工业机械手设计要点

目录摘要............................................................................................................................1第一章机械手设计任务书........................................................................................11.1设计目的.......................................................................................................................11.2本课题的内容和要求....................................................................................................2第二章抓取机构设计...............................................................................................32.1手部设计计算...............................................................................................................32.2腕部设计计算...............................................................................................................52.3臂伸缩机构设计...........................................................................................................7第三章液压系统原理设计及草图..........................................................................123.1手部抓取缸.................................................................................................................123.2腕部摆动液压回路......................................................................................................133.3小臂伸缩缸液压回路..................................................................................................133.4总体系统图.................................................................................................................14第四章机身机座的结构设计......................................................错误!未定义书签。4.1电机的选择......................................................................................错误!未定义书签。4.2减速器的选择..................................................................................错误!未定义书签。4.3螺柱的设计与校核...........................................................................错误!未定义书签。第五章机械手的定位与平稳性..................................................错误!未定义书签。5.1常用的定位方式..............................................................................错误!未定义书签。5.2影响平稳性和定位精度的因素........................................................错误!未定义书签。5.3机械手运动的缓冲装置...................................................................错误!未定义书签。第六章机械手的控制.............................................................................................16第七章机械手的组成与分类..................................................................................187.1机械手组成.................................................................................................................187.2机械手分类......................................................................................错误!未定义书签。参考资料..................................................................................................................251送料机械手设计摘要本课题设计的为通用圆柱坐标系机械手。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。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、UG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，UG。第一章机械手设计任务书1.1课程设计目的《机电一体化系统设计》课程设计是大学生在完成《机电一体化系统设计》等专业课学习之后进行的综合性实践教学环节，总的目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学的理论知识进行一次系统的回顾检查复习和提高，并运用所学的理论知识，通过调研，设计一个机电控制方面的课题，收到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力，具体有以下几点：一、通过检索查阅运用有关手册、标准及参考资料，培养起学生检索查阅资料、实用资料的方法和能力。二、通过检索查阅课程理论知识，运用所学的基础课，专业技术课和专业课2知识，培养学生根据实际问题正确设计总体方案，分析具体问题，进行工程设计能力。1.2本课题的内容和要求设计通用圆柱坐标系机械手及控制系统。设计中的机械手各动作由液压缸驱动，并有电磁阀控制，技术指标如下：（1、）原始数据：a、抓重：200N-300Nb、自由度（四个自由度）c、动作符号行程范围速度伸缩X400mm小于250mm/s升降Z300mm小于70mm/s回转φ0——120º小于90º/sd、手腕运动参数回转φ行程范围0——180º速度小于90º/se、手指夹持范围：棒料，直径50——70mm，长度450——1200mmf、定位精度：±3mm。g、控制方式：PLC1.3设计内容及安排a、熟悉任务，查阅资料b、画出机械手装配图c、画出液压控制原理图d、根据控制要求，选择PLC型号及输入输出元件e、画出PLC控制的输出输入接线图f、完成梯形图和语句表的程序设计g、整理设计说明书，答辩（3、）要求a、上述工作要求扎扎实实完成，绝不能打过场b、培养独立思考的，独立动手，独立查阅资料，严谨治学、一丝不苟的精神c、培养独立分析问题、解决问题的能力d、有关问题按照课程设计大纲要求进行3第二章抓取机构设计2.1手部设计计算一、对手部设计的要求1、有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏棒料的已加工表面。对于刚性很差的棒料夹紧力大小应该设计得可以调节，对于本应考虑采用自锁安全装置。2、有足够的开闭范围本机械手手部的手指有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图2.1所示。图2.1机械手开闭示例简图43、力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。4、手指应有一定的强度和刚度5、其它要求对于夹紧机械手，根据工件的形状为圆形棒料，因此最常采用的是外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。二、拉紧装置原理如图2.2所示：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。图2.2油缸示意图不同用途的液压机械，工作条件不同，工作压力范围也不同。液压机床一般取2——8MPa，此处取4MPa，则1、有机械手抓重为200——300N，有常识知道重物与机械手抓摩擦系数暂时定为f=0.15，表面粗糙度Ra都要求为1.6，则Fmax=G/f=300/0.15=2000N由于液压缸摩擦、惯性等存在因素的影响，Fmax=2000N,即手爪的夹紧力F12000N2.根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：F1=（2b／a）（cosα′）²N′（2.2）其中N′=2000N，带入公式2.2得：F1=（2b／a）（cosα′）²N′=(2150/50)（cos30º）²2000=10392N5则实际加紧力为F1实际=PK1K2/η（2.3）=103921.51.1/0.85=20172N经圆整F1实际=21000N2、计算手部活塞杆行程长L,设直径取80mm即L=（D/2）tgψ（2.4）=40×tg30º=36.96mm经圆整取l=50mm3、确定“V”型钳爪的L、β。取L/Rcp=3（2.5）式中：Rcp=P/4=200/4=50（2.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150取“V”型钳口的夹角2α=120º，则偏转角β按最佳偏转角来确