立式精锻机自动上料机械手的设计【13张CAD图纸+毕业论文】

立式精锻机自动上料机械手的设计

40页 19000字数+说明书+13张CAD图纸【详情如下】

A0-机械手升降机构.dwg

A0-机械手总图.dwg

A1-手架.dwg

A1-手部装配图.dwg

A1-液压系统图.dwg

A2-右手指座.dwg

A2-手指.dwg

A2-拉紧轴.dwg

A2-轴环.dwg

A2-轴盖.dwg

A3-左手指座.dwg

A3-轴.dwg

A3-销子.dwg

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立式精锻机自动上料机械手的设计论文.doc

摘  要

随着科学技术的发展，人类社会进入了一个以自动化和电子技术为标志的新时代。自动化机械大量应用于工业工程中，其中工业机械手的应用最为广泛。工业机械手是一种模仿人手动作的机器，可以取代很多的人工操作，并可以取得更高的效率。

本论文介绍了用于夹持外圆件的上下料机械手的设计。它采用液压驱动，点位程序控制，动作平稳，控制方便。

本论文主要阐述该机械手的升降和回转的设计和计算。首先从机械手的基础知识介绍有关机械手的组成、分类、腕部及臂部设计、液压控制的多种方案，再从本次设计所要求的功能原理设计开始，对于不同的方案加以比较和论证，从中可确定出最优方案，并采用其方案，在对其的结构设计的基础上，对其驱动力和驱动力力矩进行计算。着重阐述了机身的设计，具体阐述了机械手的设计原则和步骤，分析了设计时应注意的问题，并对机械手的平稳性及定位精度给予详细的论述。设计并分析了该机械手所用的液压控制的方法和过程。由于经验不足，知识有限，难免有误，有待改进。

关键词 机械手；液压；驱动力；定位精度

ABSTRACT  

With the development of technology, the human society entered a modern ear for with automation with electronics technique for marking. Automation machine large quantity is applied in industry engineering inside, among them the application of the industry machine hand is the most extensive. The industry machine of a kind of mimicry hand action, can replace a lot of artificials operate, combining can obtain the higher efficiency.

This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience.

This thesis expatiates the rise and fall of the machine’s hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to it’s of the foundation of the construction design, as to it’s driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve.

Key phrase   manipulator； liquid presses； driving force； fixed position accuracy

目  录

摘要  …………………………………………………………………………  I

绪论  …………………………………………………………………………  1

1  工业机械手的概述  …………………………………………………  3

1.1 工业机械手的分类  ………………………………………………   3

1.2 工业机械手的组成  ………………………………………………   4

1.3 机械手的自由度和坐标形式 ………………………………………  5

2  自动上下料机械手的总功能原理及各部分设计   ……………………  7

2.1 功能原理设计  ………………………………………………………    7

2.2 手部设计  ……………………………………………………………    7

2.2.1手部设计要求  …………………………………………………    8

2.2.2手部结构  ………………………………………………………    8

2.2.3 夹持式手爪的计算  ……………………………………………   11

2.3、腕部设计   …………………………………………………………    13

2.3.1 腕部设计要求  …………………………………………………    13

2.3.2 腕部结构  ………………………………………………………    14

2.4 臂部设计   …………………………………………………………     15

2.4.1臂部的设计要求  ………………………………………………     15

2.4.2臂部的结构  ……………………………………………………     20

2.4.2.1 臂部的伸缩运动结构   …………………………………    20

2.4.2.2 臂部的伸缩油缸的计算   ………………………………    21

2.4.2.3 臂部的回转运动   ………………………………………    23

2.4.2.4 臂部的升降运动   ………………………………………    24

2.4.2.5 臂部升降油缸的计算    ……………………………   25

3  机械手的其它部分装置………………………………………………   28

3.1 行程限位装置   ………………………………………………   28

3.2 缓冲定位装置   ………………………………………………   28

4  机械手的总体方案总结  …………………………………………………   30

4.1 传动方案的确定   …………………………………………………   30

4.2 规格参数   ……………………………………………………   30

4.3 结构特点   ……………………………………………………   30

4.4 机械手的液压传动系统   ……………………………………   32

4.5 机械手的缓冲与定位   ………………………………………   34

参考文献   …………………………………………………………   35

致谢    ………………………………………………………………  36

附录    

1  工业机械手的概述4  机械手总体方案总结

4.1、传动方案的确定

考虑到圆柱坐标式的占地面积小而动作范围大的特点，决定采用圆柱坐标式。该机械手的抓取工件为外圆形棒料，由于棒料有定长和掉头的要求，姑机械手应设计一个手腕180度的回转运动，这样此机械手就需由手臂升降，伸缩，回转和手腕回转四个自由度，才能满足上料的动作要求。

4.2、规格参数

臂力                                             60千克

定位精度                                       ±3毫米

自由度范围速度停止位置数

手臂伸缩

手臂回转

手臂升降

手腕回转500毫米

200度

600毫米

180度

200毫米/秒

30度/秒

150毫米/秒

120度/秒

坐标形式                                            圆柱坐标

驱动源                                              液压驱动

控制方式                                            程序控制

4.3、结构特点

1.机械手伸缩运动结构

此机械手手臂伸缩采用双作用式单杠活塞油缸，伸缩动作是由缸体运动实现的，活塞杆固定不动，其伸缩行程为500毫米，伸缩缸体安装在带燕尾型的滑枕上，他们一起由手臂坐支承，燕尾型滑枕还有导向作用，手臂的刚度大，工作时运动平稳。油缸的输油管路采用伸缩油管形式，避免外露且安装方便。在手臂伸出端安装可调的定位螺钉，确保送料精

2．手臂的回转运动结构

手臂的回转采用回转油缸，油缸摆角为230度，使用在220度以内，回转油缸的动片与输出轴固联，输出轴通过键与行星齿轮联结，回转油缸的壳体与手臂坐固联，当回转油缸的动片回转时，带动输出轴和行星齿轮自转。由于行星 齿轮与相对固定的中心轮捏合，迫使行星齿轮又产生一个公转，从而带动手臂坐也绕O——O轴线回转，即为手臂的水平回转运动。回转油缸露出机体外部，安装维修方便，并增加了支撑手臂回转部分的刚性。当手爪夹持工件回转时，该回转油缸还能起到部分的平衡作用。

3．手臂的升降运动机构

手臂的升降采用了双作用式单杆活塞油缸。其升降行程为600毫米，为了增加升降部分结构的刚性，导向性能好，采用了直径为450毫米的导套，工作时能平稳升降。活塞杆的顶端为球形铰链连接，可自动弥补因夹持工作而手臂又悬伸时造成导套的倾斜所引起的偏差。此外，由于导套的存在使活塞杆免受因偏重力矩所造成的弯曲，在此处活塞杆只受到压力作用。

4．手腕的回转结构

   手腕的回转用回转油缸，油缸的摆角为230度，使用范围为180度，靠死挡块定位，定位精度较高。

当回转油缸输入压力油液后，压力油推动动片回转，与动片固定连接的回转轴也一同转动，再通过牙嵌式离合器带动主轴回转，抓取机构与主轴端部法兰固定联结，至使抓取机构和手腕一同回转180度。在前坐上装有死定位块，在主轴端部法兰上装有两块动块，以实现死挡块定位。

1．1、工业机械手的分类

工业机械手目前在国内是专用机械手和通用机械手的统称。

专用机械手是指附属于主机、动作程序固定，一般没有独立控制系统，只做专门用途的自动抓取或操作装置。

通用机械手（国外泛称工业机器人）是指程序可变的、独立的、自动化的抓取或操作装置。

目前多机械手尚无明确的分类标准，全国各地区尚未统一，我们按目前应用比较多的两方面进行分类：

（一）按搬运的工件重量（或称臂力）分类

1．小型的——臂力在1公斤以下；

2．中型的——臂力在1~30公斤以内：

3．大型的——臂力在30公斤以上。  

目前大多数的工业机械手其搬运重量为中型的。

（二）按机能分类  

1．简易型通用机械手  

有固定程序和可变程序两种。固定程序由挡块或凸轮转鼓控制；可变程序用插销板来给定程序。

这种机械手多为气动或液压驱动，结构简单，成本较低，改变程序较容易。只适用于程序较简单的点位控制，实现重复性操作作为一般单机服务的搬运工作也完全够。目前这种机械手的数量最多。

2．示教再现型通用机械手

这种机械手由人工通过示教装置领动一遍，或者预先操作给定一遍，称为示教。它由磁鼓（或磁带、磁芯）把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序，重复地进行循环动作。

这种机械手多为电液伺服控制。与前者比较，这种机械手可有较多的自由度，有可能实现连续轨迹控制，能进行程序较复杂的作业，通用性较大。

3．具有视觉、触觉的通用机械手

这种机械手由电子计算机控制，装有电视摄像管和传感器等，因而具有视觉、热感、触觉等。

1.2、工业机械手的组成

工业机械手的结构有简单的也有复杂的。但从结构形式分析，主要有执行机构、驱动机构、位置检测装置和控制系统等组成。

（一）执行机构

它包括手部、腕部、臂部、立柱和基体等构件组成：

1．手部——是夹持工件的构件。它由手爪和夹紧装置两部分组成。手爪有夹紧和松开动作。夹持式手爪的形式和人的手指相仿。另外还有真空和电磁吸盘（相当于手爪），用来吸取表面光滑的零件或薄板。有的手爪还可以夹持一些专用工具，如喷枪、扳手、焊接工具等。

2．腕部——是联接手部和臂部的构件，起支撑手部的作用。它可以有俯仰、左右摆动和回转三个运动。特殊情况下可以增加一个横向移动。有的机械手没有手腕动作。  

3．臂部——是支撑手部、腕部的构件。机械手的臂部是为了取代人的手臂而研究设计的，但是它却达不到象人手臂的灵巧和适应功能。因此，只有把结构简化，把运动轨迹分为沿三坐标轴线方向往复移动和绕三坐标轴线进行回转。一般手臂具有前后伸缩、左右回转、上下升降或上下摆动等几个运动。根据需要可选其中一个、二个或三个运动。  

4．立柱——是支撑手臂等构件的。一般机械手的立柱为固定不动的，也有的因工作需要立柱作横向移动，此种称可移动式立柱。

5．行走机构——机械手要求完成较远距离的操作时，可增加滚轮、轨道等行走机构。

（二）驱动系统

驱动系统是驱动臂部、腕部、手部的动力源。它有气动、液压、电力和机械式等四中形式，由直线缸、回转缸、各种阀、管及管接头等组成。

（三）控制系统      

控制系统是机械手的重要组成部分，它是支配机械手按规定程序、行程和速度进行运动的装置。它必须保存或记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序，到达位置和时间信息）。机械手工作时根据这些信息对机械手的执行机构按程序发出控制指令，必要时还可以多机械手的动作进行监测，当动作错误或发生故障时可发出警告信号。

（四）行程位置检测装置

行程位置检测装置的作用是控制机械手每个运动的运动位置，或将运动系统的位置