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怎么找到AG官方网站抓料机械手机构设计-毕业设

发布时间:2020-09-22 18:18

  本课题设计的为抓料机械手。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 人手的繁重劳动,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。本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体,动作灵活 多样,可代替人工在高温和危险的作业区进行作业,可抓取重量较大的工件此外 ,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,更显示其优越性,有着广阔的发展前途。 本课题通过应用AutoCAD等技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计, 它能实行自动上料运动,自动搬运棒料。机械手的运动速度是按着满足生产率的 要求来设定。 关键字 机械手,AutoCAD ,自动化。 Manipulatorgrasping mechanism design Abstract paperdesigned robotgrasping Industrialrobot inevitableproduct industrialproduction, which humanupper limb function mimic conveying workpiecegripping tools equipmentoperation automation technology predetermined requirements industrialautomation furtherdevelopment industrialproduction plays important role. Which has strongvitality peoplewidely valued Practicehas proved industrialrobots can replace heavy manual labor significantlyreduce labor intensity improveworking conditions improvelabor productivity automationlevels. Frequent handling longterm industrial production often bulky workpiece monotonic operation, using proposeddevelopment feedingrobot can pick placeobjects flexibleaction doingso hightemperatures dangerousoperation area youcan grab greaterweight workpieceaddition, heat,cold, deep water operatingunder othertoxic pollution environmental conditions alsodemonstrate its superiority broaddevelopment prospects. topicthrough AutoCADmanipulator structural design principles hydraulictransmission canimplement automatic feeding movement automatichandling bar robotaccording KeywordsRobot,AutoCAD,Automation 目录 1.2国内外工业机械手的发展及研究现状 1.2.1发展历史............................................................................................................. 1.2.2现代研究趋势................................................................................................... 1.2.3国内发展状况................................................................................................... 1.4.1液压驱动........................................................................................................... 1.4.2气压驱动........................................................................................................... 2.1.1构想................................................................................................................... 2.1.2思路................................................................................................................... 2.4性能指标.............................................................................................................. 3.2设计时应考虑的几个问题.................................................................................. 3.3驱动力的计算...................................................................................................... 3.4两支点回转式钳爪的定位误差的分析.............................................................. 4.1概述...................................................................................................................... 4.2腕部的结构形式.................................................................................................. 5.1概述...................................................................................................................... 5.2.2导向装置 5.2.3手臂的升降运动............................................................................................... 5.3手臂回转运动...................................................................................................... 5.4手臂的横向移动.................................................................................................. 5.5臂部运动驱动力计算.......................................................................................... 5.5.1臂水平伸缩运动驱动力的计算....................................................................... 5.5.2臂垂直升降运动驱动力的计算....................................................................... 5.5.3臂部回转运动驱动力矩的计算....................................................................... 6.1液压系统设计...................................................................................................... 6.2其它组件的选择.................................................................................................. 6.3定位方式与定位误差.......................................................................................... 7.1可编程序控制器的选择及工作过程.................................................................. 7.1.1可编程序控制器的选择................................................................................... 7.1.2可编程序控制器的工作过程........................................................................... 1.绪论1.1本课题的目的和现实意义 在机械工业中,应用机械手的意义可以概括如下: (1)以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等 的自动化的程度,从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 (2)以改善劳动条件,避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染 以及工作空间狭窄的场合中,用人手直接操作是有危险或根本不可能的,而应用 机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业,使劳动条件得以改善。 (3)在一些简单、重复,特别是较笨重的操作中,以机械手代替人进行工作,可 以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 可以减轻人力,并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械 手可以连续的工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床的综合加 工自动线上,目前几乎都没有机械手,以减少人力和更准确的控制生产的节拍, 便于有节奏的进行工作生产。 综上所述,有效的应用机械手,是发展机械工业的必然趋势。 本次课题为液压式四自由度机械手设计。首先要参阅一些有关工业机械手的书籍 ,了解一下什么是工业机械手,它有哪些种类,在世界上的发展趋势怎么样,它 在我国的应用情况,通过了解这些可以知道研究的这个课题有什么目的并且培养 我们的兴趣,从中可以看出工业机械手在世界上是一个比较前沿的领域,因为它 有着自动化程度高,效率高等优点,对于大批量生产可降低成本,所以可以说应 用工业机械手是机械加工行业的发展趋势。其次通过本次课题,还可以更深刻地 了解工业机械手的组成部分,并了解各部分的相互关系,还能通过一些计算,查 表选择合适的部件,深刻了解工业机械手的设计过程。由于本次课题还涉及到液 经本次的课题设计,掌握了一些有关机械制图和三维造型的软件,如CAD,SOILDWORKS,CAXA等,并且对大型的装备图,工业流程图有更深的体会。在控 制方面,主要采用PLC技术,PLC是当今世界上控制领域较为完善的产品,稳定 性很好,在这方面也有相当大的收获。 本次设计除了设计液压缸外还要设计机械手的夹具,可以说本次设计不仅增加了 对工业机械手总体结构的的认识,还得到一个动手设计的机会,里面有机械的部 分,液压的部分,可能还会涉及到一些电气的部分,可以说是四年的一个精华的 总结吧。 1.2 国内外工业机械手的发展及研究现状 1.2.1 发展历史 捷克作家卡雷尔•查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器 人一词,剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力,即剧作家笔下的一个具有人 的外表,特征和功能的机器,是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。 20世纪40年代中后期,机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代 以后,美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手,这是一 种主从型控制系统,主机械手的运动。系统中加入力反馈,可使操作者获知施加 力的大小,主从机械手之间有防护墙隔开,操作者可通过观察窗或闭路电视对从 机械手操作机进行有效的监视,主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机 器人的设计与制造作了铺垫。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点 是借助伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能 实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都 采用这种控制方式。1959年第一台工业机器人在美国诞生,开创了机器人发展的 新纪元。 70年代以后,机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家,尤其在日 本,有了广泛的应用。80年代,人们为了让机器人技术向各行各业扩展、应用, 于是有了用于社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下采矿、军事作战、救灾抢险 等领域的机器人。 到了上世纪90年代,随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展和它 们之间的相互整合,机械手技术得到了飞速发展。除了工业机械手水平不断提高 之外,各种用于非制造业的特种机械手也有了很大的进展。 近年来,随着人类活动领域的进一步扩大,人们对非制造业用机械手的研究空前 活跃起来。这些行业与制造业相比,其主要特点是工作环境的非结构化和不确定 性,因而对机械手的要求更高,需要机械手具有对外感知能力以及局部的自动规 划能力等。美国的AUSS、俄罗斯的MT-88、法国的EPAVLARD等装有水下机械 手的机器人系统己经用于海洋石油开采,海底勘探、救捞作业、管道敷设和检查 、电缆敷设和维护等方面,形成了有缆水下机器人和无缆水下机器人两大类。核 工业用机械手,国外的研究主要集中在机构灵巧,动作准确可靠、反应快、重量轻、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手。 1.2.2 现代研究趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势: (1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修) ,而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万 美元。 (2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、 检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外 已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、 网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系 统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感 器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视 觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传 感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与 机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统, 使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人 就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来,这种新型装 置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。 (8)软机械手技术:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机械手设计未考 虑与人紧密共处,因此其结构材料多为金属或硬性材料,软机械手技术要求其结 构、控制方式和所用传感系统在机械手意外地与环境或人碰撞时是安全,机器人 对人是友好的。 (9)仿人和仿生技术:这是机械手技术发展的最高境界,目前仅在某些方面进行一 些基础研究。 1.2.3 国内发展状况 中国工业机器人起步于70年代初期,经过20多年的发展,大致经历了3个阶段:7 0年代的萌芽期,80年代的开发期和90年代的适用化期。 70年代是世界科技发展的一个里程碑:人类登上了月球,实现了金星、火星的软 着陆。中国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮,尤其在日本发展更为迅猛,它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下,中国于1972年开 始研制自己的工业机器人。 进入80年代后,在高技术浪潮的冲击下,随着改革开放的不断深入,中国机器人 技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间,国家投入资金,对工 业机器人及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发, 研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(86 3计划)开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研 究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。 从90年代初期起,中国的国民经济进入实现两个根本转变时期,怎么找到AG官方网站掀起了新一轮的 经济体制改革和技术进步热潮,中国的工业机器人又在实践中迈进一大步,先后 研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机 器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批机器人产业化基地,为中国机 器人产业的腾飞奠定了基础。 虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中,但和国际同行相比,差距依旧明显 。从市场占有率来说,更无法相提并论。工业机器人很多核心技术,目前我们尚 未掌握,这是影响中国机器人产业发展的一个重要瓶颈。 1.2.4工业机械手的分类 现在对工业机械手的分类尚无明确标准,一般都从规格和性能来分类。 (1)按规格(所搬运工件的重量)分类: 微型的—搬运重量在1公斤以下: 小型的—搬运重量在10公斤以下:中型的—搬运重量在50公斤以下: 大型的—搬运重量在50公斤以上。 目前大多数工业机械手能搬运的重量为1~30公斤。最小的为0.5公斤,最大的已 达到800公斤。 (2)按功能分类: 简易型工业机械手 有固定程序和可变程序两种。固定程序有凸轮转鼓和挡块转鼓控制:可变程序可 插销板或顺序转动控制来给定程序。 这种机械手多为气动或液动,结构简单,改变程序比较容易。只使用在程序较简 单的点位控制,但作为一般单机服务的搬运作业已足够。所以,目前这种工业机 械手数量最多。 记忆再现型工业机械手 这种工业机械手由人工通过实验装置传动一遍,由磁带(或磁鼓)把程序记录下 来,此机械手就自动按记忆的程序重复进行循环动作。 这也是采用较多的一种,多为电液伺服驱动。与前者比较有较多的自由度,能进 行程序较复杂的作业,通用性较广。 计算机数字控制的工业机械手 可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作,还可以进行多种控 制(DNC)。技术还可以是可编程序控制或普通的微机计算机。 智能工业机械手(机器人) 由电子计算机控制,通过各种传感元件等具有视觉、热感、触觉、行走机构等。(3)按用途分: 专用机械手 附属于主机的,具有固定程序而无独立控制系统的机械装置,这种工业机械工作 对象不变,手动比较简单,结构简单,使用可靠,施用于大批量生产自动线或专 机作为自动上、下料用。 通用机械手 具有独立控制系统,程序可变、动作灵敏、动作灵活多样的机械手。通用机械手 的工作范围大,定位精度高,通用性强,使用于工件经常变换的中、小批量自动 化生产。 1.3对工业机械手需求及其应用进行调研分析 1.3.1建造旋转零件体自动线方面 建造旋转零件体(轴类、盘类、环类零件)自动线,一般都采用机械手在机床之 间传送工件。 1.3.2在实现单机自动化方面 (1)各类半自动车床,有自行夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能,但仍需人 工上下料,装上机械手,可实现全自动化生产。 (2)注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环,装上机械手自动取料, 可实现全自动生产。 (3)冲床有自动上下冲压循环,机械手上下料可实现冲压上产自动化。1.3.3铸、锻、焊、热处理等方面 总的来说,由于工业机械手的特点满足了社会生产的需要,进而带来了经济效益 。其特点: (1)对环境的适应性强,能代替人从事危险,有害的操作,在长时间对人体有害 的场所,机械手不受影响。 (2)机械手能持久、耐劳、可以把人从单调的繁重的劳动中解放出来,并能扩大 和延伸人的功能。 (3)动作准确,可保证稳定和提高产品的质量,同时可避免人为操作的错误。 (4)通用性灵活性好,特别是通用机械手,能适应产品品种迅速变化的要求,满 足柔性生产的需要。 (5)采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。 1.4机械手的驱动方式 目前机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动、电机驱动等多种方式, 各种驱动方式有其自身的特点,在工业机器人中液压和气压驱动应用很广泛,有 些机器人则同时采用多种驱动方式,这都视不同机器人的特点和要求所定。比较 这些驱动方式的特点,从中选出适合移动机械手的驱动方式。 1.4.1 液压驱动 液压驱动的特点有: (1)驱动力和驱动力矩较大,臂力可达100公斤;(2)速度反应性较好。因为被驱动件的速度快慢取决于油液的容积变化,所以当 不考虑油液的温度变化时,被驱动系统的滞后也几乎没有,而且液压机构的重量 轻、惯性小,因此它的速度反应性较好; (3)调速范围较大,而且可以无级调速,易于适应不同的工作要求; (4)传动平稳,能吸收冲击力,可以实现较频繁而平稳的换向; (5)在产生相同驱动力的条件下,液压驱动比其他驱动方式体积小、重量轻、惯 (6)定位精度比气动高,但比电机低;(7)液压系统的泄漏对机构的工作稳定性有一定的影响; (8)油液中如果混入气体,将降低传动机构的刚性,影响定位精度(产生爬行); (9)油液的温度和粘度变化影响传动性能; 液压驱动机械手多用于要求臂力较大而运动速度较低的工作场合。 1.4.2 气压驱动 气动驱动特点 (1)通过调节气流,就可实现无级变速; (2)由于压缩空气粘性小,流速大,因此气压驱动的机械手动作速度快; (3)压缩空气可从大气中吸取,故动力源获得方便、价格低廉,而且废气处理方 (4)由于压缩空气粘度小,因此在管路中的压力损失也很小,一般其阻力损失不到油液在油路中损失的千分之一,故压缩空气可以集中供应,远距离输送; (5)压缩空气的压缩性较大,因此使机械手的运动平稳性较差,定位精度较低,而且压缩空气排到大气中时噪声较大,另外还须考虑润滑和防锈等; (6)压缩空气的工作压力较低,致使机械手结构较大。 因此,气压驱动的机械手,常用于臂力小于30公斤、运动速度较快以及高温、低 温、高粉尘等工作条件较恶劣的场合。 1.4.3 电机驱动 电机驱动系统按电机的功能可分为直流电机驱动系统、交流异步电机驱动系统、 无刷直流电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统和多态电机驱动系统等。各种电 机系统的工作原理有很大的区别,性能上也存在着较大的差异。在这里,不对这 些电机系统作一一介绍。只是把电机驱动与液压和气压驱动做一个比较,从中得 到结论。 本次设计的题目为液压式四自由度工业机械手设计,限制了机械手的驱动方式, 一方面是为了熟悉液压方面的相关知识,另一方面,用液压驱动、执行可以使机 械手的结构简单,同时在使用时由于换向频繁,同时与生产线配套,要求速度平 稳,可用于多种场合,具有广泛的适应性,故而采用液压驱动方式。 2.设计前的分析2.1课题构想与思路 2.1.1 构想 该机械手能在几台机械设备间进行搬运和装卸工件。该设备为圆柱坐标式机械手 。启动机械手,当工件成型后发出信号,机械手的手臂下降到预定位置,手爪张 开,夹紧工件,然后上升,然后手臂正向旋转180度,手腕正向旋转90度,然后 手臂伸出到预定位置,手臂下降到制定位置,手爪松开,放好工件后,手臂上升 到指定位置,然后手臂反向旋转180度,手腕反向旋转90,手臂缩回,回到原点 位置,开始下一个周期。 2.1.2 思路 (1)全面了解机械手的运动原理及其结构,以液压式四自由度机械手为研究对象 ,主要部分由手爪、手腕、手臂和支座组成。系统以液压为主要的控制方式。 (2)确定机械手的运动简图。 (3)初步拟定一些参数。 (4)利用电子图板进行画图,画出机械部分。 (5)了解液压系统中各元件的功能,从全局着手,根据系统的运动要求和系统的 机械结构,选择液压系统所需要的元件。 2.2主要设计内容 (1)整体方案的设计,同时初步选择液压系统; (2)机械手的确定,采用液压缸控制手部对工件的夹紧; (3)腕部结构的确定,采用液压马达使手部可以摆动; (4)手臂机构的确定,采用伸缩缸进行水平移动;(5)升降部分的确定,采用升降缸进行垂直移动; (6)详细设计液压系统,并对关键部分进行校核。 2.3拟解决的关键技术 (1)液压系统元件的选择,包括液压缸,液压泵、液压马达、液压控制阀、液压 辅助件的选择和设计;

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