文献综述（S-2壳体柔性装配机械手结构设计）.doc
大红鹰,S-2壳体柔性装配机械手结构设计(带CAD图）带机械图
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宁波大红鹰学院 毕业设计（论文）文献综述课题： S-2壳体柔性装配机械手结构设计 所在学院： 机械与电气工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 13机自 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 2016 年 11 月 15 日1、 机械手定义由于工业化进程的加快，特别是工业的腾飞，出现了机器人自动装配这一新兴技术。在发达国家，装配机器人已经普遍应用于各种场合的喷涂作业。而长期以来，国内的喷涂工业受限于设备成本较高、专业维护技术落后、劳动数量密集、劳动力价格低廉等因素，装配机器人的推广普及较为缓慢1。近些年，随着我国工业的发展，国内企业的环保与安全生产理念不断加强，装配机器人在工业生产中的应用及其技术研究开发的重要性已经引起人们的极大重视。工业机器人技术体现的是工业自动化水平发展的趋势。由于传统工业环境的恶劣和劳动量大，工业机器人的出现旨在提高生产效率、减轻劳动力负担，它可以对周围环境进行快速反应和分析判断，最重要的是工业机器人可以长时间保持工作状态，而且动作速度快、抗扰性能强。从总体上说，工业机器人是工业进化产物，它是整个制造业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化生产设备2。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置1。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。现在工厂里对的铣削加工一般还是靠人力来上下料，费时费力。在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用，由此开发出一种能够实现加工自动线装卸料机械手设计的任务很重要。装配机械手一般为坐标式机械手，由机械手装置和控制系统两大部分组成，用PLC 作为主控器，来控制整个机械手的运行，控制系统采用标准模块化设计，主要由PLC 模块、电源模块、机械手控制模块等组成。物料搬运机械手在高温、重载、多粉尘的危险环境中应用普遍，不但减轻了工人的劳动强度，还大大提高了劳动生产率。机械手主要由机械手本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的机械手还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关 节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有23个自由度，可灵活运动。较先进的机械手腕部采用柔性，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，其内表面。机械手一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。机械手广泛用于、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。机械手的主要优点（1）柔性大，工作范围大大。（2）提高质量和材料使用率。（3）易于操作和维护。可离线编程，大大的缩短现场调试时间。（4）设备利用率高。机械手的利用率可达90%-95%。二、机械手研究现状机械手是七十年代发展起来的自动化机械，它可以模仿人手的动作区完成作业，程序可按需要变动，所以适合多品种小批量生产。机械手能够突破人体生理条件极限，代替人们去从事高温、放射性、喷雾、沙尘等危险、繁重而又单调的工作。机械手在国外已经广泛应用，而我国主要采用进口的机械手。工业机械手主要承担着焊接、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。目前我国行业比较缺乏机械手，因此，该产品在我国有较好的发展前景。机械手由横向手臂、直立手臂、支撑杆、摆动液压缸、支承工作台、气缸、喷枪等部分组成，它的主要功能是配合液压控制系统完成产品表面的工作。三、装配机械手研究目的及意义本课题所设计的机械手适合目前我国生产的要求，能够达到质量好、工作性能稳定等目的。在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，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笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作以保护人身安全，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。四、工业机械手的结构形式工业机械手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3。(1) 直角坐标机械手结构 直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2-1(a)由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机械手有可能达到很高的位置精度（m级）。但是，这种直角坐标机械手的运动空间相对机械手的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机械手的结构尺寸要比其他类型的机械手的结构尺寸大得多。直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体。直角坐标机械手主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。(2) 圆柱坐标机械手结构圆柱坐标机械手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2-1(b)。这种机械手构造比较简单，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) 球坐标机械手结构球坐标机械手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2-1(c)。这种机械手结构简单、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) 关节型机械手结构关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2-1(d)。关节型机械手动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机械手。关节型机械手结构，有水平关节型和垂直关节型两种。(a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 关节型 图4-1 四种机械手坐标形式五、工业机械手的驱动形式 机械手所用的驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用得最多。 图5-1 某型号双臂机械手外形图 图5-2 某型号关节多自由度机械手外形图 图5-3 某型号搬运机械手外形图1、液压驱动式液压驱动式机械手通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机械手执行机构进行工作。通常它的具有很大的抓举能力（高达几百千克以上），其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。2、气压驱动式其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。3、电气驱动式电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大（关节型的持重已达400kg），信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机（AC）为主要的驱动方式。由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。有些机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动（DD）这既可使机构简化，又可提高控制精度。4、机械驱动式机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。其特点是动作确实可靠，工作速度高，成本低，但不易于调整。其他还有采用混合驱动，即液-气或电-液混合驱动。六、装配机械手发展方向在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作，机械行业，随着人工成本增加，少用人工和无人车间是今后的发展趋势，就行业来说，采用机械手配合全功能数控机床是未来发展趋势10，但是在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等。参考文献1 孟庆春等. 智能机器人及其发展J. 中国海洋大学学报：自然科学版， 2004，(5).2 李瑞峰. 中国工业机器人产业化发展战略J. 航空制造技术，2010，(10)： 191192.3 刘文波等. 工业机器人M. 沈阳：东北大学出版社，2007.4 孙学俭, 于国辉等. 对世界工业机器人发展特点的分析J. 机器人技术与应用，2002，(3)：89.5 金茂菁，曲忠萍等. 国外工业机器人发展态势分析J. 机器人技术与应用，2001，(2)：68.6 陈佩云, 金茂菁等. 我国工业机器人发展现状J. 机器人技术与应用，2001，(1)：25.7 马香峰. 工业机器人的操作机设计M. 北京：冶金工业出版社，2006.8 现代机械传动手册编委会. 现代机械传动手册S. 北京：机械工业出版社，2001.9 机械设计手册联合编写组. 机械设计手册（中册）S. 北京：化学工业出版社，2007.10 濮良贵，纪名刚. 机械设计M. 北京：高等教育出版社，2006.11 朱龙根. 简明机械零件设计手册S. 北京：机械工业出版社，2001.12 蔡自兴. 机器人学M. 北京：清华大学出版社，2000.13 现代机械传动手册编委会. 现代机械传动手册S. 北京：机械工业出版社，1995.1
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