《自动装卸料机械手设计》7500字（论文）

自动装卸料机械手设计摘要：本文主要设计了机械装置，包括配套使用的便于自动装卸的塑料包装盒，以及用于执行动作的机械手。该系统的机械手是个关节型，共4个自由度,动力部分采用液压驱动。流体作为动力源在工业中广泛使用，气体虽然清洁，但不承受大功率的载荷，液压作为动力具有传动平稳、负载大等优点，配合各种液压元器件，非常实现各种动作。通常情况下，PLC内部自带了一个位移控制寄存器，除此之外，他还有一个位移控制指令模块，因此，本文在此基础上，编写了一个完整的运动控制程序。关键词：4个自由度；液压驱动；机械手；关节型；控制系统目录第1章绪论 11.1工业机械手的现状 11.2工业机械手的分类 31.3工业机械手的应用 41.4本章小结 4第2章工业机械手的设计方案 42.1工业机械手的组成 42.2设计方案与路线 62.3本章小结 6第3章机械手各部分的计算与分析 63.1手部的总体分析 63.1.1手部设计要求 63.1.2手部的计算 73.2腕部的总体分析 103.2.1腕部设计要求 113.2.2腕部的计算 113.3臂部的总体分析 123.3.1臂部设计要求 123.3.2臂部的计算 133.4机身的总体分析 153.5本章小结 15第4章液压系统 154.1臂部的总体分析 154.2臂部的总体分析 174.3臂部的总体分析 18第5章PLC控制系统 19结论 20参考文献 21第1章绪论1.1工业机械手的现状关于机械手的研究，我国关注它的时间为，上个世纪80年代开始，在国家的大力扶持之下科技人员突破重重工业发展难关,目前，已经基本完全掌握了工业机械手操作机的研发设计生产制造开发技术,控制传动系统以及控制硬件和驱动软件设计制造技术。虽然国内的机械手的出口数量越来越多,但仍然在世界上的机械手市场占比不大。随着现代农业机械时代的快速进步发展,人们为了同时追求更舒适的现代农业机械工作者的生活环境条件,需要在恶劣危险的劳动者的生活条件环境下用各种现代农业机器人制造技术等来进行相关工作，以此来取代人工劳作。国家不断发展，科学技术也在飞速的进步，结合现代发展的迫切需求，这推进浙工业机器人的不断深入研究，而且现如今的各行各业、各制造领域都离不开自动化、智能化，因此对于工业技术创新也是其发展的一大关注点。工业机械手的应用极其广泛，在各行各业中不断创新发展着并开辟着新的各种商业用途。机械手的应用技术不断发展也已经由最初的一种名为液压,气压的全自动控制等等技术已经开始转变了，结合现代工业的发展，人工智能化的方向更符合现代高速度、高质量的生产模式，气压的全自动控制等传统技术不再适合。步入二十一世纪，国内高精端技术领域得到飞速的发展，在人工智能领域所取得的成果，国民乃至世界都有目共睹的，人工智能的发展，就目前来看，在当下乃至未来，她都是一个非常重要的领域，因此，国内在此领域的发展道阻且长、任重道远。为了达到能准确使这个自动机械工件手臂本身具有"眼睛"，其功能是为去准确识别处理不同位置，识别方位，按设定方向运行，可根据实际加工情况进行自行判断处理，如在加工中心中，根据工况自动切换刀具，有的还要求实现主机视图的变换，除此之外，能将三个外形特征有明显区别的自动机械手臂零部件区分开来,首先，它自带了图像视觉模块，通过图像处理，识别处理三者的外貌特征，传感器分别将他们进行识别、输入，所输入的信息就是此时它所呈现在主机视图不同方位的图像信息,基于计算机，凭借图像处理技术分别进行计算分析，详细处理三个点，并进行自动分辨,判断它是不是能被同时自动抓取的一个机械工件。除此之外，防止导致修正把握条中物件严重发生损坏，避免出现每次修正调整握力过大的情形出现，这是非常必要的，或间接导致修正握力过小从而直接引起修正把握条中物件快速向上滑落或严重摔下来,一般来说可以考虑采用两种新的修正把握方法:一种就是通过单手检测一个处于修正把握中的条件条中物体的与修正手臂的连接角度是否变形,以此方式来直接决定适当的每次修正调整握力;另一种修正方法也就是直接通过双手检测修正双手的在指甲内部与处于把握条中物件的相互之间滑动度和相互位移,来直接决定每次修正时双手的调整握力。时至今日,在日常生活中，一些日常的操作渐渐地被工业机械手所取代，并得到广泛的应用，而且只是仅仅局限于此，对于更深层次地应用仍需不断深入与探究。一方面使用即可以并节省大量时间人力,其实在经济上的效用已经不再是完全无法代替以前作为人们在工程中从事繁重的工业机械制造工作,不安全的机械设备制造环境,没技术含量的日常生产操作,不好的、对人体身体有害的重工业工作环境等等的相关工作领域特别突出。考虑其他制造领域，如电子制造业，包括驱动电机编程汽车，在此之外，还包括驱动电子编程工业，以及移动电子信息技术工业之类，这些都是不仅耗费工时，除此之外对于加工质量要求非常苛刻，甚至是其他电子工业工艺应用技术部分,机械手的其他工业技术应用实际工作情况决不是这样只能直接的来说一个好手感就是非常不错的。虽然上说，绝大部分的大型化的工业部门在生产加工上存在一些尖锐的问题，但这些凸出的难题基本上，都是由于操作日常工时，以及工序时间相对不足而导致的。然而，她们所选取这些工业机械手仅仅只能解决部分问题，只是局限于一小部分日常操作临时工序,这很有可能也就是主要工业技术故障原因。然而,利用手动化的机械手或其他类似自动化的机械设备不仅能够达到节省大量时间人力和机械成本地并实现对于机械手动生产的全过程更加合理化的工业技术发展要求,今后还一定可能会因此得到可可持续性的快速增长,随着我们技术的不断成熟与完善，各方面的问题都在不断被攻克，已经解决了诸多技术问题包括：综合性价比，价格比在那么贵了，性能还好；应用领域更广了，面向了各行各业,可以说，机械手的实际应用领域有很好的未来，飞速发展，那是毋庸置疑的。机电设备一体化制造生产是大势所趋，现代计算机网络技术发展及其快，因此被广泛应用,在这两者的驱动下，机械手的研发也得到了突飞猛进的发展，并且日渐在各个领域、各个行业有着其不可取代的地位，细心者可发现，工业自动化生产线，这个领域的机械手的应用最为常见。1.2工业机械手的分类按功能来进行分类：简易型机械手：程序公式可以再细分为固定式和二次式的可变式。凸轮转鼓圆盘滚动转鼓和固定转动控制挡块部件凸轮圆盘转鼓一起在原来可以用于控制转动部件:可通过转动的开销板来控制固定转动部件，用来保持给定可变转动部件程序。记忆再现型机械手：通过控制系统把整个传动实验室的各个程序循环起来，用连接器的磁带来完成程序的录制。主机控制的机械手：可以更换各种类型的穿孔式运动履带或速度控制记忆动作控制器的介质使该部件随时随地改变速度记忆动作,甚至让你可以同时对它进行多种类的速度记忆控制。有时也可认为它是一个计算机，不一样的是，它是采用可编程序控制，亦或是普通的控制通用机，或者是受微机编程控制器所控制的。智能机械手：智能机械手具有高效性，操作方便，灵活度更高，并逐步轻量化。按用途来进行分类：专用机械手：有固定的驱动程序的工业机械自动装置,专用机械手面对的是工作劳动对象是固定不变的。操作比较简单,结构不复杂,可靠性高。无法独立运力运行，由驱动系统程序控制。随着我国工业成产的飞速发展，自动化的程度越来越高，越来越多的专用设备生产车间开始使用专用机械手来进行成产制造。通用机械手：通用机械手的操作系统是独立运行的,动作灵活根据不同的需求具有一定的灵活性。通用机械手的主要特点顾名思义，它的通用性好，爪子的抓取范围广,定位精度也不错。在自动化生产线占比逐步增大，生产线逐步向着适应多种做工条件发展。1.3工业机械手的应用在工业生产过程中，工业机械手的技术应用非常广泛,因此，按应用领域的不同，可将其归纳划为下面的一些主要方面:（1）加工生产回转体的零部件自动线方面（2）实现单机自动化成产线（3）铸、锻、焊、热处理生产线（4）专用装备生产线1.4本章小结本章的主要内容是，总结归纳了国内关于机械手的发展现状，并根据各标准，对机械手的进行分类，从功能和用途两方面就行分类，机械手的在生产中的应用。机械手的在生产中的应用逐步增多，国内工厂的自动化程度也得到了飞速提升。第2章工业机械手的设计方案2.1工业机械手的组成关系如下图2.1所示：图2.1工业机械手各部分关系图1.执行机构：①手部：与其他机械工件发生接触的部分,一般学者认为主要是通过手部肢体回旋动旋转型或者是手部回旋平移型。传动形式杠杆支撑机构机床使用传动形式多样。与被抓取物件直接接触的部位，因为被抓去物体的形状不一样，所以爪子的设计形式也各不相同。爪子大致分为吸附类型的和夹持类型的。吸附类型的爪子主要靠吸盘来吸取物件，而夹持式的爪子主要靠夹紧力来夹持物体。爪子的设计不仅需要能够稳定的固定物件而且不能够破坏物件的表面。②腕部:机械手的腕部连接着爪子与机械大臂，是不可或缺的一部分，并且能够更精确的调节抓取物体的横向与纵向方位。机械手的腕部连接着爪子（吸附类型或者夹持类型）与机械大臂，是非常重要且绝对不可或缺的一个部位，能够在一定范围内更精确的调节抓取物体的位置精度。③臂部:身体支撑运动手臂主要用途是一种用来用作支撑被用力物体抓住的任何东西,它是支撑运动部件，用于支撑手部、腕、腿及肩部的正常运作。就我们自身而言，手臂的一大作用可实现我们双手的快速抓举动作，当快速性地抓取一个特定物件,并按照你之前预定好的工作要求将其快速移动或是搬运或者输送到一个由你给定具有物理量的位置。本人设计的机械手臂臂具有四个运动自由度。④立柱：立柱是整个机械手的核心部位，支撑着机械手的所有移动和抓取所带来的受力，有些机械手立柱和大臂是一个整体。根据不同的要求，有些立柱是可以移动的，有的立柱也可以进行横向的移动，成为可移动的立柱。⑤底座：底座是整个机械的基础部件，机械手的控制系统和驱动系统大部分都安装在底座，机械手能够完成一系列的机械运动离不开底座的支撑。2.驱动机构：常用的有液压传动、机械传动、气压传动和电力传动。3.控制系统：控制系统是机械手的重要组成部分，大部分都是电气控制装置，本篇机械手的设计也是利用的电气传动。机械手按照控制系统的指令来完成对被抓取物件的一系列运动。控制系统通过人工输入的运动顺序指令、运动轨迹指令和规定的时间来进行控制执行机构完成一系列操作。4.位置检测装置：通过对物件移动方位的检测来监督控制系统是否发出了错误指令来进行操作，当物件的移动范围与提前输入的位置坐标不符时，位置检测装置就会发出报警信号，这时候就需要人工来进行系统检测，查看问题所在。2.2设计方案与路线1.查看手臂，爪子等部件的相关文献;2.确定各个部件的发展方向和整体构思;3.各个零部件的结构设计和运动分析;4.查表得出运动参数以及进行计算;5.绘制各个零部件的草图;6.绘制装配图以及原理图;7.总结前面遇到错误集中处理。2.3本章小结本章主要详细介绍了机械手的设计方案，让我们知道一个机械手的整体设计思路，设计一个机械手，我们需知道它是由哪些结构组成的，具体需要配置什么以及参数，更重要的是它的生产路线。总而言之，一个合理的设计思路非常重要，一个合理、高效的设计方案，不仅能综合考虑机械手的性能全面实现，更能提高工作效率，缩短设计进程。第3章机械手各部分的计算与分析3.1手部的总体分析夹钳式切削手部工具能实现加持、切削等动作，它是由夹钳手指、传动控制机构和机械驱动控制装置三个大部分综合组成,它对用于抓取各种不同形状的切削工件同时具有较大的运动适应性,可以同时抓取具有轴,盘,套三种类型的零件,一般使用情况下多数会采用两个夹钳手指。3.1.1手部设计要求(1)夹紧力和驱动力应具满足工作需求。(2)手指应具有合理的开闭范围。(3)同时应尽量保证各种工件在一个手指内的稳定夹持运动精度。(4)提高机械手的爪子的结构紧凑性，提高家去效率。3.1.2手部的计算1.尺寸初步拟定：平衡条件（拉杆的受力）：图3.1因为所以mm2.夹紧力：amin=19.88kg图3.2图3.33.力的分析：钢材的G=Z=110mm,则活塞缸总长L=120mm。，＝60°，4.传动特点：定位到行程（Max），，，5.夹紧油缸外径，，时间内速度变化量。取为0.5，为0.95，d/D为0.7。，为最大工作压力的1.5倍,＝1.5。高强度铸铁，＝60，S=100mm3.2腕部的总体分析腕部连接着爪子与机械大臂，是不可或缺的一部分，并且能够更精确的调节抓取物体的方位。腕部与手部连接，通常有三个自由度，是操作机构中最为复杂的部分。3.2.1腕部设计要求腕部是机械小臂与机械手爪的连接部分,腕部又称为机械手的姿态部分,末端具有独立的自转功能。3.2.2腕部的计算＝**图3.4＝:为了简化计算，L=50cm,直径D=1.0cm＝0.1＝M=，3.3臂部的总体与分析手臂是支撑运动部件，用于支撑手部、腕、腿及肩部的正常运作。就我们自身而言，手臂的一大作用可实现我们双手的快速抓举动作，当快速性地抓取一个特定物件。3.3.1臂部设计要求1.机械手臂式机身的承载因为保证精确的位置精度，手臂的运动幅度要适当。在一定的比例内来延长手臂的悬伸度和长度,来确保手臂受力时的强度和刚度。手臂截面形状和整体轮廓尺寸要看整体的受力分析。2.臂部运动速度要适当，减小惯性所来的影响使臂部和机身整体大型机身能够承受一定的弯曲，也就需要能够承受相对横向垂直扭转,应尽量选用相对垂直横向抗弯和采用横向垂直抗弯来旋转的对扭转的作用刚度较高的大型机身截面板和整体机身形状。内部空心可以使得手臂可以任意性地布置各种机械手臂驱动器和控制装置元件,传动器和控制系统机构以及各种排气排水管道,有利于机械手臂内部结构的紧凑。3.手臂动作应灵活要应充分结合构件受力的变形情况,尽量使各个相互作用力的最大变形进行抵消。臂部和机身支撑支座机身的臂部机械结构变形和承承重量不仅与本身臂部机械结构刚度值的大小需要有关,同时与用于支撑的臂部机械结构刚度也有很大的关系，除此之外，臂部支撑件间接的空隙，甚至是移动范围都能影响它。为此，如若想更好的提高支座的刚度和性能，不仅需要从臂部提高手撑支座的臂部机械刚度结构性和支撑形状,底板的臂部机械结构刚度以及如何提高手撑支座。4.位置精度要高机械手大部分应用于相对于恶劣环境中进行作业，也得保证精确的位置精度，否则机械手的应用将毫无意义；在机械手的装备过程中，良好的机械工艺会使机械手的使用寿命增长，装配起来更加得体，最重要的时提高了位置精度；在一些冷热加工、多粉尘的恶劣环境下，机械手需要添加隔热防尘装置，保证机械手在长时间作业的情况下的位置精度。3.3.2臂部的计算m==0.80kg设，，，外径计算：=60S=26cm则活塞杆L=32cm活塞杆（45钢）稳定系数：，求出：n=得出满足要求。3.4机身的总体分析机械手的机身是很重要的部件之一，对整个机构有着支撑作用，能有效保证机械臂的牢靠，因此机械手臂的运动非常多，受力情况就变得非常复杂。机械手的机身可以进行移动，扩大了整体的操作空间。3.5本章小结本章是关于机械手的手部整个结构设计的，具体为腕.部以及臂.部设计的基本设计要.求，以及关键技术参数的分析计算。第4章液压系统4.1液压缸以第三章的相关参数为参考依据，各零部件的规格选型如下。1.活塞缸：已知参数：2.摆动杠：已知参数：F1==8.67cm/sF1：夹紧缸M2：回转杠M3：摆动缸M4：回转缸F5：活塞缸3.流量计算。Q1：夹紧缸流量Q2：回转缸流量Q3：摆动缸流量Q4：回转缸流量Q5：活塞缸流量4.2液压元件计算与选择工作压力的计算：=（5—8）液压泵的流量的计算：，一般情况下K=1.1—1.5选择液压泵的规格选取其额定压力比=30%—60%。—路中损失的压力=0.5，=4.5+0.5=5的是系统的静态压力,为了保证泵的寿命，使得，：液压泵的最大流量：系统泄漏系数，现取=1.2排量（双联叶片泵）：94mL/r；额定的压力：=10.65；转速（电动机）：；容积的效率：；总的工作效率：。P=245.254.3本章小结本章主要介绍了液压机械手臂和液压传动系统有哪些东西组成，各元器件的结构是什么样,以及工作原理，具体怎么操作使用的，并结合实际使用情况，说明在其工作中应注意的事项，液压动力传动系统相对于其他驱动系统的几个优点:1.液压系统的元件可拆分，方便维修，灵活操作;2.降低了系统重量减小了整体负载,提高了定位精度，速度也到了提升。3.控制系统得到改善,可顺畅的实现无级调速;4.性能优越，物美价廉。第5章PLC控制系统本毕设是基于PLC来实现对整个液压系统的控制，对于整个机械手而言，PLC的优点在于：技术成熟，在实际工业生产中，PLC的使用极其广泛，它对于整个系统的控制稳定，操作简单，程序易编写，也很容易去理解，且能有效的、实现机械手的运转，并且很平稳。针对机械手行动路线的规划与设计，首先是定位，其次是正确的运动逻辑，因此需基于运动学原理去计算分析，对其运动轨迹曲线进行规划、构建以及展开合理的软件程序编程。综合以上的设计要求，以上针对、移动系统的设计基本上足够实现各个动作的正常运作，以及各种复杂操作。结论本篇设计的机械手运用了这大学五年所学到的理论基础知识，以及绘图方面的知识和液压传动系统等，本次设计的自动装卸料机械手主要在进行冶炼锻造的多粉尘温度高的恶劣环境下使用以代替工人进行工作，它的主要优点是：1.工作持续时间持久,可以全天二十四小时进行工作,可以人工费用,降低了劳动成本，维持