码垛机械手设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘   要  在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作  随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。 用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。 文章主要叙述了机械手的设计计算过程  。  首先，本文介绍码垛机械手的作用，码垛机械手的组成和分类，说明了自由度 和机械手整体座标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。  文章中介绍了码垛机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了码垛机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。  最后用 关键词 ： 码垛机械手，液压传动，液压缸，  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 n of a of in of a in to to it to or of in to of of is is on of to a or of in is as of of of in of of of of s of ey     文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目   录  1  绪论   械手的简史   业机械手在生产中的应用   械手的组成   行机构   动机构   制系统分类   械手的发展趋势   外机械手领域发展趋势：   国机械手领域的现状及发展 :  章小结   2  机械手的总体设计方案   械手基本形式的选择   械手的主要部件及运动   动机构的选择   械手的技术参数列表   臂的配置形式   置检测装置的选择   章小结   3  机械手手部的设计计算   述   计时应考虑的几个问题   部设计基本要求   型的手部结构  0 械手手抓的设计计算  0 择手抓的类型及夹紧装置  0 抓的力学分析  0 紧力及驱动力的计算  3 抓夹持范围计算  4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 章小结  4 4  腕部的设计计算  6 部设计的基本要求  6 部的设计计算  6 部设计考虑的参数  6 部的驱动力矩计算  6 章小结  7 5  臂部的设计及有关计算  9 部设计的基本要求  9 臂的典型机构以及结构的选择  0 臂的典型运动机 构  0 臂运动机构的选择  0 臂直线运动的驱动力计算 0 臂摩擦力的分析与计算  0 臂惯性力的计算  2 封装置的摩擦阻力  2 压缸工作压力和结构的确定  2 连杆固定轴剪切力校核  3 章小结  4 6  机身的设计计算  5 身的整体设计  5 身回转机构的设计计算  6 身升降机构的计算  7 臂偏重力矩的计算  7 臂做升降运动的液压缸驱动力的计算  8 承的选择分析  9 轮的选型  9 章小结  0 7 液压系统设计  2 压系统简介  2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 压系统的组成  2 械手液压系统的控制回路  2 压力控制回路  2 速度控制回路  3 向控制回路  3 械手的液压传动系统  4 料机械手的动作顺序  4 动上料机械手液压系统原理介绍  5 械手液压系统的简单计算  6 章小结  7 8 制回路的设计  8 磁铁的动作顺序表  8 据机械手的动作顺序表  9 现场器件的实际连接图 0 形图  0 令程序  2 9  结论  5 参考文献  6 致   谢  7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1  绪论  用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、 轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机器手。  工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科 机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。  工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能 上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。  机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪 音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。    机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。  机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。  随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。  史  现代工业机械手起源于 20世纪 50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。  机械手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械手。他的结构是：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。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 万能自动 )。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就 是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（ ,专门生产工业机械手。  1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫 意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。  1978年美国 省理工学院联合研制一种 有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定 位误差可小于 1毫米。  美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如 司建立了 8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由 400 小时提高到1500小时，精度可提高到  德国机器制造业是从 1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国 用关节式结构和程序控制。  瑞士 用示教方 法编制程序。  瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。  日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道， 1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达 50 多个。 1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用 42%。 1979 年日本机械手的产值达 443亿日元，产量为 14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达 222亿日元，是 1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为 67亿日元，比 1978年增长 50%。智能机械手约为 17 亿日元 ，为 1978 年的 6倍。截止 1979 年，机械手累计产量达 56900台。在数量上已占世界首位，约占 70%，并以每年 50% 60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到 1990年将有 55万机器人在工作。  第二代机械手正在加紧研制。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，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。  第三代机械手（机械人）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 柔性制造单元 (重要一环。  随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，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。  机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛广泛。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各 业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行 业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用。  械手的组成  工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成  行机构  1）手部  既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。  传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆 式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。  2）腕部  可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部  目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于  2700） ,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条 传动或链轮以及轮系结构。  3）臂部   手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。  臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。  手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因 此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。  4）立柱  立柱式支承手臂的部件，立柱野可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱  5）  机座  机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用  动机构  驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同 , 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类 。采用液压机构驱动机械手 ,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。  制系统分类  在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。   目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第二代机械手正在加紧研制。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，能把感觉到的 信息反馈，使机械手具有感觉机能。  国外也出现了第三代机械手，它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 国机械手领域的现状及发展 : 1）码垛机器人的市场需求  目前，在通货膨胀、人力成本逐渐升高的经济背景下，从现有国内啤酒、饮料工业的发展趋势来看，机器人需求量将相当可观。业界已给出高度的评价和关注。据有关数据显示，市场每年的需求在 150台套以上。每年可为啤酒、饮料包装行业增加产值 可带动相关产业 链同步发展，又对推进社会进步和科技创新具有着深远的社会意义。我国啤酒、饮料行业有数百家生产厂家、数千条 20， 000瓶 /小时和数百条 40， 000瓶 /小时包装生产线。大部分生产线是人工码垛人库，工人劳动强度大，工伤事故率高，增加了啤酒、饮料企业的生产管理成本。近年来，一些大型啤酒、饮料企业，特别是新建工厂，开始购置码垛设备，需求量增长幅度较大。  2）  码垛机械手技术的发展  宝鸡新科机械制造有限公司在热缩膜包装机、 40/60型纸箱包装机上成功地应用了 4机界面， 术 水平已与国际同步，可与机器人配套买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 使用。   机械设计采用目前国际流行的适于精密控制用的行星减速机，减速比 1:192256，瞬时输出扭矩可达到 16,定扭矩 8,别适用于重载机器人。  针对每分钟码垛 70 箱，即每小时完成 4,200 箱的生产能力要求，理论上可以码垛 50,400 瓶 /小时，可以满足目前国内啤酒饮料 40,000瓶 /小时的啤酒饮料灌装生产线的需要。  3）  码垛机械手的发展趋势  近几年，啤酒、饮料、乳品等食品行业经历了前所未有的高速增长，然而随着原料、包装、物流、 营销、人力等成本的不断上涨，国内外对节能环保要求的提高以及产业集团化、规模化和国际化进程的加快，啤酒、饮料、乳品等食品企业正面临着成本控制和产品升级换代的挑战。同时消费者对产品质量和多样化的要求越来越高，生产工艺和设备革新也势在必行。  新技术、新设备、新材料不仅可帮助企业根据各自的需求和企业文化开发个性化的产品和包装，而且可以降低原材料、设备和生产能耗等成本，增加企业的产品竞争力。  章小结  本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了码垛机械手的运动机理。在此基础上，确定了码 垛机械手的基本系统结构，对码垛机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手机械方面的设计工作（包括传动部分、执行部分、驱动部分）的设计工作。   买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2机械手的总体设计方案  本课题是码垛机械手的设计。本设计主要任务是完成机械手的结构方面设计。在本章中对机械手的座标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。因此，在机械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务，然后通过软件对码垛机械手的运行进行简单的运动仿真。  设计要求：  码垛机械手应用于包装机械行业，现在最新型的码垛机器人结构简单、体 积小、重量轻、速度快、安全、节能美观，整机功率小比传统的码垛机在电能上每年可以节省 10 万以上。并且可以大大的缩短生产线的长度，减少设备量，简化工作程序。  械手基本形式的选择  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 : (1)直角坐标型机械手 ;(2)圆柱坐标型机械手 ; ( 3)球坐标 (极坐标 )型机械手 ; (4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑 ,定位精度较高 ,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。 图是机械手搬运物品示意图。  机械手基本形式示意  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 在圆柱坐在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有 4个自由度既：手抓张合；手臂伸缩；手臂回转；手臂升降 4个主要运动。  本设计机械手主要由 4个大部件和 3个液压缸组成：（ 1）手部，采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。（ 2）臂部，采用直线缸来实现手臂平动（ 3）机身，采用一个直线缸和一个齿条缸来实现手臂升降和回转。  驱动机构是工业机械手的重要组成部分 , 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置 。根据动力源的不同 , 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手 ,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。  械手的技术参数列表  1）用途：码垛箱体  2）设计要求 : 机械手装置总装配图一张，若干部件图和零件图，计算机控制原理图一张，设计计算说明书一本。  3）设计技术参数 : 1、抓重 : 20、自由度数 :4自由度  3、座标型式 :圆柱座标  4、最大工作半径 :3m 5、手臂运动参数  伸缩行程： 295降行程： 1070+189=1259转范围 : 1800  机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用机座式。机座式结构多为工业机器人所采用，机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 扩大其活动范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的 机械手多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩与回转运动，工作范围较大。  机械手常用的位置检测方式有三种：行程开关式、模拟式和数字式。本机械手采用行程开关式。利用行程开关检测位置，精度低，故一般与机械挡块联合应用。在机械手中，用行程开关与机械挡块检测定位既精度高又简单实用可靠，故应用也是最多的。  章小结  本章对机械手的整体部分进行了总体设计，选择了机械手的基本形式以及自由度，确定了本设计采用液压驱动，给出了设计中机械手的一些技术参数。下面的设计计算将以次进行。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3  机械手手部的设计计算  手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指、，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它一般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。  计时应考虑的几个问题  1）应具有足够的握力（即 夹紧力）  在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。  2）手指间应有一定的开闭角  两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。  3）应保证工件的准确定位  为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带 V形面的手指，以便自动定心。  4）应具有足够的强度和刚度  手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。  5）应考虑被抓取对象的要求  应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状 。  部设计基本要求  （ 1）  应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。  （ 2）  手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够 的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度），以