自动上料机械手设计研究

1、自动上料机械手设计研究引言人工成本的不断上升，机器代替人工己经成为很多公司转型升 级的主要手段。应用自动化生产线以搬运机械手代替人工完成物料 运输，与人工相比，它具有能够按照一定节拍精确稳定地不间断地 重复完成一项工作、能够运输人工无法运输的较重物料，并能有效 避免恶劣工作环境下人丄作业可能带来的人身伤害，己是制造生产 工业实现自动化生产的必然选择，被广泛应用。以往人工上料过程 中，人的重复劳动不仅给人带来乏味劳累，而且作业效率不高。近 年来，随着电子技术水平的不断提高，机器人已经逐步应用到生产 领域，帮助人们完成了一些难度比较高以及枯燥的工作，极大地降 低了劳动强度，进一步提高了生产效率，同

2、时在需要精确定位的工 位中需借助机械结构进行二次定位。因此，木文研究设计自动上料 机械手，减少工人操作，提高作业效率与产品定位精度。1自动上料机械手工作环境机械手是一种模仿人手动作按照提前设定的程序、轨迹和要求 代替人手抓取的自动化设备，准确性高，造价相对经济，结构简单 且易操作。自动上料机械手主要用于转子涂敷生产线的转子上料, 为满足整条生产线技术要求以及工艺流程，合理安排自动生产线中 上料机构与其他工位机构的布局，使得控制系统更简单、操作更加 方便，上料机械手与其他生产工位布局如图1所示。其工作流程是: 转子通过上料输送线把转子送到定位机构，定位机构把转子定位到 上料位，上料机械手自动拾取

3、，运输到蒙套组装工位，将组装好的 转子取岀，把未组装的转子放入组装工位，并把组装好的转子运送 到涂敷机的上料位。机械手上配有两套夹具，其中一套夹具未组装的转子，另外一套夹具夹取组装好的转子，使其机构配备更合理, 工作效率更高；同时夹具上还配有检测传感器，实时检测夹取的转 子在高速运送过程是否掉料。通过自动上料机械手能实现设备在生 产过程中物料中的点对点的快速转换，提高整体的生产效率，节约 生产成本。2自动上料机械手设计要求转子涂敷生产线中定位机构把转子定位到上料位，上料机械手 将未装蒙套的转子搬送到蒙套组装工位，同时把组装好的转子搬送 到涂敷机上料位处，整个过程要求稳定可靠，故有以下几点要求:

4、（1）夹具在取放过程中不得夹伤产品;（2）在运送过程中有掉料检 测；（3）机械手取放位置可调；（4）机械手具有手、自动控制切换 功能；（5）机械手结构设计合理、运动平稳可靠；（6）生产节拍为 9s 03自动上料机械手设计根据自动上料机械手工作环境和设计要求，设计一种直角坐标 上料机械手，上料机械手主要负责把输送线的转子搬送到蒙套组装 机构，同时把组装好的转子取岀，搬运到涂覆机内。其中这种直角 坐标机械手在工业生产中比较常见，被广泛应用。上料机械手的组 成分别为：控制系统.驱动模块、执行机构、检测系统。控制系统 主要负责发送逻辑指令给到驱动模块，由驱动模块驱动执行机构进 行搬运.拾取、放置等动作

5、；检测系统主要负责对执行机构在执行 过程中进行实时的监测，并把监测结果反馈给控制系统。31机械手主要部件选型驱动机构的选择驱动机构是机械手的重要组成部分，机械手的 性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据机械手取放位H可调以及要实现多位置取放的设计要求，选择采用伺服电机 带动丝杆作为机械手的驱动模块，同时结合取放要求尾端手抓采用 气缸的形式抓取。根据生产节拍为9S,伺服额定转速为3000r/min 启动与停止时间为约02s； X轴位移分别为550mm. 63mm与 500mm； Y轴补偿行程约250mmt与X轴同步进行，不计入节拍内;Z轴最低与最高位之间高度差为243mm。根据上述的

6、设计数据初步 选定，X轴丝杆导程为20mm, Y轴导程也是20mm, Z轴导程为 10mm0根据：可得X轴，550mm用时075s； 500mm用时07s；当X轴运动63mm时，为避免X轴加速度过大而导致定位不准确，同 时启动与停止时间也按02S计算，可得用时04S,此段加速度为 1575mm/s2o同理可得Z轴走250mm用时07s；其中气缸取放时间 约为04S。因此整体节拍时间为86S,满足生产需求。根据产品质量 约为200g,同时取2个，共约400g；单个气缸约为270g,需要4 个，共约1080g；气缸安装板约350g；夹具约150g,需8个，共约 1200g； Z轴实际最大负载约为3

7、430go因此根据模组生产厂家给出 的数据（图2）,同时结合节拍要求，选择导程为10mm,垂直负载 为5kg的模组，同时考虑到实际应用的情况，保留一定安全可调行 程，选择有效行程为300mm的模组。同样的计算可以选出Y轴的行 程为300mm水平负载40kg； X轴的行程为1250mm,水平负载 83kg。32自动上料机械手关键部位设计上下料的过程是否安全、可靠，与机械手的稳定性有着极为密 切的关联，由于机械手抓取的工件规格、尺寸、形状存在一定的差 异，从而使得机器手的样式较多，其中比较常见的有钳式和吸附式 两种手抓设计。根据设计要求，为保证产品在运动过程中不会掉落,要求机械手抓的夹取要稳当，同

8、时又不能夹伤产品，结合到选择的 型号进行手抓设计。转子的外形为圆柱体，因此在设计夹具时采用V形面夹取转子，同时为了避免制造的误差导致夹取不稳，在中部 做避空位，设计如图3所示。根据选择的模组型号得知，X轴跨度 较大，为了保证机械手在运行过程中的稳定，选择截而为 lOOmmxloOmm,壁厚为4mm的方通设计机械手的安装柱。由于机 械手安装高度在1000mm左右，同时为保证在机械手启停的过程中 rti于加速度过大导致基础件的摇晃，在其底部焊接两块加强筋。由 于整个安装柱采用的是焊接工艺拼接在一起的，为了减少焊接后应 力不均而引起的变形，整体焊接釆用交错段焊，同时在焊接完成后 整体需进行退火工艺，减少应力，最后对上下的焊接钢板进行机加 工，使其满足机械手安装的平直度要求。机械手连接中，为减少因 加工与装配引起的累计误差，每个零部件之间的必须有定位销进行 定位，再由螺栓连接。同时各连接零部件满足机械手的刚度与强度 等设计要求，设