车床上料机械手结构设计
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升降机构.dwg
右手指座.dwg
左手指座.dwg
底座.dwg
手架.dwg
手部.dwg
车床上料机械手结构设计说明书.doc
车床上料机械手装配图.dwg
摘要
这个课题的设计中，为机床配套的上料机械手。工业机械手工业生产的必然产物。它是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送配件或握持工具操作自动化技术对现实的工业生产自动化，促进工业生产发展的更重要的作用。所以，强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手代替人手的繁重劳动，显著减轻了工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的沉重的搬运零件及长期频率，锻造的操作，采用机械手有效。而且它在低温、水、宇宙、放射性及其他有毒、污染环境的条件下，现实的优越性和广泛的发展前景。
这是通过应用autoCAD技术对机械手进行总体方案设计及液压传动原理设计，确定机械手坐标形式和自由度，确定机械手技术参数。同时设计机械手夹持手结构设计机械手的手腕机械手结构设计手臂结构。他是如何实际上等精品机械手自动运动，运动速度是随着生产力的满足来设置。
在当今社会的制造业中，企业为提高生产效率，普遍重视生产过程的自动化程度。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
本文主要针对生产线上的自动化设计了一个模块工装下线机械手，实现模块下线的自动化。该机械手能实现机械手的伸缩、升降、夹紧和放松等动作。驱动系统采用气压驱动，实现了手臂的夹紧和放松动作。控制系统采用PLC控制，通过控制伺服电动机来实现机械手的上下、左右运动。机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。系统设有报警功能，当机械手出现故障时，能及时报警。
通过上述工作,机械手最终能够按照控制程序的要求进行运动,并且实现了上位机监控系统对本机械手的直观形象观测,达到了本论文的设计目的和要求。
关键词： 机械手； 手部设计； 结构设计；
Abstract
In the design of this subject, the feeding manipulator for machine tool. The inevitable product of the industrial robot industry. It is a kind of imitating human upper extremity function, according to a predetermined parts or holding tools operation automation technology of reality of industrial production automation requirements of transportation, promoting the development of industrial production more important role. Therefore, the strong vitality, by people's extensive attention and welcome. Practice has proved that the heavy labor of industrial machinery hand instead of manpower, significantly reduced the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level. Industrial production often appears in the heavy handling parts and long-term frequency, forging operation, the use of mechanical hand. And it is under the conditions of low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, polluting environment, the reality of the superiority and broad prospects for development.
This is through the application of autoCAD technology to the mechanical hand overall program design and hydraulic transmission principle design, determine the mechanical hand coordinate form and degree of freedom, determine the mechanical hand technical parameters. At the same time, the design of the manipulator hand structure is also designed. He is how the actual quality of the manipulator automatic movement, the speed of movement is set up with the satisfaction of productive forces. In today's manufacturing industry, enterprises pay more attention to the automation of the production process in order to improve the production efficiency. Robot manipulator is a kind of automatic device used in the process of automatic production. It is a new device developed in the process of mechanization and automation.
This paper mainly aimed at the production line automation design of a module assembly line robot, to achieve the automation of the assembly line. The manipulator can achieve the expansion, lifting, clamping and relaxation of the manipulator. Drive system using pneumatic drive, to achieve the arm of the clamping and relaxation. Control system using PLC control, through the control of the servo motor to achieve the mechanical hand up and down, left and right motion. Manual and automatic two ways of working, can be converted by the conversion switch. The system is equipped with alarm function, when the machine is in trouble, it can report to the police in time.
According to the requirements of the control program, the manipulator can be carried out in accordance with the requirements of the control program, and the monitoring system of the host computer can observe the visual image of the manipulator, and the design purpose and requirements of the thesis can be achieved.
Key words: manipulator; hand design; structural design;
目 录
第1章 绪论 1
1.1 工业机械手概述 1
1.1.1 机械手的应用性 2
1.1.2 机械手先进性 2
1.1.3 国内外研究现状和趋势 3
1.2 设计目的 4
1.3 课题内容和设计要求 4
1.4 机械手系统工作原理及组成 6
第2章 机械手整体设计方案论述与证明 10
2.1 机械手的总体设计 10
2.1.1 机械手整体结构类型 10
2.1.2 坐标形式和机械手的自由度 11
2.1.3 设计具体采用方案 12
2.2 机械手腰座结构设计 13
2.2.1 机械手腰座结构设计要求 13
2.2.2 设计具体采用方案 14
2.3 机械手手臂结构的设计 15
2.3.1 机械手手臂设计要求 15
2.3.2 设计具体使用的程序 16
2.4 机械手腕部的结构设计 16
2.4.1 机器人手腕结构的设计要求 17
2.4.2 设计程序的具体运用 17
2.5 机械手末端执行器（手爪）的结构设计 18
2.5.1 机械手末端执行器的设计要求 18
2.5.2 机械手驱动模式 19
2.5.3 机器人夹持器的典型结构 19
2.5.4 设计具体使用的程序 20
2.6 机械手的机械传动机构的设计 21
2.6.1 工业机器人传动机构设计应注意的问题 21
2.6.2 工业机器人常用的传动机构形式 22
2.6.3 设计具体采用方案 25
2.7 机械手驱动系统的设计 25
2.7.1 机器人各类驱动系统的特点 25
2.7.2 工业机器人驱动系统的选择原则 26
2.7.3 机器人液压驱动系统 26
2.7.4 机器人气动驱动系统 28
2.7.5 机器人电动驱动系统 29
2.7.6 设计具体使用的程序 32
2.8 机器人手臂的平衡机构设计 32
2.8.1 机器人平衡机制的形成 32
2.8.2 设计具体方案 33
2.9 机械手的主要技术参数 33
第3章 机械手设计计算 35
3.1 夹持式手抓的设计计算 35
3.1.1 手抓部力的计算 35
3.1.2 手部加紧油缸的确定 36
3.2 腕部设计 36
3.2.1 腕部的设计要求 37
3.2.2 腕部的结构 38
3.3 臂部设计 41
3.3.1 臂部设计要求 42
3.3.2 臂部结构 46
3.3.3 臂部伸缩运动结构 47
3.3.4 臂部伸缩油缸的计算 48
3.3.5 臂部回转运动 50
3.3.6 臂部升降运动 51
3.3.7 臂部升降油缸的计算 52
第4章 机械手的其他部分装置 55
4.1 缓冲定位装置 56
第5章 机械手总体方案总结 57
5.1 传动方案的确定 57
5.2 规格参数 57
5.3 结构特点 58
参考文献 60
致谢 61
第1章 绪论
机械手是工业自动化发展和科技进步的必然产物， 为制造业提供重要的技术装备，尤其在流水作业的自动化，生产线和相对恶劣的环境中，机械手具有人类所不具有的超精准的定位性能、较高的加工精度、高生产率等优势。 因此，进行机械手的研究设计是十分有意义的
1.1 工业机械手概述
机械手首先是从美国开始研制的。
工业机械手近几十年的研究开发一种先进自动化生产设备。是工业机器人的一个重要分支。它的功能可以通过编程进行各种任务的完成，结构及性能优势兼顾人与机器，尤其是人的智慧和适应性。根据驱动方式分为先天性和液压式、电动式，机械式，按机械手的应用范围分2种：专用机械手和通用机械手；按运动轨迹跟踪控制方式分为：先天性和位置控制和连续轨迹控制机械手。
机械手主要掌握在手部的一个很大的控制系统和运动机构。机械手的手部（或工具）的结构，与重量的大小，材料和形状的工作所形成多种结构。形状等吸附式支持。通过改变物体的位置和方向，实现了运动机构、旋转（编织）或复合运动。独立运动的机理，以及机械手的扩展，如转动自由度。一个任意位置和方向的对象在六个自由度空间是必要的。机械手设计的自由度是一个关键参数。多自由度机械手灵活、广泛，但其结构复杂。机械手自由度一般为2～3。通过对电机各控制系统的电机控制，对各自由度进行了具体的操作。同时接收传感器反馈信息控制和关闭。控制系统的核心，如一个微处理器芯片，从宏控制，实现功能，通过编程实现。
机械手主要由手部、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。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。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。同时，传感器的反馈，稳定开环控制结构。一般的单片机控制系统的核心组件及其他微控制芯片，以实现功能。
气压传动的机械手通过压缩空气的压力来驱动执行机构运动。主要特点是：介质采取方便，输出力小，迅速，简单，造价低。但是由于空气压缩特性，速度稳定影响大，冲击大，而且气源压力较低，空气压力低于30kg，机械手结构条件要求的更高，所以应用做简单的行李，高速和灰尘环境。
5.3结构特点
1.机械手伸缩运动结构
这是双代理型单杠运动行为通过汽缸套，汽缸活塞杆、固定、500毫米冲程，望远镜，缸的服型滑枕，他们的武器和衣服一起支持油漆枕头、指导作用，强度，运动汽缸来工作顺利。输油管道提供望远镜曝光，安装方便。安装螺钉的位置伸手的保证。
2．手臂的回转运动结构
臂旋转缸旋转角度不需使用230左右旋转运动，管板，输出轴的轴是固定的，通过一个组合的行星齿轮，坐在一个旋转的圆柱壳，相互固定辊驱动的输出轴旋转，行星齿轮，行星齿轮固定的齿轮和生产，可以让坐在汽车的横向手臂轮缸的身体，方便安装和维修，强度，旋转，增加了一些控制台的人。旋转式夹配件，平衡旋转缸。
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120度，使用范围为90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90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。
5．抓取机构
因为夹持工件范围大，所以选用滑槽杠杆式来抓取机构，其驱动手爪会夹紧松开的拉紧装置，这样采用双作用式单杆活塞油缸。手爪设计成自动调整式，手爪可以绕自身的回转轴线有一个小摆动，用来减少因工件直径变化所引起的定位误差，其调整范围在10毫米以内。为了让能夹持不同规格的锻件，有一套V型块，它分为直径为120/110/100/90mm等几种规格，在产品尺寸改变时，只要更换手爪的V型块即可。
6．其它装置
为了精确定位机械臂的手臂，在手臂部分设置定位油缸，活塞杆末端设有一个单独的作用活塞油缸。当手臂在起始位置和结束位置，旋转95度后，通过电信号控制两位三通电磁阀电路连接，活塞杆的动销栓作用，将放在一个楔形槽的定位块在齿轮的中心，使手臂准确定位。结构简单，动作灵活。为了缩短臂部的力矩，应使油缸尽可能和手爪远离一些，接近于靠近立柱。设计此手臂的前部机构回转油缸距手爪为770毫米。
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致谢
本文是在我尊敬的老师悉心指导下完成的。老师严谨的治学态度和精益求精的工作作风使我受益匪浅。在此，我首先向老师表示诚挚的感谢，并致以崇高的敬意!在课题的研究和开发阶段，得到了学校老师的大力支持和帮助，为我提供了许多有用的资料，在此一并向他们表示衷心的感谢。在日常生活和学习中，学校的各位老师，以及全体同学给与我大力支持和帮助，在此我向他们表示衷心的感谢。感谢父母、家人，感谢所有关心我的朋友和老师，感谢我的母校。
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