小型上下料机械手的设计-毕业设计

苏州职业大学机电工程学院毕业设计手册1前言工业机器人由机械手(机体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置组成。它是一种机电一体化自动化生产设备，具有仿人操作、自动控制、可重复编程和在三维空间完成各种操作的能力。特别适合多品种、多批次的柔性生产。它在稳定、提高产品质量、提高生产效率、改善工作条件和产品快速升级方面发挥着非常重要的作用。机器人技术是计算机、控制论、机械学、信息与传感技术、人工智能、仿生学等学科相结合的高新技术。这是一个当代研究非常活跃的领域，其应用越来越广泛。机器人的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。从简单的意义上来说，机器人并没有取代体力劳动，而是拟人化的电子和机械设备，结合了人类的专业知识和机器的专业知识。它们不仅能够对环境条件做出快速反应、分析和判断，而且能够长期连续工作，精确度高，能够抵抗恶劣环境。从某种意义上说，机器人也是机器进化过程的产物。它们是工业和非工业部门的重要生产和服务设施。它也是先进制造技术领域中不可缺少的自动化设备。机械手是一种自动机械装置，它模仿人手的某些动作，并根据给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作。工业生产中使用的机械手被称为“工业机械手”。机械手在生产中的应用可以提高生产的自动化水平，劳动生产率：可以降低劳动强度，保证产品质量，实现安全生产。特别是在高温、高压、低温、低压、粉尘、爆炸、有毒气体和放射性等恶劣环境中，代替人做正常工作更有意义。因此，机械加工、冲压、铸造、锻造、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配、轻工、运输等方面得到越来越广泛的应用。机械手结构相对简单，特异性强。它只是某一机床的装卸装置，是机床上的专用机械手。随着工业技术的发展，开发了一种“程控通用机械手”，可以根据程序独立控制，实现重复操作，应用范围广。它被简称为万能机械手。由于万能机械手能快速改变其工作程序，适应性强，因此被广泛应用于中小批量生产，不断改变其生产品种。2机械手的组成和分类2.1机械手的组成机械手主要由执行器、驱动系统、控制系统和位置检测装置组成。每个系统之间的关系如框图2-1所示。图2-1机械手的组成2.1.1实施机构包括手、腕、臂、立柱等部分，有的还增加了行走机构。1.手：即与物体接触的部分。由于与物体接触的形式不同，它可分为夹紧手和吸附手。在本主题中，我们采用了夹手结构。夹紧手由手指(或爪子)和传力机构组成。手指是与物体直接接触的部件，手指的常见运动形式是过渡和平移。旋转手指结构简单，易于制造，应用广泛。翻译类型因其结构复杂而很少使用。然而，当平移式手指夹持圆形零件时，工件直径的变化不影响其轴线的位置，因此适用于夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓握物体的表面形状、被抓握部分(外部轮廓或内部孔)以及物体的重量和尺寸。常用的：手指有平面、V形和曲面，有外夹紧型和内支撑型。食指包括双指、多指和双指。然而，力的传递机制使用手指来g手臂是支撑被抓物体、手和手腕的重要部分。手臂的功能是驱动手指抓住物体，并根据预定的要求将它们带到指定的位置。工业机械手的臂通常由驱动臂与驱动源(如液压、气压或马达等)配合的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构)组成。)来实现手臂的各种运动。4.支柱：立柱是支撑手臂的部件。立柱也可以是手臂的一部分。手臂的旋转运动和提升(或俯仰)运动与立柱密切相关。由于工作的需要，机械手的第一支架有时可以横向移动，这称为可移动立柱。5.行走机构：当工业机械手需要完成远距离操作或扩大应用范围时，可在机座上安装滚轮式行走机构，并可将滚轮、轨道等行走机构分装，实现工业机械手的整机运动。有轨和无轨卷布可供选择。对于驱动辊的运动，应另外安装一个机械传动装置。6.支架：机器底座是机械手的基本部件。机械手的执行机构和驱动系统的所有部件都安装在机器底座上，从而进行支撑和连接。2.1.2驱动系统驱动系统由动力装置调节装置和驱动工业机械手执行机构运动的辅助装置组成。常见的驱动系统包括液压驱动、气动驱动和机械驱动。控制系统是控制工业机械手按照规定要求移动的系统。目前，工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械停止定位)系统组成。有两种控制系统，电气控制和喷射控制，它们控制机械手按照规定的程序移动。并且记忆人给机械手的命令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度和时间)，同时根据其控制系统的信息向执行器发送指令，必要时，可以监控机械手的动作，当动作中有错误或故障时会发出报警信号。操纵系统控制系统是控制工业机械手按照规定要求移动的系统。目前，工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械停止定位)系统组成。有两种控制系统，电气控制和喷射控制，它们控制机械手按照规定的程序运动，并记忆人给机械手的命令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度和时间)。同时，控制系统根据其控制系统的信息向致动器发送指令。必要时，可以监控操纵器的动作，当动作中有错误或故障时，会发出报警信号。2.2机械手的分类工业机械手有多种类型。中国目前没有统一的分类标准。这里，根据使用范围、驾驶模式和控制系统暂时进行分类。通过使用机械手可分为专用机械手和通用机械手：1.专用机械手它是一种机械装置，与主机相连，有固定的程序，没有独立的控制系统。该专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠、成本低等特点，适用于自动机床、自动线进出机械手、加工中心等自动换刀机械手的大规模自动化生产。2.通用机械手它是一种控制系统独立、程序可变、动作灵活的机械手。在性能范围内，其动作程序是可变的，可以通过调节在不同的场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。本发明工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于生产品种不断变化的中小批量自动化生产。通用机械手可分为两种类型这是一种利用液压驱动致动器的机械手。其主要特点是：握重可达数百公斤，传动平稳，结构紧凑，动作灵敏。但是，对密封装置有严格的要求，否则漏油会对机械手的工作性能产生很大影响，不适合在高低温下工作。如果机械手采用电液伺服驱动系统，可以实现连续轨迹控制，扩展机械手的通用性。然而，电液伺服阀制造精度高，滤油要求严格，成本高。2.气动传动机械手它是一个利用压缩空气的压力来驱动致动器的机械手。其主要特点是：中型伊森极其方便，输出力小，气动动作快，结构简单，成本低。但是，由于空气的可压缩性，工作速度的稳定性差，冲击大，气源压力低，抓持重量一般在30公斤以下，比同等抓持重量条件下的液压机械手的结构大，适合在高速、轻载、高温、大粉尘的环境下工作。3.机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。)。它是一种连接在主机上的特殊机械手，其动力由机器传递。其主要特点是动作准确可靠，用于主机的进料和出料。动作频率大，但结构大，动作程序不变。4.电动传动机械手也就是说，具有特殊结构的感应电机、直线电机或动力步进电机直接驱动致动器运动，并且机械结构简单，因为不需要中间转换机构。该直线电机机械手运动速度快，行程长，便于维护和使用。根据控制模式1.点控制它的运动是在空间中从一点到另一点的运动。它只能控制运动过程中几个点的位置，而不能控制其运动轨迹。如果要控制的点的数量很大，电气控制系统的复杂性将不可避免地增加。目前使用的专用和通用工业机械手都属于这一类。2.连续轨迹控制它的运动轨迹是空间中任何一条连续的曲线，其特点是设定点是无限的，整个运动过程是可控的，可以实现稳定、精确的运动，适用范围广。这种工业机械手通常由小型计算机控制。3机械手的设计方案气动机械手的基本要求是能够快速、准确地拾取、放置和运输物体，这就要求其具有高精度、快速响应、一定的承载能力、足够的工作空间、灵活的自由度和任意位置的自动定位等特点。气动机械手的设计原则是：充分分析操作对象(工件)的操作技术要求，制定最合理的操作程序和流程，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、力特性、抓取和运输过程中的尺寸和质量参数等。从而进一步确定对机械手的结构和操作控制的要求。应尽可能选择标准化组件，以简化设计和制造过程，兼顾通用性和特异性，实现灵活转换和编程控制。本文设计的机械手是一种通用气动装卸机械手，是一种适用于批量生产、中小批量生产的自动搬运或操作装置，可以改变动作程序。劳动强度大，操作单调。频繁的生产场合。它也可用于操作环境恶劣的生产场合。3.1机械手的坐标类型和自由度根据机械臂的不同运动形式和组合，其坐标类型可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球面坐标型和关节型。由于机械手具有提升、控制为了使机械手更加通用，机械手的手部结构被设计成可更换的结构。当工件是杆时，使用夹紧手。当工件是板材时，使用气流负压吸盘。3.3机械手手腕结构设计考虑到机械手的多功能性，并且由于被夹持的工件是水平放置的，腕部必须配备旋转运动以满足工作要求。因此，将手腕设计成旋转结构，实现手腕旋转运动的机构是旋转气缸。3.4机械手的臂结构设计根据抓取工件的要求，机械手的手臂有三个自由度，即手臂伸展、左右旋转和下降(或俯仰)运动。臂的旋转和升降运动是通过立柱实现的，立柱的横向运动就是臂的横向运动。各种手臂运动都是通过气缸实现的。3.5机械手驱动方案设计由于气动传动系统动作快、响应灵敏、阻力损失和泄漏小、成本低，机械手采用气动传动方式。3.6机械手控制方案设计考虑到机械手的通用性和点对点控制的使用，我们采用可编程逻辑控制器(PLC)来控制机械手。当机械手的动作流程发生变化时，可以通过改变PLC程序来实现，非常方便快捷。3.7机械手的主要参数1.机械手的最大抓取重量是其规格的主要参数。由于它是由气动模式驱动的，所以要抓住的物体不应太重。参考相关机械手的设计参数。结合工业生产的实际情况，本次设计要抓的工件质量为5公斤。2.基本参数运动速度是机械手的主要基本参数。操作速度要求机械手的速度，而低设计速度限制了其应用范围。然而，影响机械手运动速度的主要因素是手臂伸展和旋转的速度。机械手的最大移动速度设计如下。最大转速设计为。平均移动速度是。平均转速为。机械手运行时，在启动和停止过程中有加速和减速。速度-行程曲线用于全面解释速度特性。因为平均速度与冲程有关，所以用平均速度表示的速度更符合速度特性。除了运动速度，臂设计的基本参数包括伸缩行程和工作半径。大多数机械手被设计成相当于手动坐或站以及轻微移动操作的空间。过度的膨胀冲程和工作半径将不可避免地导致应力矩的增加和刚度的降低。在这种情况下，最好使用自动输送装置。据统计和比较，机械手的伸缩行程为600毫米，最大工作半径约为。臂举升冲程设置为。定位精度也是基本参数之一。机械手的定位精度为。3.8机械手的技术参数3.8.1目的：用于自动输送线的装卸。3.8.2设计技术参数：1.抓重量：2.自由度：4自由度3.坐标类型：圆柱坐标4.最大工作半径：5.臂：的最大中心高度6.臂运动参数：伸缩冲程：伸缩速度：提升冲程：垂直速度：旋转范围：转速：7.手腕运动参数：旋转范围：转速：8.手指夹紧范围：巴：9.定位模式：行程开关或可调机械止动器等。图3-6机械手的操作范围10.定位精度：11.驱动模式：气动变速器4手动结构设计为了使机械手更加通用，机械手的手部结构被设计成可更换的结构。当工件是棒料时，如果需要，夹紧手：可以用气动吸盘结构代替。4.1夹手结构抓手结构由手指(或爪子)和传力机构组成。有多种传力结构，如斜道杠杆式、楔形杠杆式、齿条式、弹簧杠杆式等。4.1.1手指形状和分类夹紧式是最常见的一种，其中有两指式、多指式和双手双指式：根据工件被手指夹住的部位，有两种类型：内夹式(或内涨式)和外夹式。手指可分为一点型、两点型和移动型(或直线型)，其中两点型是基本型。当两个支点转向指的两个支点之间的距离减小到无穷大时，