搬运机械手结构及控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851摘要通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科两年的所学知识进行整合，对工业机械手结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式的上下料机械手。重点针对机械手的腰座、手臂、手抓等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了详细的设计。具体进行了机械手的总体设计，腰座结构的设计，机械手手臂结构的设计并对其进行分析计算，机械手腕部的结构设计，末端执行器（手抓）的结构设计并对其进行分析计算，机械手驱动系统的设计。同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。基于PLC对机械手的控制系统进行了设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，对控制系统进程序设计，同时编写PLC控制程序及梯形图等，设计达到了设计的预期目标。关键词机械手；PLC；液压系统买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852ABSTRACTINTEGRATINGTHEKNOWLEDGEOFUNDERGRADUATECOURSEOFMACHINEDURINGTHEPASTTWOYEARS,DISCUSSANDANALYSISTHEEACHPARANDFUNCTIONOFMANIPULATORDESIGNAKINDOFCYLINDRICALCOORDINATEMANIPULATORUSEDTOPACKANDUNLOADWORKPIECEINPARTICULARLY,MADETHEDETAILEDDESIGNABOUTBASE,ARM,ANDENDEFFECTORANDTHECONTROLSYSTEMETCINCLUDINGTOTALDESIGN,WAISTSCONSTRUCTIONDESIGN,THESTRUCTUREOFTHEMANIPULATORARMDESIGNANDCARRIESONTHEANALYSISANDCALCULATION,THEWRISTSCONSTRUCTIONDESIGN,THEENDEFFECTORSCONSTRUCTIONDESIGN,ANDTHEDRIVESYSTEMOFMANIPULATORATTHESAMETIME,ANALYSISANDCOMPUTETHEHYDRAULICPRESSURESYSTEMANDCONTROLSYSTEMTHECONTROLSYSTEMOFTHEROBOTBASEDONPLCISDESIGNED,THROUGHTHEANALYSISOFTHETECHNOLOGICALPROCESSANDCONTROLOFMANIPULATOROPERATIONREQUIREMENTSFORDESIGN,CONTROLSYSTEM,ATTHESAMETIME,WRITETHEPLCCONTROLPROGRAMANDLADDERDIAGRAM,DESIGNANDMEETTHEDESIGNEXPECTATIONSKEYWORDSMANIPULATORPLCHYDRAULICPRESSURESYSTEM买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853目录摘要1ABSTRACT2第1章绪论511选题背景712设计目的713国内外研究现状和趋势814设计原则9第2章设计方案的讨论1121机械手的总体设计1122机械手腰座结构的设计12221机械手腰座结构的设计要求13222设计具体采用方案1323机械手手臂的结构设计14231机械手手臂的设计要求14232设计具体采用方案15233机械手小臂的具体设计计算1624机械手腕部的结构设计26241机器人手腕结构的设计要26242设计具体采用方案2825机械手末端执行器（手爪）的结构设计28251机械手末端执行器的设计要求28252机器人夹持器的运动和驱动方式29253机器人夹持器的典型结构30254设计具体采用方案33255机械手手指的具体设计计算3426机械手驱动系统的设计45261机器人各类驱动系统的特点45262工业机器人驱动系统的选择原则46买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709854263机器人液压驱动系统46264机器人电动驱动系统48265设计具体采用方案52第3章液压系统的设计5331确定液压系统基本方案53311拟定液压执行元件运动控制回路54312液压源系统的设计54313绘制液压系统图5532计算和选择液压元件56321动力原件液压泵的选择57322执行元件液压缸的选择58323控制元件方向阀、压力阀、流量阀60324辅助元件管道、管接头、过滤箱、油箱、蓄能器61第4章机械手控制系统的设计6541机械手控制系统的设计6542机械手的作业流程6643绘制控制系统的接线图6744编写PLC的控制程序68结论76英文文献77LATHESANDITSCUTTINGPROCESS77中文翻译84车床及其切削加工84参考文献89买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709855买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709856买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709857买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709858买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709859买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098510第1章绪论在21世纪，科学技术的飞速发展使人来文明发生了极大的变化。由于产品买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098511更新速度的加快，人们对生活质量的要求越来越高。过去以大规模、大批量为特点的福特生产方式正面临着如何适应大批量、多品种为标志的新的市场需求的挑战。机器人因它对多种作业环境显示出巨大的通用性而引起人们的重视，成为高技术发展的一个重要内容。机器人一词最早出现于1920年捷克作家KARELCAPEK的名为罗萨姆的万能机器人剧本中。在该剧中，机器人“ROBOTA”这个词的本义是“强制劳动”。而真正的机器人是从二次世界大战后发展起来的，一般认为始于40年代在美国橡树岭国家实验室开始的搬运核原料的遥控机械操作手的研究。1954年美国人GEOGRECDEVOL发明了一种装置，成为可编程的关节型搬运装置。1959年DEVOL和JFENGELBERGER进一步发展了这一概念，组建了UNIMATION公司，生产出了世界上第一台工业机器人。1963年美国AMF公司生产出商用机器人VERSATRAN。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。1978年美国UNIMATE公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种UNIMATEVICARM型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。联邦德国KNKA公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环节。这种仿工业机器人由操作机机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098512和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于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获得广泛的引用。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098513攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。11选题背景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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。12设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098514目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。13国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下A机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。B工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。C机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。D关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；E焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098515总的来说，大体是两个方向其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。14设计原则在设计之前，必须要有一个指导原则。这次毕业设计的设计原则是以任务书所要求的具体设计要求为根本设计目标，充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如机械设计、机械原理、液压、气动、电气传动及控制、等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化，同时也考虑个人能力水平和时间的客观实际，充分发挥个人能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。液压技术的优点A体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；B能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；C换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；D液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；E由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；F操纵控制简便，自动化程度高；G容易实现过载保护。PLC技术的优点在机械手控制方面，PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，控制程序可变，买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098516无线接触点，编程简单，扩充方便，体积小等优点。采用PLC作为核心控制器来控制机械手的各个动作，不仅可以节约人力成本，而且可以消除人工操作带来的诸多不可靠因素，从而大大极高机械手的工作稳定性及加工精度。基于本着科学经济和满足生产要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，本次设计的机械手为基于PLC控制的液压机械手。本课题将要完成的主要任务如下A机械手为通用机械手因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。B选取机械手的座标型式和自由度。C设计出机械手的各执行机构包括手部、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，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。D液压传动系统的设计包括腰部的回转,大臂的升降，小臂的升缩，以及手机手抓的夹紧与放松。EPLC控制系统的设计我所设计的机械手是用于实现某加工生产线上零件的上料与卸料。该生产线的布局图如图一所示，工件及随行夹具采用步伐式输送带实现各个机床的自动运输。搬运机械手1，2分别位于生产线两端的上料和卸料工位，用以实现工件的自动装卸。其中，搬运机械手1，2的部件结构和工作原理完全相同。图1生产线布局图买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098517第2章设计方案的讨论21机械手的总体设计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。机械手总体结构的类型工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。1直角坐标机器人结构直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图A21。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（M级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。2圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图21B。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。3球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图21C。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图21D。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098518都广泛采用这种类型的机器人。图21四种坐标形式示意图图22四种机械手的机构运动简图具体到本设计，因为设计要求搬运的加工工件的最大质量质量达27KG，且长度达500MM，同时考虑到数控机床布局的具体形式及对机械手的具体要求，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。该机械手在工作中需要3种运动,其中手臂的伸缩和立柱升降为两个直线运动,另一个为手臂的回转运动,综合考虑，机械手自由度数目取为3，坐标形式选择圆柱坐标形式，即一个转动自由度两个移动自由度，其特点是结构比较简单,手臂运动范围大,且有较高的定位准确度。22机械手腰座结构的设计进行了机械手的总体设计后，就要针对机械手的腰部、手臂、手腕、末端执行器等各个部分进行详细设计。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098519221机械手腰座结构的设计要求工业机器人腰座，就是圆柱坐标机器人，球坐标机器人及关节型机器人的回转基座。它是机器人的第一个回转关节，机器人的运动部分全部安装在腰座上，它承受了机器人的全部重量。在设计机器人腰座结构时，要注意以下设计原则1腰座要有足够大的安装基面，以保证机器人在工作时整体安装的稳定性。2腰座要承受机器人全部的重量和载荷，因此，机器人的基座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。3机器人的腰座是机器人的第一个回转关节，它对机器人末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。4腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器（电动、液压及气动）及减速器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。5腰部结构要便于安装、调整。腰部与机器人手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。6为了减轻机器人运动部分的惯量，提高机器人的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。222设计具体采用方案本次设计的机械手，它的腰部的回转运动是一种单回转运动。有的机械手不是单回转运动而是复合式的运动，在此不考虑复合运动。实现单回转运动可以有以下几种方案。回转缸又称摆动缸。应用回转油缸要比齿轮齿条带动机械手回转结构简单，轻巧美观。但是，由于回转缸的动片与缸体之间配合精度要求较高，加工买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098520比较困难，如果精度达不到要求，就会造成严重泄漏，影响正常运转，必须严加密封。直线缸回转结构齿轮齿条结构是通过齿条的往复运动，带动齿轮回转，其驱动源可以是液压或气压驱动。此外，腰座回转的驱动形式还可以通过电机减速机构来实现，目前的趋势是用电机来驱动要不的回转。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器人的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。因为齿轮传动存在着齿侧间隙，影响传动精度，故采用一级齿轮传动，采用大的传动比（大于100），同时为了减小机械手的整体结构，齿轮采用高强度、高硬度的材料，高精度加工制造，尽量减小因齿轮传动造成的误差。腰座具体结构如图所示图23腰座结构图买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852123机械手手臂的结构设计231机械手手臂的设计要求机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则；1应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，有利于机器人的控制。2机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。3为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小（其比重相当于钢的1/4，相当于铝合金的2/3），但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。4机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。5机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。6机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098522232设计具体采用方案机械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸缩运动都为直线运动。直线运动的实现一般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。考虑到搬运工件的重量较大，考虑加工工件的质量达27KG，属中型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，对手臂的刚度有较高的要求。综合考虑，两手臂的驱动均选择液压驱动方式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，不用再设计另外的执行件了；而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。因为液压系统能提供很大的驱动力，因此在驱动力和结构的强度都是比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。因此手臂液压缸的设计原则是缸的直径取得大一点（在整体结构允许的情况下），再进行强度的较核。同时，因为控制和具体工作的要求，机械手的手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的缸径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求的。因此，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了两个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量增加其刚度；大臂增设了四个导杆，成正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解决了结构、稳定性的问题。233机械手小臂的具体设计计算手臂中液压缸的设计钢筒本次设计采用钢筒与端盖焊接的连接方式，根据钢筒的连接形式选择缸筒的材料为35钢A540BMP对钢筒的要求有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不导致产生永久变形。有足够的强度，能承受活塞侧压力和安装的反作用力而不致产生弯曲。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098523内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件法密封。需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性。总之，钢筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时它是活塞运动的轨道。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的尺寸公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳和耐用性。缸筒的计算T0F314PD式中活塞杆上的实际作用力，0FN负载率，一般取0507本次取05液压缸的总效率，TDVMT机械效率，由活塞及活塞杆密封件的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额M定压力下，通常可取09095取09MM容积效率，由各密封件泄漏所造成，通常去活塞封为弹性材料时1，VV活塞封为金属环时098，取活塞封为弹性材料1。VV作用力效率，由排油口背压所产生的反向作用力造成，取1DD则09DVMT190缸筒内径D供油压力，取294PAMPAMP买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098524代入得T0FN2853714310PFD2594238M查机械设计手册液压传动对筒壁内径进行圆整取40MMD缸筒厚度计算当时可用薄壁缸筒的实用公式08/DP2MAX0式中缸筒材料强度要求的最小值，M0缸筒内最高工作压力，AXPAMP为缸的额定压力，取额定压力16NM51NNPAM缸筒内径D钢筒材料的作用应力，PAP其中材料的抗拉强度安全系数，通常取NBBN5N35钢的A540BMP2MX0M5450216N51BD买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098525缸筒壁厚的验算A35021MPDPSN式中为缸的额定压力NPA16N缸筒材料屈服点，35钢SMPA320PS缸筒的外径，1DMA35021MDSN4032PA402壁厚满足设计要求。因此活塞的内径外径查机械设计手册液压传动MD51选标准值型号为HSG0140/DE401缸筒与端部采用的连接方式为焊接，因此需要对其焊接处进行校核N0D4B621DF式中缸内最大推力，缸HSG0140/DEFNNF201缸筒外径，1DM焊缝底径，D焊接效率，取70焊条材料的抗拉强度，BAMP安全系数，一般取5N查机械零件设计手册知碳钢的最小焊缝为13MM，选择焊缝的长度为3MM，即MM。焊条选择E4303，焊条的抗拉强度为4D1A420BMP买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098526N10D4B621DF84520676焊接满足连接要求活塞设计由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄漏，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应该与缸筒内径一致。设计活塞时，主要任务是确定活塞的结构型式。活塞结构型式根据密封装置型式来选用活塞结构型式，通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞圆周上开沟槽，安装密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈的安装时也容易拉伤和扭曲。组合活塞结构多样，主要由密封型式决定。组合活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨导向环的大量使用，多数密封圈与导向环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。本次设计选用组合式活塞。活塞与活塞杆的连接型式采用螺母型的连接方式。活塞密封结构活塞的密封型式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择。本次设计选用O形密封圈活塞的材料选择本设计活塞没有设计导向环，因此活塞材料选用高强度的铸铁HT200。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098527活塞的宽度一般为活塞外径的0610倍，取活塞厚度为5MM。活塞杆的设计由上述可知活塞杆与活塞采用螺母连接，查机械设计手册活塞杆螺纹尺寸系列GB/T23501980螺纹直径与螺距的大小应取决于活塞杆直径。活塞杆直径的计算活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等多种作用力，必须有足够的强度和刚度对于液压缸无速比要求，可按下式计算活塞杆直径M104D3PF式中液压缸的推力，FN材料的许用应力，活塞杆材料一般选用35钢PAMNSA320PS645P活塞杆强度计算活塞杆在稳定的工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式计算PF26D410式中活塞杆的作用力，FN材料的许用应力，活塞杆材料一般选用35钢PAMPNSA320PS645MP活塞杆直径，DM买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098528A64N53210S6MP设计活塞杆直径D22MM满足要求则活塞杆螺纹选择，M2015，查机械零件设计手册与该螺纹配合的螺母为GB/T6170M20活塞杆弯曲稳定性验算43120D2D液压缸HSG0140/DE中速比的液压缸行程，M40S，652SLB016DBL当液压缸支撑长度1015时，需要验算活塞杆弯曲稳定性，若受D力完全在轴线上，主要按下式验算1FK1N/KF26120BLIE其中A18BA51MP圆截面44MD096I式中活塞杆的作用力，1FN活塞杆弯曲失稳临界压缩力，K安全系数，通常取356，本次选取5KNKNKN买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098529液压缸的安装及导向系数，根据安装情况取K70K实际弹性模量，1EAMP材料的弹性模量，钢材A1025PE活塞杆截面惯性矩，I4M液压缸的支撑长度BL材料组织缺陷系数，钢材一般取A12/A活塞杆截面不均匀系数，B3/B代入数据得4844M10329D6I262BKLIEFN953650710318422682K1N/KF19075284则活塞杆的稳定性满足要求。活塞杆的导向套活塞杆的导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂志，灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非耐磨材料时，其内圈还可装设导向环，用作活塞杆的导向。导向套的典型结构型式有轴套式和端盖式两种。本设计采用轴套式导向套，导向套的材料选用非金属材料尼龙导向套长度的确定导向套长度过段，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098530工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足20DSH式中导向套的最小长度H最大工作行程S缸筒内径D20DSHM4本次设计导向套的长度为40MM排气阀的选择排气阀的位置要合理，排气阀应该设在两腔端部的上方，均应与压力腔相同，以便安装后调试前排除液压缸内的空气。由于空气比油轻，总会向上浮动，不会让空气有积存的残留死角。如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存有空气。由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤动和爬行，影响液压缸的正常工作。油口的选择油口包括油口孔和油口连接螺纹，液压缸的进出口可布置在端盖或缸筒上。根据液压缸的内径选用油口连接螺纹，根据标准GB/T28781993选择M2215密封件、活塞杆的密封件活塞和活塞杆的密封件选用O型密封圈，材料为尼龙防尘圈防尘圈安装在前端盖与活塞杆的接触处，选用ASW型防尘圈，材料为聚氨酯。定向装置买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098531机械手手臂在进行升降运动时，为了防止手臂绕轴发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，采用适当的定向装置。它根据手臂的形式安装，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构的设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。本设计定向装置材料选用铝合金ZL101MPA15B机械手的最大抓重264N987G机械手重量的估算手抓的重量NDG13G10897120D4G10897083293近似一只手指的重量NG21手部外框的重量约为980因此手部的重量及重物的总重量为总NG40298631总水平手臂的最大回转半径为M5R力矩20154NFM定向杆的主要作用对活塞进行定向，因此其直径的选择应按照扭转条件进行设计。设计公式为316TD式中买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098532定向杆直径D定向杆所受最大扭矩，取。TMT材料的剪切应力，对于塑性材料（0507），N为安全系数，一般取5。B则A51P316TDM2851430取，用M8的六角螺母与活塞缸的端盖进行连接。M10D24机械手腕部的结构设计手部设计要求A手部应有足够的夹紧力。除工件的重力外，还要能不使工件在传递过程中松动或脱落；B夹持范围要与工件相适应。手爪的开闭角度（手爪张开或闭合时的极限位置所摆动的角度）应能适应夹紧较大的直径范围；C夹持精度要高。既要求工件在手爪内定位准确，又不夹坏工件的表面。一般需根据工件的形状选择相应的手爪结构如圆柱形工件应采用带V形槽的手爪来定位；对于工件表面光洁度要求较高的，应在手爪上镶铜、夹布胶木或其它软质垫片等；D夹持动作要迅速、灵活；E手部结构要简单紧凑、刚性好、自重轻、易磨损处应该便于更换，在腕部或臂部上安装要方便，更换要迅速。机器人的手臂运动（包括腰座的回转运动），给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。机器人手腕是机器人操作机的最末端，买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098533它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。241机器人手腕结构的设计要1机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。根据抓取对象和机械手的坐标形式的需要，可增加腕部的自由度。如腕部的回转运动，这是在手爪夹持工件后，需要翻转角度，或者机械手从一个工位转到另一个工位时，需要工件翻转。若是采用臂部回转则使机械手的稳定性降低，因为，臂部长度大，回转时少有偏心（特别是高速回转时），使机械手的离心力增加，臂部振动加大，影响定位精度。因此，应设计腕部的回转。若机械手是球坐标形式，腕部应设计具有俯仰运动，以保证手爪处于水平位置，不影响手爪的工作。还要根据加工工艺的要求，设计腕部在Y轴方向的移动运动。如机械手将工件送到某一工位后，需要把工件定位夹紧，为使机床运动简化，而要求腕部沿Y轴方向做少量的移位的运动。如用顶尖支承的轴类零件，在用机械手取下工件时，为脱离主轴顶尖而需要有腕部的横移运动。机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。一般的机器人手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案2机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。3机器人手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985344机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。5要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。6手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。242设计具体采用方案通过搬运上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。25机械手末端执行器（手爪）的结构设计251机械手末端执行器的设计要求机器人末端执行器是安装在机器人手腕上用来进行某种操作或作业的附加装置。机器人末端执行器的种类很多，以适应机器人的不同作业及操作要求。末端执行器可分为搬运用、加工用和测量用等。搬运用末端执行器是指各种夹持装置，用来抓取或吸附被搬运的物体。加工用末端执行器是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机器人附加装置，用来进行相应的加工作业。测量用末端执行器是装有测量头或传感器的附加装置，用来进行测量及检验作业。在设计机器人末端执行器时，应注意以下问题；1机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。一个新的末端执行器的出现，就可以增加一种机器人新的应用场所。因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域。2机器人末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机器人容买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098535许的负荷力。因此，要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。3机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能末端执行器在结构上很复杂，甚至很难实现，例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。目前，能用于生产的还是那些结构简单、万能性不强的机器人末端执行器。从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机器人末端执行器，加之以末端执行器的快速更换装置，以实现机器人多种作业功能，而不主张用一个万能的末端执行器去完成多种作业。因为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵。4通用性和万能性是两个概念，万能性是指一机多能，而通用性是指有限的末端执行器，可适用于不同的机器人，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化和积木化。5机器人末端执行器要便于安装和维修，易于实现计算机控制。用计算机控制最方便的是电气式执行机构。因此，工业机器人执行机构的主流是电气式，其次是液压式和气压式（在驱动接口中需要增加电液或电气变换环节）。252机器人夹持器的运动和驱动方式机器人夹持器及机器人手爪。一般工业机器人手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。机器人夹持器（手爪）的驱动方式主要有三种气动驱动方式这种驱动系统是用电磁阀来控制手爪的运动方向，用气流调节阀来调节其运动速度。优点1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。2）因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。3）与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985364）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。5）成本低，过载能自动保护。缺点1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。2）因工作压力低（一般为0310MPA），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于1040KN。3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气