机械原理课程设计-车载货物货物装卸机械手运动方案设计.doc

机械原理课程设计机械原理课程设计说 明 书报告题目：车载货物货物装卸机械手运动方案设计 学生姓名： XXX学生学号： 20XXXXXXXXXX专业班级： 机械设计制造及其自动化XXXX班指导老师： XXX学院名称： 机械与运载工程学院2014年 7月17 日目 录一、设计任务书31.设计课题2.技术现状和发展前景3设计要求二、系统功能原理分析61. 总功能2. 系统工作原理3. 子功能分解三、机构方案拟订71. 各执行构件运动设计2. 功能元候选机构形态学矩阵表3. 运动实现方案机构网络图4. 优选方案四、机构的运动尺寸设计101. 系统工作循环图2. 各机构的尺度综合五、系统机构运动简图12六、设计总结14参考文献15附录一、 设计任务书1设计课题2技术现状与发展趋势装卸活动是随运输和保管等活动而产生的必要活动，在物流过程中，装卸活动是不断出现和反复进行的，它出现的频率高于其它各项物流活动，每次装卸活动都要花费很长时间，装卸活动所消耗的人力也很多，所以装卸费用在物流成本中所占的比重也较高。此外，进行装卸操作时往往需要接触货物，因此，这是在物流过程中造成货物破损、散失、损耗、混合等损失的主要环节。由此可见，装卸活动是影响物流效率、决定物流技术经济效果的重要环节。传统的车载货物的装卸靠人抬肩扛，不仅人工成本高，而且效率较低，容易出现货物的损坏。随着物流行业的发展，如何提高货物的装卸效率是各大企业面临的主要问题之一。20世纪70年代中期，具有自动载货功能的AGV（Automatic Guided Vehicle）在欧洲得到迅速的推广和应用，并被美国用于自动化仓储系统和柔性装配系统的运输，极大地提高了货物装卸的能力。同时汽车液压升降尾板的出现也很好的解决了货物搬运中的传动和载重问题。但是以上系统存在着成本高，受时间和空间的限制，需要一定的操作技术等问题，对于一些小规模或私人运输的车主造成了不便。为了解决这些问题，在基于AGV和汽车升降尾板的理论基础上，我们设计了可以利用车载液压系统进行传动，车载式便捷的装卸机械手。所谓机械手，其主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。一般来说自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广。随着计算机和自动控制技术的迅速发展,机械手机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量,改善劳动条件,解决劳动力不足等问题。利用车载系统的液压系统，所设计的机械手可以不用额外的外加动力装置，同时传动平稳保证了装卸过程的稳定，车载式实现了不分时间和地点的装卸。利用机械手实现货物的搬运，举升，卸载，归位等过程，从而减少了人力劳动，提高了工作效率。3设计要求（1）设计题目（包括设计条件和要求）；（2）机构运动简图或设计方案的确定过程；（3）全部原始数据；（4）完成设计所用方法及其原理的简要说明；（5）建立设计所需的数学模型并列出必要的计算公式、计算过程及说明；（6）绘出计算机程序框图，写出自编的程序；若调用其他子程序应写出子程序名，并自编出主程序；（7）列出设计计算结果并画出主要曲线图；（8）对设计结果进行分析讨论，写出课程设计的收获和体会；（9）列出主要参考文献资料。二系统功能原理分析总功能：装卸货物分功能3：举升货物分功能2：夹放货物分功能1：进给机械手进给传动进给执行动力源夹放执行举升执行举升传动夹放传动动力源动力源功能元G功能元A功能元B功能元C功能元D功能元E功能元F功能元H功能元I三机构方案拟定1 各执行构件运动设计1）进给执行构件运动设计由于该运动只是简单的直线往返间歇运动，进给量（位移）S=V*t；由要求知垃圾箱距车身1.5m，所以最大位移S=1.5m，已知一个周期T=60s，由于预设了此过程的运动时间为10s，所以V=0.15m/s。之后停歇40s，再返回耗时10s。2）夹放执行构件运动设计该运动为旋转往复运动，擒纵机构将以展开姿态使两臂平行贴于车体侧面，并且实现能在动力源与夹持装置不在同一水平线上运动。已知垃圾箱直径为500mm，预设加紧时间为5s，旋转构件的半径为90mm，夹子加紧后为正六边型，算得夹子边长为2880mm，最大转角=60，角速度=0.21rad/s。之后在举升往返时均处于加紧状态，此时间为30s，之后5s松开垃圾箱，然后保持。3）举升执行构件运动设计该运动为连续旋转往复曲线运动，由已知车厢顶部距机构的位置为1500mm，可得旋转半径1500mm，预设举升为20s,停留4s,返回6s，最大转角100。可得举升=0.087rad/s,返回时=0.291rad/s。2功能元候选机构形态学矩阵表候选机构功能元1234A动力源电动机内燃机柴油机液压缸B进给传动液压传动机构齿轮齿条机构凸轮机构蜗轮蜗杆机构C进给执行液压传动机构螺旋机构曲柄滑块机构齿轮齿条机构D夹放传动齿轮齿条机构螺旋机构凸轮机构液压传动机构E夹放执行双压块制动机构双滑块机构平行四边形夹持机构杠杆式夹持机构F举升传动蜗轮蜗杆机构齿轮机构双摇杆机构液压传动机构G举升执行曲柄摇杆机构平行四边形机构双曲柄机构线轮摆动机构3运动实现方案机构网络图方案：方案：B1A4D3F3C3E3G4B1A4D4F4C3E4G4 方案：B2A4D4F4C3E4G4 优缺点方案优点缺点方案可靠性高，安全性好压力角大方案机构简单传动性差方案安全性高可操作性差，结构复杂性能方案可靠性安全性结构工艺性经济性可操作性环保性结论方案+方案最优方案+方案+四机构的运动尺寸设计1系统工作循环图车载货物货物装卸机械手的三个部分为进给机构、夹放机构和举升机构，其工作循环图如图4-1和4-2所示。进给机构前进静止前进静止退回静止退回夹放机构保持夹紧保持松开保持举升机构保持举升保持降回保持图4-1运动时间/s015603045图4-2a图4-2b图4-2c2各机构的尺度综合（1）液压传动机构1（2）液压传动机构2（3）曲柄滑块机构（4）杠杆式夹持机构（5）线轮摆动机构1、升举机构的设计思路即线轮摆动机构由于动力源的限制，只能使用两个液压泵，系统的功能主要分为三项，其一为进给，其二为抓取，其三为升举，均需要动力，故选择进给与升举为同一个动力源。欲达到指定功能要求，必须在进给的过程中吗，某一时间内以进给动力为输入装置，将其转化为往复摆转机构。在滑块前方放置一个线轮，当推行到某一距离时，使用刹车装置将线轮抱死，使线长不变，举升杆在水平推力及拉力下做摆转运动。2、举升机构的尺寸设计欲使进给过程中达到翻转，使预定功能达到往复摆转的目的，使转角在20秒达到100，在其顶端停留4秒，回来过程中持续6秒。即，=100，t上=20s，t下=6s，线轮绕着滑块运动的同时也绕着线的另一固定铰处。五系统机构运动简图图5-1由液压缸1推动活塞使液压传动系统1带动与之铰接的曲柄滑块机构运动，滑块推动机械手臂水平进给，位移为1.5米，然后保持，再由液压缸2推动活塞使液压传动系统2带动杠杆式夹持机构中的齿条运动，从而带动与之啮合的齿轮运动，使夹持机构夹紧货箱，并且线轮抱死，此时机械手爪的摆角为120，之后保持。然后由液压缸1继续推动活塞通过液压传动系统1使滑块继续向前运动，同时机械手臂在抱死的线轮和滑块的作用下绕着线轮外壁向上转动，当滑块运动位移达到2.2米时，机械手臂摆角达到最大，为100，并且停留4秒倾倒，之后液压缸1带动活塞使液压传动系统1带动曲柄滑块机构返回，机械手臂降回水平位置，然后由液压缸2推动活塞通过液压传动系统2反向推动齿条，使就机械手爪松开，再由液压缸1推动活塞通过液压传动系统带动曲柄滑块机构，使滑块返回到初始位置。图5-2图5-3六设计总结 课程设计是一个理论联系实际的过程，它即考验了我们的理论基础知识又锻炼了我们的创新思维和团队协作能力。此次课程设计给了我许多感触，让我更进一步了解了设计的步骤以及需要的注意点。 在这次课程设计，我们组的题目有一定难度，而且网上基本上没有相关资料，所以在这次设计过程中，我们完全凭自己的能力设计此机械手，所以途中遇到了许多意想不到的问题，但是这些问题还是在大家的努力下逐个解决，所以虽然做的很艰难，但是在解决一个个难题后的喜悦感也越强烈。如，题目要求只能用两个动力源（液压缸），然我们有三个机构运动，而且运动轨迹和规律各不相同，所以得巧妙设计传动机构。 但由于这是我们第一次接触这种设计课题，设计的机构不免有各种不足，在计算参数和各构件尺寸时，就遇到了许多问题，如尺寸太大、压力角过大、运动参数难定等。由于时间和经验的问题，我们的方案还存在许多不足，但这次课程设计还是让我学会了很多。我了解了设计的一般步骤以及如何按要求选择合适机构，再又参数计算得出各个尺寸，在由多个传动机构将各个执行机构和动力源正确连接。今后，我将继续努力，夯实自己的基础知识，将理论更好的运用到实际。参考文献1 孙桓，陈作模.机械原理M.第七版.北京：高等教育出版社， 2005.2 黄靖远，等.机械设计学M.2版。北京：机械工业出版社，1999。3 白师贤，等.高等机构学M.上海：上海科技技术出版社，1988.4 邹慧君，叶春林，等.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.5 殷鸿梁，等.机构学译文集M.北京：机械工业出