封焊机自动上料机构设计方案

1、本科毕业设计 ( 论文 )题目：封焊机的自动上料机构设计系别：机电信息系专业：机械设计制造及其自动化班级：学生：学号：指导教师：2013 年 04 月封焊机的自动上料机构设计摘要本文通过对机械手的组成和分类，及国内外的发展状况的了解，进行了总体方案设计，确定了机械手用四自由度和圆柱坐标型式。本机械手为上料机械手，为使其通用性加强，故同时设计了机械手的夹持式手部结构和吸附式手部结构，可以更换使用。计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转汽缸的驱动力矩，确定了相关尺寸，设计了机械手的腕部结构；设计了机械手的手臂结结构；设计了手臂伸缩，升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。关键词上料；机械手；气缸S

2、eal Welding Machine Automatic Feeding MechanismDesignAbstractIn this paper,the compositionandclassificationoftherobot,andthedevelopmentofdomestic andinternationalunderstanding of the status,theoverall design,therobotwithfour degrees offreedomandcylindrical coordinatestype.Therobotfeedingrobot,toitsv

3、ersatilitystrengthen,while the designoftherobotholdinghandsstructure andadsorptionhandstructure, you can replacethe useof.Calculate thetorquerequired to drive therotationofthewristandthedrivetorqueoftherotarycylinder,with ahydraulicbufferidentifiedbyrelativesize,thedesignoftheroboticwriststructure。d

4、esignoftheroboticarmjunctionstructure。designofthetelescopic armliftingTherotaryarmwithhydraulic shock absorber.Keywords：feedingrobot；cylinder.；manipulator目 录1 绪论错误！未定义书签。1.1工业机械手概述 .错误！未定义书签。1.1.1 工业机器人的发展趋势 .错误！未定义书签。1.2机械手的组成和分类 错误！未定义书签。机械手的组成 错误！未定义书签。机械手的分类 错误！未定义书签。2 机械手的设计方案52.1 机械手的坐标型式与自由度6

5、2.2机械手的手部结构方案设计62.3机械手的手腕结构方案设计62.4机械手的手臂结构方案设计62.5机械手的驱动方案设计 62.6机械手的控制方案设计 72.7机械手的主要参数 72.8.机械手的技术参数列表73 手部结构设计 93.1 夹持式手部结构 .93.1.1手指的形状和分类 .93.1.2设计时考虑的几个问题 93.1.3手部夹紧气缸的设计 104 手腕结构设计 错误！未定义书签。4.1 手腕的自由度 错误！未定义书签。4. 2 手腕的驱动力矩的计算 .错误！未定义书签。4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 .错误！未定义书签。4.2.2回转气缸的驱动力矩计算 错误！未定义书签。5

6、手臂伸缩、升降、回转气缸的尺寸设计与校核错误！未定义书签。5.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 .错误！未定义书签。5.1.1手臂伸缩气缸的尺寸设计 .错误！未定义书签。5.1.2尺寸校核 .错误！未定义书签。5.1.3.导向装置 .错误！未定义书签。5.1.4平衡装置 .错误！未定义书签。5.2 手臂升降气缸的尺寸设计与校核 .错误！未定义书签。尺寸设计 .错误！未定义书签。尺寸校核 .错误！未定义书签。5.3 手臂回转气缸的尺寸设计与校核.错误！未定义书签。尺寸设计 .错误！未定义书签。尺寸校核 .错误！未定义书签。6 结论 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。致谢错误！未定义书

7、签。毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）独创性声明错误！未定义书签。错误！未定义书签。图纸和说明书联系QQ25766365382 机械手的设计方案对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾 -放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象 (工件 )的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件。明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求。尽量选用定型的标准组件

8、，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制 .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，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。也可用于操作环境恶劣的生产场合。2.1 机械手的坐标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其坐标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度2.2 机械手的手部结构方案设计为

9、了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部。当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。2.3 机械手的手腕结构方案设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。2.4 机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降 (或俯仰 )运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。2.5 机械手的驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应

10、灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。2.6 机械手的控制方案设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。2.7 机械手的主要参数(1)机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为1公斤(2)基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂

11、伸缩及回转的速度。该机械手最大移动速度设计为1.0m / s 。最大回转速度设计为 90 / s 。平均移动速度为0.8m / s 。平均回转速度为60 / s 。机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。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

12、为 1400mm 。手臂升降行程定为 120mm 。定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为1mm。2.8.机械手的技术参数列表一用途:用于封焊机的自动上料二 设计技术参数 :1 抓重 :1KG2 自由度数 :4个自由度3 坐标型式 :圆柱坐标4 最大工作半径 : 1400mm5 手臂最大中心高 :1250mm6 手臂运动参数 : 伸缩行程 180mm伸缩速度 800mm/ s升降行程 120mm升降速度 250mm / s回转范围 0180回转速度 90 / s7 手腕运动参数 : 回转范围 0180回转速度 90 / s8 定位方式 :行程开关或可调机械挡块等9 定位精度 :1mm1

13、0 驱动方式 :气压传动11 控制方式 :点位控制（采用 PLC）图 2.1 机械手臂剖视图3 手部结构设计为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部:如果有实际需要，还可以换成气压吸盘式结构，3.1 夹持式手部结构夹持式手部结构由手指 (或手爪 )和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。手指的形状和分类夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式 :按手指夹持工件的部位又可分为内卡式 (或内涨式 )和外夹式两种 :按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移

14、动型 (或称直进型 )，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指。同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。设计时考虑的几个问题1.具有足够的握力 (即夹紧力 )在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。2.手指间应具有一定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为

15、手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。3.保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。4.具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。5.考虑被抓取对象的要求根据机械手的工作需要，通过比较，我们采

16、用的机械手的手部结构是一支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成 V 型，其结构如附图所示。手部夹紧气缸的设计1.手部驱动力计算本课题气动机械手的手部结构如图3.1所示 ，图 3.1 齿轮齿条式手部其工件重量 G=1公斤，V形手指的角度 2120 ， b40mm,摩擦系数为f0.10(1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为:p 2b N (3.1) R(2)根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式 :N 0.5G (3.2)0.5 10.5N所以 p2b N 40( N )R(3)实际驱动力 :p实际p K 1K 2 (3.3)I,因为传力机构为齿轮齿条传动，故取0.94 ，并取

17、 K 1 1.5 。若被抓取工件的最大加速度取 a3g 时，则 : K 21a4 (3.4)g所以 p实际40 1.5 4255( N )0.94所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为255N 。2.气缸的直径本气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为:F1D 2 P(3.5)Ft Fz4式中 : F1 - 活塞杆上的推力， NFt - 弹簧反作用力， NFz - 气缸工作时的总阻力， NP - 气缸工作压力， Pa弹簧反作用按下式计算 :FtG f (1s) (3.6)G fGd143(3.7)D1nGd14G

18、f =3(3.8)8D1n式中 : G f - 弹簧刚度， N/m1- 弹簧预压缩量， ms - 活塞行程， md1 - 弹簧钢丝直径， mD1 - 弹簧平均直径， .n - 弹簧有效圈数 .G - 弹簧材料剪切模量，一般取 G 79.4 10 9 Pa在设计中，必须考虑负载率的影响，则 :F1D 2 pFt (3.9)4由以上分析得单向作用气缸的直径:D4( F1Ft ) (3.10)代入有关数据，可得p479.4109(3.54G fGd110 3)8D13n8(3010 3)3153677.46(N / m)FtG f (1s) (3.11)3677.466010220.6(N )3所以:D4(F1 Ft )4 (40220.6)pn0.510617.70(mm)查有关手册圆整，得 D20mm由 d / D0.2 0.3 ,可得活塞杆直径 : d (0.2 0.3)D4 6mm圆整后，取活塞杆直径 d6mm 校核，按公式 F1 /(/ 4d 2 ) (3.12)有 : d (4F1/) 0.5 (3.