10公斤气动通用上下料机械手的设计【四自由度】【9张CAD图纸+毕业论文】

10公斤气动通用上下料机械手的设计

38页 19000字数+说明书+任务书+开题报告+9张CAD图纸【详情如下】

任务书.doc

吸盘结构部件图-A3.dwg

夹持手部件图4-A3.dwg

工作原理图示意图A4.dwg

手臂伸缩手腕部件图-A1.dwg

手臂升降回转部件图-A1.dwg

机械手装配图A0.dwg

气动通用上下料机械手的设计开题报告.doc

气动通用上下料机械手的设计论文.doc

活塞杆-A3.dwg

缓冲器原理图A4.dwg

缸体-A3.dwg

摘要

  为了代替人类在某些苛刻的场合从事生产，或用于流水作业，以机械手往复的工作，节约人的体力。我们研究机械手代替人工上下料，由于机械手在生活中的大量运用，使得人类的生产率有了大幅的提高，同时也改善了我们的工作环境。让人类的生活变得越来越智能化。本课题主要涉及机械手的坐标式与自由度设计，机械手的手部、手腕、手臂结构方案设计，机械手的驱动方案和控制方案的设计。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能获得广泛的引用。一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。

关键词：气动机械手 效率 工作强度

ABSTRACT

In order to replace human in some harsh occasions engaged in production, or used to flow operation and to the work of reciprocating manipulator, save the person's physical strength.

We study manipulator to replace artificial up-down material, because the manipulator in the life of the application of many, make human productivity was greatly improved, but also improve our work environment. Let the human life becomes more and more intelligent. This subject mainly involves the manipulator coordinates type and degree of freedom design, the manipulator hand and wrist, arm structure design of manipulator driving scheme and control scheme design. General manipulator can quickly change working procedures, good adaptability, so it continues to transform the production of medium and small batch production can be widely quoted ". On one hand, we can reduce the labor intensity, on the other hand, it can greatly improve the productivity of Labour. Pneumatic transmission manipulator is the pressure of compressed air to drive the actuators movement of the manipulator. Its main features are: media sources is extremely convenient, output force is small, the pneumatic action quick, simple structure, low cost. But, because of the air is compressed characteristics and work the stability of the speed is poorer, impact, and air pressure is lower, catch a heavy general in the 30 kilograms, under the same conditions than it catch weight of the manipulator hydraulic structure, so suitable for high-speed, light load, high temperature and dust big environment for their work. The design of manipulator is general pneumatic up-down material manipulator, is a suitable to or medium and small batch production, can change the action program to be automatic handling or operating equipment, it can be used for the operation environment is bad, and the intensity of labor and drab frequent production operation occasion.

Keywords: pneumatic manipulator efficiency working intensity

目录

目录- 1 -

1  绪论- 3 -

1.1  机械手概述- 3 -

1.2  机械手的组成和分类- 4 -

1.2.1  机械手的组成- 4 -

1.2.2  机械手的分类- 6 -

1.3  国内外发展状况- 7 -

1.4  课题的提出及主要任务- 9 -

1.4.1  课题的提出- 9 -

1.4.2  课题的主要任务- 10 -

2  机械手的设计方案- 10 -

2.1  机械手的座标型式与自由度- 11 -

2.2  机械手的手部结构方案设计- 11 -

2.3  机械手的手腕结构方案设计- 11 -

2.4  机械手的手臂结构方案设计- 11 -

2.5  机械手的驱动方案设计- 11 -

2.7  机械手的主要参数- 12 -

2.8  机械手的技术参数列表- 12 -

3  手部结构设计- 13 -

3.1  夹持式手部结构- 13 -

3.1.1  手指的形状和分类- 14 -

3.1.2  设计时考虑的几个问题- 14 -

3.1.3  手部夹紧气缸的设计- 14 -

3.2  气流负压式吸盘- 17 -

4  手腕结构设计- 19 -

4.1  手腕的自由度- 19 -

4.2  手腕的驱动力矩的计算- 20 -

4.2.1  手腕转动时所需的驱动力矩- 20 -

5  手臂结构设计- 23 -

5.1  手臂伸缩与手腕回转部分- 23 -

5.1.1  结构设计- 23 -

5.1.2  导向装置- 24 -

5.1.3  手臂伸缩驱动力的计- 24 -

P背—气缸非工作腔压力(即背压)所造成的阻力(N)，若非工作腔与油箱或大气相连时，则  P背=0。- 25 -

5.2  手臂升降和回转部分- 25 -

5.2.1  结构设计- 25 -

5.3  手臂伸缩气缸的设计- 26 -

5.4  手臂伸缩、升降用液压缓冲器- 29 -

5.5  手臂回转用液压缓冲器- 29 -

6  结论- 30 -

参考文献- 31 -

致谢- 33 -

1.4  课题的提出及主要任务

1.4.1  课题的提出

随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。

现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点:

(1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。

(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。

(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。

(4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。

鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点:

(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器：介质清洁，管道不易堵塞不存在介质变质及补充的问题。

(2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。

(3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制

(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。

(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。

(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。

传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑[6]。

1.4.2  课题的主要任务

本课题将要完成的主要任务如下:

(1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面必须更广。

(2)选取机械手的座标型式和自由度。

(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，既可以用夹持式手指来抓取棒料工件，又可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。手臂回转行程范围定为2400(应大于1800，否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。手臂升降行程定为150mm。定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为土0. 5—±1 mm。

2.8  机械手的技术参数列表

一、用途:

用于100吨以上冲床上下料。

二、设计技术参数:

1、抓重

10公斤(夹持式手部)

5公斤(气流负压式吸盘)

2、自由度数 4个自由度

3、座标型式       圆柱座标

4、最大工作半径    1500mm

5、手臂最大中心高    1380mm

6、手臂运动参数

伸缩行程600mm

伸缩速度500mn/s

升降行程200mm

升降速度300mm/s

回转范围00 -2400

回转速度900/s

7、手腕运动参数

回转范围 00--1800

回转速度1800/s

8、手指夹持范围

棒料:Ф80—Ф150mm

片料:面积不大于0. 5㎡

9、定位精度

士0. 5mm

10、缓冲方式

液压缓冲器

11、传动方式

气压传动

12、控制方式

点位程序控制(采用PLC)工作原理如附图所示，手臂回转运动的液压缓冲器是双缸两级节流阻尼管路连接式的液压缓冲器，缓冲器第一级节流阻尼由单向节流阀完成，第二级节流阻尼由装在缓冲油缸端盖上的可调缓冲阀完成。挡块气缸1的活塞杆作为中间位置定位用，其动作由双电磁铁滑阀A控制。每当手臂旋转要求有中间定位点时，挡块气缸活塞杆作一次伸缩运动，其动作时间与手臂回转动作的指令时间无关。图示为手臂回转中间定位块在某工位即将碰到挡块气缸活塞杆时的位置。当手臂转动到该工位即将停止时，回转中间定位块碰挡块气缸1，使挡块气缸向左移动，左边缓冲油缸2中的油经过两次节流回到气一液转换缸3中，从而起到缓冲作用.当此工位工作完毕，发出信号双电磁铁滑阀A换向，挡块气缸1上部进气使活塞杆下降，同时压缩空气通过电磁滑阀B进入气一液转换缸3的右腔，使压力油进入处于定位状态的左边缓冲油缸2中，使活塞杆伸出把挡块气缸1推回到中间位置，为下一工位的定位缓冲做好准备.在手臂从第一工位转到第二工位或再转到第三工位…，亦可重复上述两次缓冲动作过程，因此此液压缓冲器可以实现多个定位点的缓冲和定位。经实践使用，效果较好。挡块气缸从定位缓冲位置回到中间位置的这一复位动作在0.2s以内。这个液压缓冲器的缓冲行程最大为40mm。缓冲油缸的阻尼力在第一段行程0-24㎜范围时，调节单向节流阀4,阻尼力约为1500-2000N;在第二段行程24-40mm范围时，调节阻尼螺钉，阻尼力约为700-1000N[27].手臂回转用液压缓冲器

参考文献

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