气动通用机械手总体级液压缓冲系统设计【9张CAD图纸+毕业论文】

气动通用机械手总体级液压缓冲系统设计

26页 11000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

前端盖.dwg

封面.doc

手臂伸所用液压缓冲器装配图.dwg

手臂回转用液压缓冲器装配图.dwg

摘要.doc

毕业论文申报表.doc

气动通用机械手总体级液压缓冲系统设计开题报告.doc

气动通用机械手总体级液压缓冲系统设计论文.doc

油堵.dwg

油杯.dwg

活塞杆.dwg

目录.doc

翻译机械手.doc

节流阀座.dwg

节流阀芯2.dwg

节流阀芯3.dwg

摘要：

    工业生产中应用机械手，可以提高劳动生产率，保证产品质量，减轻工人劳动强度，实现生产过程自动化。本文以“气动通用机械手系统设计”为题目简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标形式、气动技术的特点，及国内外的发展状况。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱

动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。

关键词 ：工业机器人， 自动化，机械手，气动

Abstract:

Industrial production of mechanical hands, can increase labor productivity, ensure product quality, reduce the labor intensity of production automation. In this paper, "Universal pneumatic manipulator drive system Design "for the title a brief introduction of industrial robots the concept of robot composition and classification of the manipulator degrees of freedom and the coordinates of the form of pneumatic technology, features, and overseas development. In this paper, mechanical hand the overall program design, determining the mechanical hand coordinate forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the manipulator. Meanwhile, the design of the robot hand gripping style structure, designed manipulator wrist structure, calculated the wrist rotation torque required for driving and rotating cylinder moment. manipulator arm designed structures. designed pneumatic manipulator system Drawing a robot operating principle of the pneumatic system.

Key words: industrial robots, automation, mechanical hand, pneumatic

绪论

第一章.前言

1.1前言………………………………………………………………………2

1.2工业机械手的简史………………………………………………………2

1.3工业机械手在实践中的应用……………………………………………3

第二章.功能原理设计

2.1总体设计任务……………………………………………………………4

2.2机械手各部位设计设计分析及注重问题………………………………4

2.3手臂伸缩、升降用液压缓冲器设计……………………………………5

2.4手臂会专用液压缓冲器设计……………………………………………7

2.5方案的评价和决策………………………………………………………10

第三章.液压缓冲装置的计算分析

3.1油缸端部节流口的型式及其减速特性…………………………………12

3.2油缸端部节流缓冲装置的结构…………………………………………15

3.3油缸端部节流缓冲装置的设计计算……………………………………18

总结………………………………………………………………………19

参考文献………………………………………………………………20

致谢………………………………………………………………………21

1.3工业机械手在生产中的应用

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷然等等，应用非常广泛

在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化车间常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工，装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的，目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温溶液等等。

1.3.1建造旋转零件自动线

一般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线，大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线，上海拖拉机厂的齿坯自动线等。

加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手

1.3.2在实现单及自动化方面

各类半自动机床，有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二机床厂的自动循环液压仿形车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面的使用已有成功的经验，国内一些机床厂的灯壳冲压生产线机械手和天津二注塑机有加料、合膜、成型、分膜等自动工作循环，撞上机械手的自动装卸工件，可实现全自动化生产。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160吨以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂目前200吨环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天津拖拉机厂400吨冲床下料机械手等；其一是用于多工位冲床，用作冲压工件间步进轻局技术研究所制作的120吨和40吨多工位冲床机械手等。

1.3.3铸、锻、焊热处理等热加工方面

模锻方面，国内大批量生产的3吨、5吨、10吨模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置在炉前，实现进出料自动化。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。第二章.工业设计手的设计分析

2.1总体设计任务

（1）运动分析：机械手常见的运动形式为直角坐标、圆柱坐标、球坐标和关节式四种。对自由度数、运动路程的长短‘定位点的数目等要求全面分析。自由度数少、运动路程短、定位点少可使机械手结构简单。运动速度低容易是机械手运动稳定，定位准确。

（2）确定主要参数：①根据机械手每个自由度的最大行程绘出机械手的最大工作范围。为安装方便，设计时可将数值略微增大。②根据给定的运动节拍分配每个运动的时间，总的运动时间应小于或等于工作节拍。在工作节拍短、动作多的情况下，几个动作同时进行，按时间较长的计算，根据动作时间和行程可计算运动速度。③定位精度取决于手臂的刚度、缓冲装置的形式和定位方法，当机械手达到所要求的定位精度有困难时，可采用辅助工夹具协助定位的方法。机械手把工件送到夹具上进行粗定位，然后利用夹具的动作，实现工件的最后定位。

（3）驱动系统的选择：驱动系统有液压驱动、气压驱动、电机和机械联动四种。液压驱动和气压驱动较为通用；步进或伺服电机可用于程序复杂、运动轨迹要求严格的小型通用机械手；异步电机、直流电机适用于抓重大、速度低的专用机械手；机械联动适用于自由度少、速度快的专用机械手。

2.2机械手各部位设计分析及注重的问题

（1）手部设计：①需要足够的夹紧力②大小要满足工件尺寸变化的需要③应能保证工件的准确定位④结构尽量紧凑，减轻重量，有利于臂部设计⑤夹紧力的计算充分考虑安全系数、工况系数和方位系数的影响。

（2）腕部设计：①腕部的转动多采用摆动缸或活塞缸驱动②结构尽量紧凑，以减轻重量③转动的灵活性和密封性④考虑通用机械手部起动的惯性力矩。

（3）臂部设计：①要求刚度好，常用钢管做手臂，工字钢和槽钢做支撑②要求重量轻、偏重力矩小、惯量小③导向性好，其结构根据手臂的安装形式、抓取重量和运动形成等因素确定④手臂伸缩运动的驱动力计算

（4）机身设计：①要有足够的刚度和稳定性②升降运动要求灵活，升降立柱的导套长度不宜过短，否则生卡死现象，一般要求有导向装置③结构布置合理，便于装修④升降时活塞缸的驱动力的总重量⑤回转运动时的驱动力矩

（5）机械手的平稳性和定位精度：①惯性力的影响：应在保证刚度的前提下，减轻机械手运动件的重量②机构刚性的影响，应选择合理机构，提高机械手固有频率及承受惯性载荷的能力，机械手臂应防止偏重，偏重会引起导向装置不均匀摩擦，运动中引起机械震动，严重时会造成运动卡死，某些机械手在机构上无法避免偏重，则应增加导向支撑，尽量减轻偏重对运动的影响③定位方法的影响：电气开关定位的精度最低-5~-3，机械挡块定位精度最高-1~-0.02④控制系统的影响：电气系统误差、阀类泄漏、检测原件失灵、挡块偏移都会降低定位精度。⑤运动特征的影响：选择满足工件条件的速度曲线，可避免冲击。

（6）液压执行元件的选择及管理布置：①活塞油缸加工容易、密封简单、启动反应快、易于制动、可实现直线运动或经过齿条、齿轮实现回转运动，但传动间隙影响传动精度②摆动油缸尺寸、重量轻，有利于简化机械手，可实现回转，但加工困难、密封性要求高③发动油量少，传动结构简单，适用于长行程的往复运动④在导向杆中装伸缩管通油和立柱中钻孔安装回转油盘两种管路布置方式，否则容易产生泄漏。

2.3手臂伸缩、升降用液压缓冲器

手臂伸缩、升降用的是两级节流阻尼的液压缓冲器，其工作原理相同，结构略有差异。手臂伸所用液压缓冲器结构工作原理：在缓冲器缸体1上，装置了可调节流阀a和b，每个节流阀各自并联两只单向阀组成第一级缓冲期，有可调节流阀c单独组成第二级缓冲右路。当手臂运动到定位前的减速装置时运动部件碰触缓冲器油缸的活塞杆5，使油缸左腔里的油液通过节流阀a、向阀d、e流到油缸的右腔，油液受阻产生阻力抵消运动件的部分驱动力和惯性力，使手臂做减速运动。当活塞杆5的活塞堵住油口A时，左腔的油液经油口B和节流阀c流到右腔，油液继续受阻，手臂继续减速并最后定位。结论

机械手设计是一个集机械结构，电子技术，传感器技术，控制测试技术，液压与气压传动等多学科统一的综合系统。本文以在线自动抛光机械手为研究课题，提出其各项技术指标，以此基础进行设计。文中着重研究分析了机械手的机械整体结构及各部分零件结构、液压传动部分和电气电子控制部分三大问题，初步完成了一个机械手的整体设计。

本课题的设计工作总结如下：

1.课题要点：通过在大学学习期间所学到的知识，对机械手的机械原理进行建摸，再进行各方案比对，选出最佳方案。此后设计均围绕所选方案开展。

2.课题核心：利用CAD对机械手的整体机械结构以及部分非标零件进行实体设计并装配。在设计中不仅要遵照最初方案，还要充分考虑部分实体设计的合理性。

3.验证工作：用力学知识对机械手的非标零件进行设计及校核，来验证其是否可以适应工作要求。

机械手的设计与开发涉及多个领域和多个学科。由于作者水平有限和时间有限，此课题仍有许多问题需要解决。根据实际工作环境和造价的要求，对于这一课题，本人认为今后可以按以下几方面开展。

1. 本文非标件偏多，液压系统有些复杂，需要进一步优化机械结构。

2.本文采用多部机械手配合，PLC电子控制；考虑机械手发展趋势，最好采用单机械手＋单片机来优化整个生产过程。

3.本文没提及机械手的运动学、动力学和仿真，建议今后将其完善。

参考文献

[1]张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，1988.

[2]蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术，2001.

[3]金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用2001, 2.

[4]王雄耀.近代气动机器人(气动机械手)的发展应用.液压气动与密封，1999, 5.

[5]严学高，孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，1992.

[6]机械设计师手册.北京:机械工业出版社，1986.

[7]黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，1981.

[8]成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社.

[9]郑洪生.气压传动及控制.北京:机械工业出版社，1987.

[10]吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1995.

[11]徐永生.气压传动.北京:机械工业出版社，1990, 5.

[12]天津大学编.工业机械手设计基础.天津：天津人民出版社，1980 .

[13]蔡自兴编著.机器人原理及其应用.长沙中南工业大学出版社，1988.  

[14]高井宏幸（日）等编著.工业机械人的结构与应用.北京：机械工业出版社，1997 .    

[15]冯香峰编著.机器人机构学.北京：机械工业出版社，1991.

[16]—机部情报所编.国外工业机械手参考资料.重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1980 .

[17]徐灏主编.机械设计手册第五卷.北京：机械工业出版社，1992

[18]波波夫著.操作机器人动力学预算法.北京：机械工业出版社，1983 .                  

[19]Harttey J著.Robots at Work.1983.

[20]工业机械手图册编写组编.工业机械手图册.北京：机械工业出版社，1978 .            

[21]吴旭朝编.工业机械手设计基础.天津：天津科学技术出版社，1980.

[22]尤列维奇EN著.机器人和机械手控制系统.北京新时代出版社，1985.