搬运机械手设计说明书

1、机械设备工程科学学院课程设置修订说明书(2016/2017学年第1学期)课程名称：机械设定修订课程设定修订课题：搬运机械人的设定修订专业班：机械设置修订制造及其自动化学生姓名：学号：指导人民教师：修订周数： 2周修订成绩：2016年12月31日目录第一章绪论一1.1机械人卡爪的应用现状11.2研究机械人的目的意义11.3修订设置时需要解决的几个问题1第二章机械人全体方案的设定修订32.1机械人手的系统动作原理与构成32.2机械人手的基本构造和工作流程3第3章机械人的提案、设定、修订及其主要残奥表53.1坐标形式和自由度选择53.2执行机构53.3驱动系统63.4操纵系统7第四章结构设置修订和优

2、化84.1机械手夹紧气缸的设定修订84.1.1卡爪夹紧气缸的设定修订84.1.2确定气缸直径94.1.3气缸作用力的修正计算和校正94.1.4缸筒壁厚的设定修订104.1.5气缸的基本构成部分和工作原理104.2臂结构最优化设定修订104.2.1问题说明104.2.2设定修订分析104.2.3建立数学模型124.2.4最佳化修正运算134.2.5优化结果分析16第五章Adams运动模拟17总结和展望20摘要机械人手是近几十年来发展起来的高新自动化技术装备，对稳定产品品质、提高生产效率、改善劳动条件和产品的快速更新起到了非常重要的作用，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术本身的一些优点，气动

3、机械人手已经广泛应用于生产自动化的各个行业本设定修订中的搬运机械人的动作由气缸驱动，气缸由相应的电磁阀控制，电磁阀由PLC控制。 完成驱动执行机构，可轻松组装到各种产业线中。本文利用MATLAB算法对机械手臂进行了优化设置纠正，使优化过程非常简单、易于理解和掌握，避免了各种复杂的运算计程仪程序的编制，提高了设置纠正效率。用ADAMS软件制作虚拟手板模型仿真优化了残奥仪表，得到了机械人手部运动过程的演示动态视频，设定校正结构有机结合，工作稳定，在指定的速度和负荷等残奥仪表下得到了所需的驱动力和结构残奥仪表等。 虚拟手板模型代替物理手板模型对工程机械进行创新性的设定修订、测试和评价，可以降低设定修

4、订成本，缩短开发周期，并提高设定修订质量和效率。关键词：机械人手，空气，优化设置修订，仿真第一章绪论1.1机械人卡爪的应用现状工业机械人手最早应用于汽车制造工业，常用于焊接、油漆作、上下材料和搬运。 工业用机械人手扩展了人的手脚和大脑的功能，它可以代替人在危险、有害、有毒、低温和高温等严酷的环境下办事儿：代替人完成繁重的劳动、单调的反复劳动，提高劳动生产率，保证产品品质。 目前在主要应用和制造业中，尤其是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。 工业机械人手和数控加工中心、自动物料运送车和自动检测系统组成了柔性制造系统和计算机集成制造系统，可以实现生产自动化。 随着生产的发

5、展，随着功能和性能的改善和提高，机械人手的应用领域也越来越广泛。1.2研究机械人的目的意义(1)提高生产过程中的自动化程度应用机械人卡爪，有助于实现材料输送、工件装卸、刀具更换、机械组装等自动化程度，有助于提高劳动生产率和降低生产成本。(二)改善劳动条件，避免人身事故；有高温、高压、低温、低压、灰尘、噪音、臭味、放射性或其他毒性污染，工作空间狭小时，用人手直接操作是危险或完全不可能的，但使用机械人手可以代替人安全完成工作的一部分或全部，改善工作条件。在简单、重复、特别是沉重的操作中，用机械人代替人进行办事儿，可以避免因操作疲劳和粗心导致的人身事故。(3)可以减轻人手，容易有节奏地生产用机械人手

6、代替人进行办事儿，是减少直接人力的一个方面，也是因为可以用机械人手连续地向云同步办事儿，减少人力的另一个方面。 因此，在自动化工作母机的综合加工自动线中，现在几乎没有机械人手，通过减少人手，更正确地控制生产节拍，有节奏的作业生产变得容易。如上所述，有效应用机械人手是发展机械工业的必然趋势。1.3修订设置时需要解决的几个问题(1)握力(夹紧力)有一盏茶决定手指握力时，除了考虑工件的重量，还应考虑搬运和操作过程中产生的惯性力和振动，避免工件松动和脱落。(2)手指之间必须有一定的开关角夹在两手指的张开和闭合两个极限位置之间的角度叫做手指的开闭角。 手指的开闭角为工件能够顺利进入或脱离，在夹持不同直径

7、的工件时，请考虑最大直径的工件。 移动型手指只有开关宽度的要求。(3)保证工件的正确定位为了保持手指与被握持的工件的正确相对位置，需要根据被握持的工件的形状，选择对应的手指形状。 例如，圆柱形工件采用具有“v”形面的手指，自动定心。(4)具有一盏茶的强度和刚性手指除了承受被把持的工件的反作用力之外，还受到机械人手在运动中产生的惯性力和振动的影响，为了防止弯折和弯曲变形要求一盏茶的强度和刚性，尽量构造简单紧凑，自重轻，手腕的中心位于手腕的转动轴线上，手腕的扭矩最小化(5)考虑被把持对象的要求根据机械人手的动作需求，通过比较，我们采用的机械人手的手构造为一点二指旋转型，由于工件多为圆柱形，因此手指

8、形状被修正为v型。第二章机械人全体方案的设定修订2.1机械人手的系统动作原理与构成电脑操纵系统定位置检测装置胳膊手立柱子被抓住的东西致动器驱动系统(空气动作)图2.1机械人手的系统动作原理分块图机械人卡爪主要由执行机构、驱动系统、控制系统、位置检测装置等构成。 在PLC计程仪程序控制的基础上，采用气动执行方式，实现执行元件的相应部位发生了规定要求、有顺序、有运动轨迹、有一定速度和时间的动作。 向云同步根据该操纵系统的信息向执行机构发出指令，根据需要监视机械人卡爪的动作，在动作发生错误或故障时发出警报信号。 位置检测装置随时将执行机构的实际位置回种子文件至控制系统，与设定的位置进行比较，通过控制

9、系统进行调整，使执行机构以一定的精度达到设定位置。2.2机械人手的基本构造和工作流程机械人卡爪是水平、垂直移动的机械设备，用于将工件从左工作台搬运到右工作台。 有上升下降运动、左移动、右移动运动和夹紧、放松心情动作和位置控制。 简易机械人手在各种全自动和半自动的生产流水线中应用非常广泛，主要用于零配件或成品的固定位置之间的移动，代替人工操作，实现生产的自动化。 本设定修订中的机械人卡爪采用上下升降加平面旋转式构造，机械人卡爪的动作由气缸驱动，气缸由相应的电磁阀控制，电磁阀由PLC驱动促动器完成，非常方便地组装在各种工业生产流水线中根据要求，机械人的初始位置位于原点位置，每循环动作从原点位置开始

10、，完成上升下降运动、向左移动右移动运动和夹紧、放松心情动作和位置控制，实现手动操作和自动操作方式。 如果机械人卡爪在原点位置启动按钮，则系统启动，左传送带启动。 光电开关检测到物品后，左传送带停止。 从解析中机械人机械手的工作流程图如图2.2所示原位置下降钳子上升向右移动停止向左移动上升放开下降启动右限下限延迟时间上限左限图2.2机械人的工作流程图第三章机械人的提案设置修订及其主要残奥仪表3.1坐标形式和自由度选择垂直角坐标类型柱面坐标类型球坐标类型关节型有三个移动接头(PPP )具有2个移动关节和1个旋转关节(PPR )，承受部的坐标为(z，r，)有两个旋转关节和一个移动关节(RRP )有三

11、个旋转接头(RRR )其运动方程式可以独立处理，线性定位精度高具有控制简单等特点，但具有操作弹性差、运动速度低的特点这种操作机的优点在于，所占空间小，相对作业范围宽，结构简单，手部能够得到高速度。 另一方面，存在手部越远离中心轴切线位移的极限分辨率越低的缺点。通常用于搬运机器人。结构紧凑，占用的空间小，但具有现在的应用程序少的优点。结构紧凑，占用空间少，具有相对工作空间大等特点，用于复杂设备。图3.1本机械人手采用柱面坐标样式，具有腰关节、肘关节和腕关节3个自由度，还有全部为旋转关节的材料把持用的机械人手。3.2执行元件1、手在本设订中采用把持式手构造，把持式手由手指(或手)和力传递机构构成。

12、 手指的运动形式采用平移型手指，在把持圆形零配件的情况下，由于工件的直径变化不会影响其轴心位置，因此适合于把持直径变化范围大的工件。 手指结构采用具有一定中心距离的“v”形面的手指。2、胳膊手臂是支撑被把持物、手的重要零配件。 手臂的作用是，动手指抓住东西，按照预定的位置运动。三、职位立柱是支撑手臂的构件，立柱可以是手臂的一部分，手臂的旋转运动和升降(或俯仰)运动与立柱密切相关。 根据工作的需要，机械人手的栏有时也可以横向移动。 也就是说，被称为便携式专栏。4、机台机台是机械人卡爪的基础部分，由于机械人卡爪执行机构的各部分和驱动系统都安装在机台上，所以起到了支撑和连接的作用。3.3驱动系统液压

13、驱动系统气动驱动系统电动驱动系统由于液压技术是比较成熟的技术，因此具有动力大、力(或力矩)与惯性量之比大、快速响应高、容易实现直接驱动等特点。 适用于装载能力大、惯性量大、防火防爆环境下工作的机械人。 但是，油压系统需要能量转化(从电能向油压能的转换)，速度控制多采用节气门调速，比电动驱动系统效率低，油压系统的漏液对环境造成污染，工作噪声也高。具有速度快、系统构成简单、维护方便、价格低廉等特点。 适用于中小负荷的机械人。 但是，由于难以进行伺服控制，因此，在普计程仪拉姆控制中使用的机械人中，上下的材料和冲压机械人那样的应用较多。由于低惯性、大扭矩交叉、直流伺服电机及其定径套的伺服驱动器(交流逆

14、变器、直流调光控制模块器)的广泛采用，这种驱动系统多被机械人采用。 这种驱动系统不需要能量转化，使用方便，噪音低。 大多数电机后面都需要精密的传动机构。 带直流电刷的电动机不能直接用于要求防爆的作业环境，在成本上也比其他2种驱动系统高。图3.3机械人驱动系统气压驱动的优点：(1)能量储蓄简单，可以得到短时间的高速动作(2)夹紧时没有能源消费，不发热(3)灵活、安全性高(4)体积小，重量轻，输出质量比高；(5)处理简便，成本低的河流。由于气动传动系统具有以上优点，本机械人卡爪采用气动传动方式。3.4操纵系统操纵系统是支配工业用机械人手按规定要求动作的系统。 目前工业用机械人卡爪的操纵系统由程序控

15、制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统构成。 该机械人手支配机械人手以预定的计程仪程序进行动作，存储人们赋予给机械人手的指令信息(例如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，并且按照其操纵系统的信息向致动器发出指令，根据需要监视机械人手的动作，如果动作存在错误或故障则发出警报与其他操纵系统相比，PLC具有以下优点。(1)抗扰度强、可靠(2)操纵系统构成简单，通用性强(3)普计程仪成膜方便，使用方便；(4)功能完备(5)修订施工调整的周期短(6)体积小，维修作业方便。第四章结构设置修订与优化4.1机械手夹紧气缸的设定修订4.1.1卡爪夹紧气缸的设定修订夹紧气缸的夹紧驱动力的确定，工件重量5kg。

16、(g=9.8N/kg公斤)(1)夹紧力：f回形针=(4.1.1)(其中=45，G=49N，f=0.1)f回形针=174(N )(2)驱动力f驱动器=(4.1.2)(b=50，c=30，=23 )所以f驱动=250(N )f实际 (4.1.3)其中K1:取安全系数，取1.22，取K1=1.5。K2:动作状况系数主要考虑惯性力的影响，K2可以如下式近似估计K2=1式中的a是被把持工件运动时的最大加速度，a=v :升降速度为0.2m/s，t :在机械人卡爪达到最高车速之前的系统响应时间为0.1s，g是重力加速度g=9.8m/s2。那么，K2=1=1.204；:手的机械效率，一般为0.850.95=0.85 (滚动摩擦)。f实际=531(N )4.1.2气缸缸径的确定设空气压力为p空气=0.5 MPa=5105Pa，D=(4.1.4)d=0. 0368 (米)=36.8 (毫米)圆形气缸缸径D=40mm4.1.3气缸作用力的修正计算和校正f气缸=(4.1.5)f气缸=628(N )f气缸 f是实际的，满足设定修正要求。从d/D