设计）题目注塑机取件机械手的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）选题研究意义:一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现物件的抓取，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、有灰尘、噪声、臭味、以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。四、由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。五、机械手特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。国内外研究现状:机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。随着工业技术的发展，工业机器人与机械手的应用范围不断扩大，其技术性能也在不断提高。在国内，应用于生产实际的工业机器人特别是示教再现性机器人不断增多，而且计算机控制的也有所应用。在国外应用于生产实际的工业机器人多为示教再现型机器人，而且计算机控制的工业机器人占有相当比例。带有“触觉”，“视觉”等感觉的“智能机器人”正处于研制开发阶段。带有一定智能的工业机器人是工业机器人技术的发展方向。主要参考文献：1 刘延俊.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2010.2 王承义. 机械手及其应用M.北京:机械工业出版社, 1981.3 （苏）别洛夫. 机械手 M.北京:机械工业出版社, 1981.4 王先逵. 机械制造工艺学M.北京:机械工业出版社, 2010.5 濮良贵. 机械设计M.北京:高等教育出版社, 2006.6 张淑娟,全腊珍主编.画法几何与机械制图M.北京：中国农业出版社，20077 许炳辉主编.气动手册M.上海:上海科学技术出版社,20038 谢存禧,张铁主编.机器人技术及其应用M.北京:机械工业出版社,20059 朱孝录主编.中国机械设计大典M.江西科学技术出版社，200210 刘鸿文主编.材料力学M. 北京:高等教育出版社，2004 11 吴宗泽,罗圣国主编.机械设计手册M.北京:高等教育出版社，200612 宗光华主编.机器人创意设计与实践M. 北京:北京航空航天出版社，200413 宋德玉主编.可编程序控制器原理及应用系统设计技术M.冶金工业出版社，200514 孙恒,陈作模主编.机械原理M. 北京:高等教育出版社,200015 徐学林主编.互换性与测量技术基础M.长沙:湖南大学出版社,2007注：此表如不够填写，可另加页。研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）注塑机取件机械手对稳定、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。为了提高个人的实际能力，适应社会急需的有创新精神的应用型人才，选择了注塑机取件机械手的设计。本注塑机取件机械手采用直角坐标系， 因载荷较小，夹紧力不大， 驱动系统及夹紧机构采用气压系统。时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）设计内容 起止日期选题 2010.09.152010.09.18 下达任务书 2010.09.192010.09.21 开题 2010.09.222010.09.25 设计 2010.09.262011. 04.15 完善与总结课题 2011.04.162011.04.30 提交正稿与指导教师评阅 2011.05.012011.05.15 专业委员会评阅，答辩与修改定稿 2011.05.202011.05.28开题论证小组意见组长签名： 年 月 日专业委员会意见 专业教研室主任签名： 年 月 日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证记录学 部： 理工学部 学生姓名刘超学 号200741914615年级专业及班级2007级机械设计制造及其自动化专业(6)班指导教师姓名陈文凯指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目注塑机取件机械手的设计论证小组质疑及指导意见学生回答简要记录论证小组成员签名 记录人签名： 论证时间： 20 年 月 日 注：记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。指导教师指导检查学生进行毕业论文（设计）工作情况登记表系（部）名称：理工学部 指导教师姓名：陈文凯时 间地 点指导、检查的主要内容学生签名注：此表在每次指导、检查工作时由学生带来，指导教师填写。内容包括学生的学习、工作态度；毕业论文（设计）工作的进展情况；论文（设计）工作中尚需解决的问题等。湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计 注塑机取件机械手的设计DESIGN OF MANIPULATOR FOR INJECTION学生姓名： 刘 超学 号： 200741914615年级专业及班级： 2007级机械设计制造及其自动化（6）班指导老师及职称： 陈文凯 副教授湖南长沙提交日期： 2011 年 5 月66湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日目 录摘 要1关键词11 前言2 1.1 机器人概述2 1.2 机器人的历史、现状3 1.3 机器人发展趋势42 机械手设计方案4 2.1 机械手基本形式的选择4 2.1.1 直角坐标型机器人4 2.1.2 极坐标型机器人52.1.3 圆柱坐标型机器人5 2.1.4 多关节机器人5 2.2 驱动装置的选择6 2.2.1 液压驱动6 2.2.2 气压驱动7 2.2.3 电动机驱动73 引拔设计8 3.1 设计参数8 3.2 方案设计8 3.3 引拔机构结构设计8 3.3.1 引拔气缸参数计算8 3.3.2 附加导向杆机构设计94 机械臂的设计10 4.1 设计参数10 4.2 方案设计10 4.3 机械臂气缸的选用10 4.3.1 预选气缸的缸径10 4.3.2 预选气缸行程11 4.3.3 验算缓冲能力11 4.3.4 活塞杆长度的验算11 4.3.5 计算气缸的空气消费量12 4.3.6 选择活塞杆端部接头12 4.3.7 选择气缸的品种和安装形式125 横行的设计12 5.1 设计参数12 5.2 方案设计12 5.3 横进气缸的选用13 5.4 导轨设计146 机械手结构设计14 6.1 夹持器设计的基本要求14 6.2 夹紧装置设计.15 6.2.1 夹紧力计算15 6.2.2 驱动力力计算15 6.2.3 气缸驱动力计算16 6.2.4 选用夹持器气缸16 6.2.5 手爪的夹持误差及分析16 6.2.6 楔块等尺寸的确定19 6.2.7 材料及连接件选择217 气动顺序动作的确定228 结论22参考文献22致谢23注塑机取件机械手的设计学 生：刘 超指导老师：陈文凯(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。本文将设计一台三自由度的工业机器人，用于给注塑机取出成品。关键词：机器人；气缸；注塑机；结构设计Design of Manipulator for InjectionStudent:Liu ChaoTutor:Chen Wenkai(Orient Science &Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract : In order to enhance the efficiency of production and guarantee the quality of products,more attention has been paid to the automation in the process of production in the modern manufacturing industry with large scale.Therefore,industrial robots are gradually appproved and adopted by enterprises as an important part in the automation production line.To some extent,the technical level and application of industrial robots have reflected on the automation level in national industries.At present,they mainly undertake such jobs mostly in playback way as welding,spraying,transporting taking and stowing,which are usually done repeatedly with high work strength.In the thesis,an industrial robot with three DOFS will be designed to remove the finished molding machine.Key words: android;cylinder;injection machine;structural design1 前言11.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图1所示。图1 机器人的一般组成Fig.1 The general composition of the robot1.2 机器人的历史、现状 机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。 目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。 第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一环。 随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业机器人会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。 目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。 在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。 随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。1.3 机器人发展趋势 随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。 就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势： a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人； b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；c)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。2 机械手设计方案 2.1 机械手基本形式的选择2常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可以分为以下4种，如图2所示：（1）直角坐标型机械手；（2）圆柱坐标型机械手；（3）极坐标型机械手；(4)多关节型机械手。2.1.1 直角坐标型机器人 直角坐标型机器人，它在x,y,z轴上的运动是独立的，3个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，它主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装卸和检测和作业。这种形式的主要特点是： (1)在三个直线方向上移动，运动容易想象。 (2)计算比较方便。 (3)由于可以两端支撑，对于给定的结构长度，其刚性最大。 (4)要求保留较大的移动空间，占用空间较大。 (5)要求有较大的平面安装区域。 (6)滑动部件表面的密封较困难，容易被污染。2.1.2 圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人，R、和x为坐标系的三个坐标，其中R是手臂的径向长度，是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。这种形式的主要特点是：(1)容易想象和计算。(2)能够伸入形腔式机器内部。(3)空间定位比较直观。(4)直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。(5)手臂端部可以达到的空间受限制，不能到达靠近立柱或地面的空间。2.1.3 极坐标型机器人 极坐标型机器人又称为球坐标机器人，R，和为坐标系的坐标。其中是绕手臂支撑底座垂直轴的转动角，是手臂在铅垂面内的的摆动角。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。其特点是： (1)在中心支架附近的工作范围较大。 (2)两个转动驱动装置容易密封。 (3)覆盖工作空间较大。 (4)坐标系较复杂，较难想象和控制。 (5)直线驱动装置仍存在密封问题。 (6)存在工作死区。2.1.4 多关节机器人 多关节机器人，它是以其各相邻运动部件之间的相对角位移作为坐标系的。、和为坐标系的坐标，其中是绕底座铅垂轴的转角，是过底座的水平线与第一臂之间的夹角，是第二臂相对于第一臂的转角。这种机器人手臂可以达到球形体积内绝大部分位置，所能达到区域的形状取决于两个臂的长度比例。其特点是：(1)动作较灵活，工作空间大。(2关节驱动处容易密封防尘。(3)工作条件要求低，可在水下等环境中工作。(4) 适合于电动机驱动。(5)运动难以想象和控制，计算量较大。(6)不适于液压驱动。 直角坐标型 圆柱坐标型 极坐标型 多关节型 图2 工业机械手基本结构形式Fig.2 The basic structure of industrial manipulator本课题要求机械手为直角坐标型.2.2 驱动装置的选择2机器人关节的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式进行分析比较。2.2.1 液压驱动机器人的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点：(1)液压容易达到较高的压力（常用液压为2.56.3MPa），体积较小，可以获得较大的推力或转矩；(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度；(3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；(4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。液压传动系统的不足之处是：(1)油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危险；(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高；(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则引起故障。液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的驱动。2.2.2 气压驱动与液压驱动相比，气压驱动的特点是：(1)压缩空气粘度小，容易达到高速；(2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备；(3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业；(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。它的不足之处是：(1)压缩空气常用压力为0.40.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对增大；(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难；(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致机器人失灵。此外，排气还会造成噪声污染。气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的机器人。2.2.3 电动机驱动电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。 普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。由于气压驱动气源容易获得，无污染，,故本设计确定选用气压驱动。3 引拔设计3.1 设计参数（1）伸缩长度：160mm；（2）单方向伸缩时间：12S；（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm；（4）前端安装机械臂连接块，伸缩终点无刚性冲击；3.2 方案设计气动驱动方案伸缩原理采用单出杆双作用气动油缸，手臂纵向移动时采用单向调速阀进行节流调速，接近终点时，发出信号，进行调速缓冲，靠气缸行程极限定位，采用附加导向杆防止转动，采用电液换向阀，控制伸缩方向。1、引拔 2、小型导向气缸 3、机械臂连接块 4、附加导向杆图3 引拔示意图Fig.3 Schematic drawing cited3.3 引拔机构结构设计3.3.1 引拔气缸参数计算3.3.1.1 预选气缸的缸径及缸桶壁厚：根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F。取=0.2 F=W=0.2*300=60（N） （3-1）【6】根据负载的运动状态，预选气缸的负载率。取=50%根据气源供气条件，确定气缸的使用压力p。p应小于减压阀进口压力的85%。已知F,和p，对双作用气缸，预选杆径与缸径之比d/D=0.30.4，由式（3-2）至式（3-4），便可选定缸径D，缸径D的尺寸应标准化. （3-2）【6】 （3-3）【6】 (3-4) 【6】解得D17.66 考虑到气缸的行程比较长缸径D取。缸桶壁厚可根据薄壁筒的计算公式计算： (3-4) 【6】式中D为缸筒内径(cm)，p为缸筒承受的最大气压力(MPa)，为缸筒材料的需用应力（MPa）。缸筒壁厚的实际取值，对于一般用途气缸约取计算值的7倍，再圆整到标准管材尺寸，这里b取10mm。3.3.1.2 预选气缸行程：根据气缸的操作距离及传动机构的行程比预选气缸行程为160mm。3.3.1.3 验算缓冲能力：根据气缸的运动状态是输出拉力、负载率=50%、气缸的行程L=160mm和气缸的动作时间t=1.5s,由气动手册P293图9-7可查得气缸的理论基准速度=700.由表9-20，可查得气缸的最大速度与理论基准速度之比a值为0.9，从而求的气缸的最大速度=630。查得气缸的负载质量M和最大速度的交点在预选气缸缸径的缓冲曲线之下，表示负载运动的动能小于气缸允许吸收的最大能量，所以该预选缸径的缓冲能力满足要求。3.3.1.4 活塞杆长度的验算：查气动手册CG1系列气缸活塞杆受轴向压力而不失去稳定性的最大行程为290mm大于要求行程160mm，故满足要求。3.3.1.5 计算气缸的空气消费量该气缸的空气消费量为3.3.1.6 选择气缸的品种和安装形式：长沙华德液压气动有限公司生产的QGCXDH（Q）系列小型导向杆式气缸QGCXDH20-200能满足要求。3.3.1.7 选择磁性开关：根据表10-15可查的磁性开关的品种及安装方式为采用钢带固定的有触点舌簧型D-C73L，采用直接出线式的接线方式，导线长为3m。3.3.1.8 选择活塞杆端部联结形式：采用螺钉连接。3.3.2 附加导向杆机构设计3.3.2.1 附加导向机构的作用：附加导向机构的作用是保证气缸缸活塞杆伸出时机械臂连接块的方向性，提供机构刚度，保证伸缩量的准确性。3.3.2.2 导向机构的外形尺寸及材料：导向选择钢管导向，钢管为引拔上的一部分，经配合连接而成；机械臂连接块则在其上滑动且其的引拔端部靠近部分。材料选择为45号钢.，如图4所示：1、导向钢管 2、端部顶板 3、螺母图4 附加导向杆Fig.4 additional guide bar3.3.2.3 引拔范围控制与调整：引拔伸缩范围控制靠行程开关，保证把工件精确地取出。行程开关使用LXW4-11型微型开关。图5 LXW4-11型微型开关Fig.5 LXW4-11-type micro-switch4 机械臂的设计4.1 设计参数（1）伸缩长度：550mm；（2）单方向伸缩时间：2.53.5S；（3）前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击；4.2 方案设计气动驱动方案伸缩原理：采用单出杆双作用液压油缸，手臂伸出时采用单向调速阀进行调速，接近终点时，发出信号，进行调速缓冲，靠气缸行程极限定位，采用电磁换向阀，控制伸缩方向。4.3 机械臂气缸的选用4.3.1 预选气缸的缸径3根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F。 取=0.8 F=W=0.8*100=80（N） （4-1）【6】根据负载的运动状态，预选气缸的负载率。 取=50%根据气源供气条件，确定气缸的使用压力p。p应小于减压阀进口压力的85%。已知F,和p，对双作用气缸，预选杆径与缸径之比d/D=0.30.4，由式（4-2）至式（4-4），便可选定缸径D，缸径D的尺寸应标准化. (4-2) 【6】 （4-3）【6】 (4-4) 【6】解得D17.75 考虑到气缸的行程比较长缸径D取。缸桶壁厚可根据薄壁筒的计算公式计算： (4-5) 【6】式中D为缸筒内径(cm)，p为缸筒承受的最大气压力(MPa)，为缸筒材料的需用应力（MPa）。缸筒壁厚的实际取值，对于一般用途气缸约取计算值的7倍，再圆整到标准管材尺寸，这里b取10mm。4.3.2 预选气缸行程根据气缸的操作距离及传动机构的行程比预选气缸行程为550mm。4.3.3 验算缓冲能力根据气缸的运动状态是输出拉力、负载率=50%、气缸的行程L=550mm和气缸的动作时间t=2s, 由气动手册P293图9-7，可查得气缸的理论基准速度=500.由表9-20，可查得气缸的最大速度与理论基准速度之比a值为0.95，从而求的气缸的最大速度=475。查的气缸的负载质量M和最大速度的交点在预选气缸缸径的缓冲曲线之下，表示负载运动的动能小于气缸允许吸收的最大能量，所以该预选缸径的缓冲能力满足要求。4.3.4 活塞杆长度的验算查气动手册关于CG1-气缸活塞杆受轴向压力而不是去稳定性的最大行程为600mm大于要求行程550mm，故满足要求。4.3.5 计算气缸的空气消费量该气缸的空气消费量为4.3.6 选择活塞杆端部接头选择活塞杆的端部接头，因需要避免工件与活塞杆的轴向偏心而得出采用法兰型。4.3.7 选择气缸的品种和安装形式CM系列小型可缓冲气缸CM40-600F1-SK2 .安装形式为前端法兰式图6 CM40-600F1-SK2气缸Fig.6 CM40-600F1-SK2 cylinder5 横行的设计5.1 设计参数（1）横行长度：1000mm；（2）单方向伸缩时间：3.54.5S；（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm；（4）缸体与引拔连接推动引拔左右移动，伸缩终点无刚性冲击；5.2 方案设计气动驱动方案伸缩原理：因为横行长度达到了1000mm，故考虑采用采用无杆气缸驱动。无杆气缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接实现往复运动。这种气缸最大优点是节省安装空间，特别适用于小缸径长行程的场合。结构设计：基体部分做成肋板形式与基座相连，减少横行部分的总体质量，横行面上采用导轨形式，进行横向定位并承受机械手重量，采用三位五通电磁换向阀，控制横进方向。如图71、无杆气缸 2、导轨 3、基座图7 横行基座Fig. 7 transverse base5.3 横进气缸的选用本次横进气缸预选AMR系列的磁耦式无杆气缸根据导向精度、最大允许负载和最大允许力矩选用无杆气缸的系列和缸径。最大允许负载和最大允许力矩与导向型式、受力姿势、活塞运动和缸径有关。由于考虑气缸不能承受大的集中载荷，故在气缸两侧设立2个导轨代替气缸承受机械臂的质量，故气缸的承受载荷不予虑。因为横进系统的额定最大行程为1000mm，根据AMR系列的行程如表1由于气缸的推力F等于导轨与重物的摩擦力，已知重物的质量约为1600N，导轨的摩擦系数0.002-0.003,所以预选气缸缸径为，因为气缸的工作压力为0.49MPa由图9查的本气缸的理论输出力为220N，满足系统要求。表1 ANR系列行程图Tab.1 ANR Series itinerary mapAMRBAMRG101050500mm50500mm161650500mm50700mm20201001500mm1001500mm25251001500mm1001500mm32321002000mm1001500mm40401002000mm1001500mm图8 理论输出力图Fig.8 Theory of output sought确定该行程的气缸为AMR25-1000。5.4 导轨设计钢:一般用寻轨：45钢、40Cr、T8A、T10A、GCr15、GCr15SiMn等表面淬火或全淬；要求高的导轨，常采用20Ce、20CrMnTi、15钢等，渗碳淬硬到5662HRC，磨削加工后淬硬深度不低于1.5mm;两条导轨一条采用矩形截面一条采用三角形截面，在横向定位的同时也降低安装精度。6 机械手结构设计6.1 夹持器设计的基本要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；（2）手指应具有一定的开闭范围；（3）应保证工件在手指内的夹持精度；（4）要求结构紧凑，重量轻，效率高；（5）应考虑通用性和特殊要求。设计参数及要求（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧放松；（2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为110-120mm/s ， 1s抓紧,夹持速度20mm/s；（3）工件的材质为2kg；（4）夹持器有足够的夹持力；（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由气缸提供动力。6.2 夹紧装置设计.6.2.1 夹紧力计算手指夹在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： （6-1）【4】式中：安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.22.0，取1.5；工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况系数, ，a为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值（m/s）；方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，手指与工件位置：手指垂直放置 工件水平放置；手指与工件形状： 型指端夹持圆柱型工件，为摩擦系数，为型手指半角，此处粗略计算, G被抓取工件的重量求得夹紧力，取整为120N。6.2.2 驱动力计算根据驱动力和夹紧力之间的关系式： （6-2）【4】 式中：c滚子至销轴之间的距离；b爪至销轴之间的距离；楔块的倾斜角可得，得出F为理论计算值，实际采取的气缸驱动力要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率，一般取0.80.9，此处取0.88，则： ，取6.2.3 气缸驱动力计算设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，气缸为单作用缸，提供推力： （6-3）【4】式中 活塞直径 活塞杆直径 驱动压力，,工作压力P=0.49MPa 据公式计算可得气缸内径：根据气动设计手册，圆整后取D=16mm。活塞行程，当抓取80mm工件时，即手爪从张开120mm减小到80mm，楔快向前移动大约40mm。取气缸行程S=40mm。6.2.4 选用夹持器气缸2长沙华德液压气动有限公司所生产的QCG薄型气缸QGD16-40刚好满足条件，所以选取这个气缸。表2 QCG薄型气缸安装尺寸图Tab.2 QCG thin cylinder Installation size map缸径行程165mm1610mm1615mm1620mm1630mm1640mm6.2.5 手爪的夹持误差及分析4机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数，见图9，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过，手部的最终误差取决与手部装置加工精度和控制系统补偿能力。R1,R2-工件半径 C1C2=图9 夹持误差图Fig.9 Figure clamping error工件直径为80mm，尺寸偏差，则，。本设计为楔块杠杆式回转型夹持器，属于两支点回转型手指夹持，如图10图10 楔块杠杆式夹持器Fig.10 Gripper wedge leveraged若把工件轴心位置C到手爪两支点连线的垂直距离CD以X表示，根据几何关系有：简化为： 该方程为双曲线方程，如图11：图11 工件半径与夹持误差关系曲线Fig.11 Radius of workpiece clamping error curve由上图得，当工件半径为时，X取最小值，又从上式可以求出：，通常取,若工件的半径变化到时，X值的最大变化量，即为夹持误差，用表示。在设计中，希望按给定的和来确定手爪各部分尺寸，为了减少夹持误差，一方面可加长手指长度，但手指过长，使其结构增大；另一方面可选取合适的偏转角，使夹持误差最小，这时的偏转角称为最佳偏转角。只有当工件的平均半径取为时，夹持误差最小。此时最佳偏转角的选择对于两支点回转型手爪（尤其当a值较大时），偏转角的大小不易按夹持误差最小的条件确定，主要考虑这样极易出现在抓取半径较小时，两手爪的和边平行，抓不着工件。为避免上述情况，通常按手爪抓取工件的平均半径，以为条件确定两支点回转型手爪的偏转角，即下式：其中,型钳的夹角代入得出： 则 则，此时定位误差为和中的最大值。分别代入得：，所以，夹持误差满足设计要求。由以上各值可得：取值为。6.2.6 楔块等尺寸的确定楔块进入杠杆手指时的力分析如下：图12 楔块进入手爪受力图Fig.12 by trying to wedge into the gripper上图12中斜楔角，时有增力作用；滚子与斜楔面间当量摩擦角，为滚子与转轴间的摩擦角，为转轴直径，为滚子外径，为滚子与转轴间摩擦系数; 支点至斜面垂线与杠杆的夹角；杠杆驱动端杆长；杠杆夹紧端杆长；杠杆传动机械效率6.2.6.1 斜楔的传动效率:斜楔的传动效率可由下式表示： 杠杆传动机械效率取0.834，取0.1，取0.5，则可得=, ，取整得=。6.2.6.2 动作范围分析阴影部分杠杆手指的动作范围，即，见图 13图13 动作范围分析图Fig. 13 Range of motion analysis diagram如果，则楔面对杠杆作用力沿杆身方向，夹紧力为零，且为不稳定状态，所以必须大于。此外，当时，杠杆与斜面平行，呈直线接触，且与回转支点在结构上干涉，即为手指动作的理论极限位置。6.2.6.3 斜楔驱动行程与手指开闭范围:当斜楔从松开位置向下移动至夹紧位置时，沿两斜面对称中心线方向的驱动行程为L，此时对应的杠杆手指由位置转到位置，其驱动行程可用下式表示：杠杆手指夹紧端沿夹紧力方向的位移为： 通常状态下，在左右范围内，则由手指需要的开闭范围来确定。由给定条件可知最大为55-60mm,最小设定为30mm.即。已知，可得，有图14关系：图14 楔块尺寸示意图Fig.14 Schematic diagram of wedge size可知：楔块下边为60mm，支点O距中心线30mm，且有，解得：6.2.6.4 与的确定:斜楔传动比可由下式表示：可知一定时，愈大，愈大，且杠杆手指的转角在范围内增大时，传动比减小，即斜楔等速前进，杠杆手指转速逐渐减小，则由分配距离为：，。6.2.6.5 确定:由前式得：，取。6.2.6.6 确定:为沿斜面对称中心线方向的驱动行程，有图15中关系图15 L对中心线的驱动方程的示意图Fig.15 L of the center line diagram of the driving equat
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号