注塑机取件机械手的设计最新VIP

任务书 毕业论文（设计）题目 注塑机取件机械手的设计 （ ）结合科研课题 课题名称： 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 1601000550 （ 2）单方向伸缩时间： 1 （ 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 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 M等教育出版社， 2孙桓，陈作模 M等教育出版社， 1999 3陆震。高等机械原理 M京航空大学出版社， 2001 4何小柏。机械设计课程 M. 北京：高等教育出版社， 1999 5顾崇衔。机械制造工艺学 M西科学技术出版社， 1998 6机械工程手册编委会 M械工业出版社， 1997 7洪如瑾 速入门指导 M2002 8朱世强，王宣银 M江大学出版社， 9王天然 M学工业出版社， 10冯辛安 M. 北京：机械工业出版社， 作进度安排 起止日期 题 下达任务书 开题 设计 完善与总结课题 主要工作内容 交正稿与指导教师评阅 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。 目 录 摘 要 . . 1 关键词 . 1 1 前言 器人概述 . 机器人的历史、现状 . 机器人发展趋势 . . 2 2 3 4 2 机械手设计方案 . 4 械手基本形式的选择 . 4 直角坐标型机器人 极坐标型机器人 . 圆柱坐标型机器人 . 多关节机器人 . . 4 5 5 5 动装置的选择 液压驱动 . 气压驱动 . 电动机驱动 . . 6 6 7 7 3 引拔设计 . 8 计参数 方案设计 . 引拔机构结构设计 . 引拔气缸参数计算 . 附加导向杆机构设计 . . 8 8 8 8 9 4 机械臂的设计 . 10 计参数 方案设计 . 机械臂气缸的选用 . 预选气缸的缸径 . 10 10 10 10 预选气缸行程 . 验算缓冲能力 . 11 11 活塞杆长度的验算 . 11 计算气缸的空气消费量 . 12 选择活塞杆端部接头 . 12 选择气缸的品种和安装形式 . 12 5 横行的设计 . 12 计参数 . 12 方案设计 . 12 横进气缸的选用 . 13 导轨设计 . 14 . 6 机械手结构设计 14 持器设计的基本要求 . 14 夹紧装置设计 . 15 夹紧力计算 . 15 驱动力力 计算 . 15 气缸驱动力计算 . 16 选用夹持器气缸 . 16 手爪的夹持误差及分析 . 16 楔块等尺寸的确定 . 19 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 致谢 . 22 23 注塑机取件机械手的设计 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 1 In to th e of of mo re to in of in by as an in of on in s in as In an be to e 1 言 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”（ 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 he of 1 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 和柔性制造单元 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 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（ 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 4 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 ，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，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。 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 机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，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。 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。 5 2 (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。 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。 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。 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。 6 (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 图 2 多关节型 工业机械手基本结构形式 2 of 课题要求机械手为直角坐标型 . . . . 楔的传动效率 :斜楔的传动效率 可由下式表示： 2 ) D 杠杆传动机械效率 取 90 ，取整得 =14 。 取 d D 取 可得 = 2 7 d = 作范围分析阴影部分杠杆手指的动作范围，即 90 ，见图 13 2 图 13 动作范围分析图 13 of 果 2 ，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 2 。此外，当 90 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。 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 1 位置转到 2 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： 1 2 通常状态下， 2 在 90 左右范围内， 1 则由手指需要的开闭范围来确定。由给 定条件可知最大 s 为 55小设定为 30 s (50 60) 。已知 14 ， 可得 2 90 76 ，有图 14 关系： 图 14 楔块尺寸示意图 of 0 可知：楔块下边为 60点 O 距中心线 30有 8 (l l ) ，解得： l l 120 1 2 l l l L() s l ) ) l 与 l 的确定 :斜楔传动比 i 可由下式表示 ： L l 可知 一定时， l l 愈大， i 愈大，且杠杆手指的转角 在 90 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 l l l 50 ， l 70 。 1 确定 :由前式得： s (60 30) 30 120 分配距离为： s30 70 1 14 ) 6 14 ) ， 1 取 1 50 。 确定 : L 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 50 of of 0 6 ) 取 L 83 ，则楔块上边长为 19料及连接件选择 型指与夹持器连接选用圆柱销 ， d=6T 使用 2 个。 杠杆手指中间与外壳连接选用圆柱销 T d=6需使用 2 个。 滚子与手指连接选用圆柱销 ， d=4需使用 2 个。 以上材料均为钢，无淬火和表面处理销两端均打直径 圆孔，用 91 开口销连接。 楔块与活塞杆铰链联结。 7 气动顺序动作的确定 l l i 9 考虑到注塑机抓取的效率问题，引拔气缸一般不会经常用到，故将其单独设立一 回路，分开控制。 所以注塑机机械手抓取过程主要由手臂升降缸（ A 缸）、手爪开闭缸（ B 缸）和横 向移动气缸（ C 缸）所完成。在初始状态，手臂在左端； B 缸缩回，手爪开启； A 缸缩 回，手臂上升处于上面。整个动作顺序为 A 缸伸出（手臂下降），下降到工件位置时 触动缸上的磁性开关 B 缸伸出（气抓夹取工件），抓取工件后触动缸上的磁性开关 A 缸缩回（手臂上升） C 缸右移（手臂右向横行） A 缸伸出（手臂下降） B 缸缩 回 （气抓放下工件） A 缸缩回（手臂上升） C 缸左移（手臂左向横行），如此循环。 8 结论 本次机械手的设计主要对于夹持器，横行，气压系统进行的设计思想和设计过程。 内容主要包括：夹持器与横行总体方案的确定，采用了气压驱动系统，相应的涉及到 气压缸的选择计算，总体结构设计、主要部件的受力分析和强度校核。由于时间有限， 本设计中的 制未设计。 题目的综合训练比较强，涉及知识面广，重点在于培养工程思想及意识，理论联 系实际，提高初步设计能力。设计要求在保证其原有性能的前提下，尽可能地提高其 特色即性能价格比。并且要求该机械手具有较小的体积，简单的结构和低廉的价格， 和造型美观的外形，各调整环节的设计要方便人体接近方便工具的使用。其难点在于 结合实际，进行结构设计 . 在设计过程中，我综合运用了四年来所学到的专业知识， 感觉到自己专业知识中某方面的欠缺，通过再次的复习，明显感觉到了知识的增长， 我们从中学到了很多的知识，也体会到了毕业设计的综合性，结合辅导老师的指导与 自己的专业知识和生产实践，才能较为完整地完成此次设计任务。 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 参考文献 郭洪江主编 M