【《某分拣机械手的结构及关键部件设计案例》3600字】

某分拣机械手的结构及关键部件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u21817某分拣机械手的结构及关键部件设计案例 1310951机构分析 1315771.1机械手总体设计 1173001.1.1机械手基本形式的选择 1297461.1.2机械手的主要部件及运动 1116701.1.3驱动机构的选择 2107791.1.4机械手的技术参数列表 2233381.2机身的总体设计 3128172关键部件设计与校核 454572.1机械手手爪的设计计算 52912.1.1选择手抓的类型及夹紧装置 5216712.1.2手抓的力学分析 6200012.1.3机械手手抓夹持精度的分析计算 81机构分析1.1机械手总体设计1.1.1机械手基本形式的选择常见的分拣机械手依据手臂的运动形态来定名称和用途，按坐标形式大致可以分为以下4种:(1)直角坐标型机械手；(2)圆柱坐标型机械手；(3)球坐标（极坐标）型机械手；(4)多关节型机机械手。经多次查阅资料及在实习单位亲身调研，其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，旋转移动起来更方便，直观上讲更适用于物流分拣作业中，因此本设计采用圆柱坐标型。1.1.2机械手的主要部件及运动对于一个圆柱坐标型分拣机械手来说，根据参考文献【24】得知，该自动化模式下的分拣用机械手的设计需要的基本要求，基本目标和技术任务，为了满足所设计需要的基本要求条件，据实际观察，本论文计划所设计的机械手都应该至少具有5个自由度既：手抓张合；手部回转；手臂伸缩；手臂回转和手臂升降5个主要运动。本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成，分别是①手部，采用一个自动垂直线状的圆形液压传动气缸，通过整个传动液压机构的固定运动角度来轻松完成腕和手部的抓张力配合；②对于腕和手部，采用一个自动定向回转式的圆形液压传动气缸后就可以轻松实现整个手部的自动回转180°；③臂部，采用直线缸来实现手臂平动50mm；④机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。1.1.3驱动机构的选择驱动机构本身就是分拣机械手的重要一个组成部分，而机械手的性能和成本费用等等对它来说有着巨大的影响，这主要依赖于它所采用的驱动设计方案和它们所配备的装置。根据动力源和应用市场的不同，分拣机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、以及电力与动力机械联合驱动四类，本毕业设计的是一种以机械液压驱动为驱动机构的专用机械手，它的性质具有机械结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便、驱动控制能力强等主要特征。所以，用于物流分拣中的机械手为保证工作效率，运输速度，液压驱动则是不二之选。1.1.4机械手的技术参数列表一、用途：搬运：用于快递物件搬运二、设计技术参数:1、抓重：6kg(夹持式手部)2、自由度数：6个自由度3、座标型式：圆柱型底座4、最大工作半径：160mm5、手臂最大中心高：100mm6、手臂运动参数：伸缩行程650mm伸缩速度400mm/s升降行程250mm升降速度200mm/s回转范围0~270°回转速度60°7、手腕运动参数：回转范围0~270°回转速度90°8、手指夹持范围：棒料：90~160mm片料：面积不大于1㎡9、定位精度：±1mm1.2机身的总体设计按照机械设计的基本要求，机械手臂就需要通过设计实现能够回转180°的四个回转方向运动，实现机械手臂的回转运动的机构通常设计在机身处。为了找到能够通过设计分析得到合理的各种人体运动机械部件，就常常需要对此进行各种综合合理地设计考虑，分析。机器人身上支撑着一个手臂，作为回转，升降等运动，它们是机器人的重要部件。常见的机体结构主要有以下几类:将自动回转器的气缸位置放在自动升降后的悬架结构中。该类壳体结构的最大优点之处在于它不仅能够同时需要承受更多的重力偏重和更大力矩。其中的缺陷主要表现在于传动回转式电机运动时由于电机传动轴与电机的回转路径距离很长，而且传动花键轴的运动变形常常会给传动回转式电机运动时的精度提高带来很多的不良影响。将两个回转式的气缸全部放入并移到自动升降机台面之上。该传动系统的外部结构设计选择了一个单缸导向活塞杆，内部传动为单缸导向，结构紧凑。但是，由于回旋式气缸和机械手臂的运动的一部分可以形成高速升降机，所以用于运动的机械部件的总数很大。活塞杆气缸和齿条齿轮机构。臂的旋转必须根据齿条齿轮机构完成：齿条的往复运动立即推动与臂连接的齿轮，使其在紧密协调的情况下作往复旋转，从而使臂可以上下移动顺利。图3-1分拣机械手CAD样式图分析：经过多次验证后综合分析思考，本文的设计方案选择了将回旋缸直接放入升降缸之上。本毕业设计设计的新型机身向两个不同方向平行运动，机身横向回转及机体升降两个不同方向。如图2-1所示，可回转式运动的机构机身是一种可装置于活动升降机主气缸之上的活动机身。手臂滑动部件通过手臂回转时气缸上部的端盖下部进行滑动连接，回转时气缸下部的滑动片通过回转缸体上部进行滑动连接，机械手手臂根据缸体情况进行回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是一体的。活塞杆全部结构采用空心，内部安装有一个空心花键轴护套和一个空心花键轴相互配合。这种新型的机械传动结构主要特点是由于导向杆直接位于内部，结构紧凑。驱动控制机构主要采用电动模式下的液压驱动，回转进入气缸通过两个驱动输出两侧油孔，一个是进油孔，一个是排油孔，进油口的两侧分别通向气缸，使其旋转到气缸驱动器叶片的两侧，然后合理地完成了旋转气缸和驱动器叶片的双重旋转。旋转的旋转角度通常取决于挡块的旋转尺寸级别，以做出性能决定。对于这种刀片设计，每个人都必须考虑可以在两个旋转刀片之间连续旋转的角位置和旋转角度。为了更好地满足该刀片设计的性能要求，在这种设计中，可以适当地选择旋转转子和两个静态板之间的旋转角度以旋转180°。2关键部件设计与校核2.1机械手手爪的设计计算2.1.1选择手抓的类型及夹紧装置本设计是平动搬运机械手的设计，手爪的作用是整个分拣机械手所有结构中最重要的部分，也是直接直观上决定了机械手最终设计的是否成功，考虑到所需达到的原始参数：手抓张合角=，夹取重量为6Kg。常用的工业机械手手部，按握持工件的原理，分为夹持和吸附两大类。对于吸附式机械手来说，常用于吸附工件表面平整、面积较大的板状物体，应用广泛程度不如夹持式机械手，因此不适合用于本方案设计。本自动分拣机械手采用夹持式手爪，夹持式的运动机械手根据其进行运动时的方式大致来说可以将其划分两类为纵向旋转型或者来说是横向平移式。平移型夹持手指的手掌张开或者手指闭合主要是手指依靠一只手指在一个平行物体上方的移动，这类型的手指由于整体结构简单，适用于直接夹持一块放在平板上的任何方料，且由于夹持工件的材料径向移动大小和在尺寸上的变化并没有直接因素影响工件到其材料中心和夹点的移动位置，其理论夹持误差零。但是若是要采用一种非常典型的自动水平移式机械手指，驱动力必须不需要被附加到驱动手指水平移动的各个方向上，这样就可能会直接导致手指结构更加复杂而且运动体积巨大。显然这种选择类型的值是不恰当的，因此我们也许可以重新选择该值的类型。通过综合考虑，本设计选择两根机械手指的回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧器的两种选择中第一种通常用的是手指分开弹簧夹紧器，它在此时弹簧的手指动力加大作用下由于此时机械手的手指动力加大使此时人们的手指被握住和，在机械压力和压力油的推动作用下，弹簧被压缩，此时机械手指可以张开。图4-1机械手机身结构示意图/proe图4-2机械手手爪示意图/proe2.1.2手抓的力学分析接下来对其基本结构进行力学分析：①滑槽杠杆图4-1（a）为常见的滑槽杠杆式手部结构。(a)(b)图4-1滑槽杠杆式手部结构、受力分析1——手指2——销轴3——杠杆在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F，并通过销轴中心O点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心线和并指向点，交F1和F2的延长线于A及B。∵∑Fx=0∴F1=F2（4-1）而由∑Fy=0得F1=F2cosαF1=-F1’由=0得h（4-3）∴F=（4-4）式中a——手指的回转支点到对称中心的距离（mm）；——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角。由分析可知，当驱动力一定时，角增大，则握力也随之增大，但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好的取值范围在30°到40°之间2.1.3机械手手抓夹持精度的分析计算机械手的抓取精度控制设计一般要求对移动工件的抓取定位精度准确，抓取移动精度高，重复抓取定位的移动精度和工件移动时的稳定性良好，并必须具备工件足够的重复抓取移动能力。机械手如何掌握能否准确地快速夹持大型工件，把这些大型工件快速传递或达到其需要指定的工作位置，不仅主要直接取决于一个机械手的夹具定位精度(主要由其对手臂部、腕和背部等各种大型运动机械零件的定位大小精度决定)，而且还与一个机械手对夹具支持的定位误差敏感程度及其大小密切关联相关。特别是在各类多功能品种的中、小批量工件生产中，为了能够适应每个工件的最大尺寸在生产规模上一定很大程度内的发生变化，一定都需要对每个工作台的时间长度进行相当大的质量夹持和精度测量。