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下料机械手设计
摘要
本文提出了机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。本篇是按照给定的设计参数，完成了机械手的设计计算，通过计算，确定了机械手夹紧缸和升降缸的活塞直径和活塞行程及回转缸的结构尺寸、按照有关参考资料和设计任务书的要求，完成了机械手的总体布置和设计。根据设计计算的过程，分手部，手臂伸缩，手臂回转，驱动系统，电气系统介绍了12KG下料机械手设计过程并编写了毕业设计说明书一份。
本设计的目的是利用机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。
关键词：机械手； 执行机构 ； 驱动系统 ； 控制系统；电气系统;CAD制图。
Blanking Manipulator Design
Abstract
The manipulator is the industry robot important constituent, It may be called the industry robot in very many situations. The industry robot is the collection machinery, electronic, thecontrol, the computer, the sensor, the artificial intelligence and soon the multi-disciplinary advanced technology to a body modernmanufacturing industry important automation equipment. The manipulator imitates person's hand movement, according to assignsthe procedure, the path and the request realization automaticallycaptures, the transporting and the operation automatic device. It specially is in the high temperature, the high pressure, the multi-dust, flammable, explosive, radioactive and so on in the adversecircumstance, as well as is unwieldy, monotonously, in the frequentoperation replaces the person work, therefore obtains day by day thewidespread application. The manipulator generally by the implementing agency, the actuationsystem, the control system and the detector set three major part iscomposed, the intelligent manipulator also has the feeling system andthe intelligent system. This is according to the main technical specification and the requestwhich assigns, divides the hand, the arm expands and contracts, thearm rotation, the actuation system, the electrical system introducedthe 8KG yummy treats manipulator designs the process.
Keywords: Manipulator Implementing agency Actuation system
Control system Electrical system
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目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1工业机械手的设计目的 1
1.2工业机械手在生产中的作用 1
1.3工业机械手的分类 1
1.3.1按规格（所搬运的工件重量）分类 1
1.3.2按功能分类 1
1.3.3按用途分类 2
1.4工业机械手的组成 2
1.5工业机械手的技术发展方向 2
1.6工业机械手的设计的内容 3
第二章 手部的设计 4
2.1手部的功能、分类 4
2.2夹钳式手部设计的基本要求 14
2.3夹钳式手部的计算与分析 5
2.3.1夹紧液压缸的计算 5
2.3.2液压缸直径Ｄ的确定 7
第三章 手臂的设计计算 8
3.1手臂作升降运动的液压缸驱动力计算 8
3.1.1液压缸活塞的驱动力的计算 8
3.2 确定液压缸的结构尺寸 12
3.2.1液压缸内径的计算 12
3.2.2液压缸壁厚计算 12
3.3缸盖螺钉的计算 13
第四章 手臂回转液压缸的设计计算 15
4.1 手臂回转时所需要的驱动力矩 15
4.2回转缸内径D的计算 17
4.3缸盖联接螺钉和动片联接螺钉计算 18
4.3.1缸盖联接螺钉计算 18
4.3.2动片与输出轴联接螺钉计算 19
4.3.3 花键轴的设计校核 21
4.3.4 升降液压缸和回转缸的轴承选择 24
第五章 驱动系统 25
5.1机械手驱动系统的选择 25
5.1.1各类驱动系统的特点 25
5.1.2工业机械手驱动系统的选择原则 25
5.2 液压驱动系统 26
5.2.1液压系统传动方案的确定 26
5.3计算和选择液压元件 27
5.3.1液压泵 27
5.3.2选择液压控制阀 28
5.3.3选择液压辅助元件 28
5.3.4拟定液压系统 29
第六章 电气控制系统 35
6.1 电气控制系统简介 35
6.2机械手的电气控制 36
结论 37
致谢 38
参考文献 39
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第1章 绪论
1.1工业机械手的设计目的
工业机械手设计是机械手机械制造,机械设计和机械电子工程(机电一体化)等专业的一个重要的教学环节,是学完技术基础课及有关专业课的一次专业课内容的综合设计.通过设计提高学生的机构分析与综合的能力,机械结构设计的能力,机电液一体化系统设计能力,掌握实现生产过程自动化的设计方法.通过设计把有关课程(机构分析与综合,机械原理,机械设计,液压与气压技术,自动控制理论,测试技术,数控技术,微型计算机原理及应用,自动机械设计等)中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用,使这些知识得到巩固和发展,并使理论知识和生产密切地结合起来.工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完善的机电一体化设计.通过设计,培养学生独立的机械整体设计的能力,树立正确的设计思想,掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤,为自动机械设计打下良好的基础.通过设计,使学生能熟练地应用有关参考,计算图表,手册,图册,和规范;熟悉有关国家标准和部颁标准,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练.
1.2工业机械手在生产中的作用
a .建造旋转体零件
b .实习单机自动化
c .锻，焊，热处理等热加工方面
1.3工业机械手的分类
1.3.1按规格（所搬运的工件重量）分类
a .微型的 搬运重量在1kg以下
b .小型的 搬运重量在10kg以下
c .中型的 搬运重量在50kg以下
d .大型的 搬运重量在500kg以下
1.3.2按功能分类
a .简易型工业机械手
有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控 制， 可变程序用插销板或转鼓控制来给定
程序。
b .记忆再现型工业机械手
这种工业机械手由人工通过示教装置领教一遍，由记忆元件把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序重法进行循环动作
c .计算机数字控制的工业机械手
可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作程序，还可以进行多机控制。
d .智能工业机械手
由电子计算机通过各种传感元件等进行控制，具有视觉，热觉，触觉，行走机构等
1.3.3按用途分类
a .专用机械手
附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装 置。这种机械手工作对象不变，动作固定，结构简单，使用可靠，适用于成批，大量生产的生产自动线或专机作为自动上，下料用。
b .通用机械手
具有独立控制系统，程序可变，动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中，小批量自动化生产。
1.4工业机械手的组成
工业机械手是由执行机构，驱动系统和控制系统所组成
a 执行机构
执行机构由抓取部分(手部),腕部,肩部和行走机构等运动部件组成
b 驱动机构
有气动,液动,电动和机械式四种形式
c 控制系统
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程序控制,也有采用可编程序控制器控制,微型计算机数字控制,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.
d 基体(机身)
基体是整个机械手的基础
1.5工业机械手的技术发展方向
国内外实际上使用的定位控制的机械手,没有"视觉"和"触觉"反馈.目前.世界各国正积极研制带有"视觉"和"触觉"的工业机械手,使它能对所抓取的工件进行分辨,选取所需要的工件,并正确地夹持工件,进而精确地在机器中定位,定向.
为使机械手有"眼睛"去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件,它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息,通过计算机进行图形分辨,判别是否是所要抓取的工件.为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来,一般采用两种方法:一是检测把握物体手臂的变形,以决定适当的握力;另一种是直接检测指部与物体的滑落位移,来修正握力.
因此这种机械手就具有以下几个方面的性能
a .能准确地抓住方位变化的物体
b .能判断对象的重量
c .能自动闭开障碍物
d .抓空或抓力不足是能检测出来
这种具有感知能力并能对感知的信息作出反应的工业机械手称为智能机械手,它是具有发展前途的.
现在,工业机械手的使用范围只限于在简单复杂的操作方面节省人力,其效益是代替人从事繁重的工作和危险的工作,在恶劣环境下尤其明显.至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业 部门,机械手的应用情况决不能说是很好的.虽然这些工业部门工时不足的问题很尖锐,但采用机械手只限于一小部分工序.其原因之一是,工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求,适于机械手工作的范围很小.另外经济性问题当然也很重要,采用机械手来节约人力从经济上看不一定总是合算的,然而,利用机械手或类似机械设备节省和实现生产合理化的要求,今后还会增长.
1.6工业机械手的设计的内容
a .拟订整体方案,特别是传感,控制方式与机械本体的有机结合的设计 方案.
b .根据给定的自由和技术参数选择合适的手部,腕部,肩部和机身的结构.
c .各部件的设计计算
d .工业机械手工作装配图的设计与绘图
e .液压系统图的设计与绘图
f .电气控制的绘制
g .编写设计计算说明书
第2章 手部的设计
2.1手部的功能、分类
机械手的手部是用来抓取并握紧工件的，它包括手爪和夹紧装置两部分。夹持工件的迅速、灵活、准确和牢靠程度，直接影响到机械手的性能，是机械手的关键部件之一。由于被握持工件的形状，尺寸大小，重量，材料性能，表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的。归纳起来，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持和吸附两大类。
夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式。夹持类手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为手指回转型和手指平移型两种。
吸附类可分有气吸式和磁吸式。
2.2夹钳式手部
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