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1 寧 XX 學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì) 論 文 搬 運(yùn) 場(chǎng) 合 應(yīng) 用 的 球 類 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 7KG 所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 老 師 2 摘 要 搬 運(yùn) 場(chǎng) 合 應(yīng) 用 的 各 類 機(jī) 械 手 是 工 業(yè) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 中 傳 統(tǒng) 的 任 務(wù) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 是 機(jī) 器 人 的 關(guān) 鍵 部 件 之一 該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù) 位置 控制技術(shù) 檢測(cè)技術(shù)等 是 機(jī)電一體化的典型代表儀器之一 本文介紹的搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手是由 PLC 輸 出三路脈沖 分別驅(qū)動(dòng)橫軸 豎軸變頻器 控制搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手橫軸和豎 軸的 精確定位 微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給 PLC主機(jī) 位置信號(hào)由接近開(kāi)關(guān)反饋給 PLC 主機(jī) 通過(guò)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手手爪的張合 從而實(shí) 現(xiàn)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手精確運(yùn) 動(dòng)的功能 本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn) 搬運(yùn)場(chǎng)合 應(yīng)用的各類機(jī)械手可在空間抓放物體 動(dòng)作靈活多樣 可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作 業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè) 并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的 要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù) 關(guān)鍵詞 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 交流電機(jī) 2 Abstract Manipulator industrial robot systems traditional mandate Robot is one of the key components Manipulator using the mechanical structure of screw ball slider and other mechanical devices composition Electric have AC motor inverter sensor and other electronic device components The device covers a programmable control technology position control technology detection technology Mechatronics is a typical representative of one of the machines This paper presents a manipulator by three PLC output pulse driving horizontal the vertical axis transducer control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision micro switches position signal transmission will host PLC location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang thus achieving accurate manipulator movement functions The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects movements flexible diverse can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters Key Words Manipulator AC motor 3 目 錄 摘 要 2 Abstract 2 目 錄 3 1 緒 論 5 1 1 課題背景及目的 5 1 2 機(jī)器人的定義與發(fā)展?fàn)顩r 5 1 2 1 定義 5 1 2 2 機(jī)器人的發(fā)展 6 1 3 課題研究意義 6 2 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的球類機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 8 2 1 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 8 2 2 系統(tǒng)功能原理分析 8 2 3 形態(tài)學(xué)矩陣方案擬定 8 2 4 設(shè)計(jì)方案分析 9 2 5 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 10 2 6 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的組成 11 2 7 最佳功能原理方案確定 12 3 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型 14 3 1 原始數(shù)據(jù)及資料 14 3 2 動(dòng)作要求分析 14 3 3 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 15 4 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì) 16 4 1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 4 1 1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 16 4 1 2 拉緊裝置 4 17 4 2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 18 4 4 3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4 4 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 4 5 手部抓取缸 23 4 6 腕部擺動(dòng)液壓回路 24 4 7 總體系統(tǒng)圖 24 4 8 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25 4 8 1 電機(jī)的選擇 26 4 8 2 減速器的選擇 10 26 4 8 3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 11 27 4 8 4 機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu) 28 4 9 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定 29 4 9 1 常用的定位方式 29 4 9 2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 29 4 9 3 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 30 4 10 繪制液壓系統(tǒng)圖 31 總結(jié)與展望 32 參考文獻(xiàn) 33 致 謝 34 5 1 緒 論 1 1 課題背景及目的 課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)在校學(xué)習(xí)的最后一個(gè)環(huán)節(jié) 是對(duì)四年大 學(xué)學(xué)習(xí)的繼續(xù)深化和檢驗(yàn) 即有實(shí)踐性又有綜合性 是其他單一課程所不能替代的 通過(guò)課程設(shè)計(jì)更能提高綜合訓(xùn)練能力 為即將走向工作崗位 提高實(shí)際工作能力起到 十分重要的作用 以達(dá)到如下目的 1 綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論 基本知識(shí)和基本技能 提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的 能力 2 接受工程師必須的綜合訓(xùn)練 提高實(shí)際工作能力 如調(diào)查研究 查閱文獻(xiàn)和 收集資料并進(jìn)行分析的能力 制訂設(shè)計(jì)或試驗(yàn)方案的能力 設(shè)計(jì) 計(jì)算和繪圖能力 總結(jié)提高撰寫(xiě)論文的能力 3 檢驗(yàn)綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力 1 2 機(jī)器人的定義與發(fā)展?fàn)顩r 1 2 1 定義 目前 工業(yè)機(jī)器人的定義 世界各國(guó)尚未統(tǒng)一 分類也不盡相同 最近聯(lián)合國(guó)國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義 工業(yè)機(jī)器人是一種可重 復(fù)編程的多功能操作裝置 可以通過(guò)改變動(dòng)作程序 來(lái)完成各種工作 主要用于搬運(yùn) 材料 傳遞工件 參考國(guó)外的定義 結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ) 對(duì)工業(yè)機(jī)器人作如下定義 工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立 動(dòng)作自由度較多 程序可靈活變更 能任意定位 自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械 主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工 件或夾具 1 工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體 與人相比 可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度 可以搬 運(yùn)更重的東西 而且定位精度相當(dāng)高 它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào) 自動(dòng)進(jìn)行各種操作 6 工業(yè)機(jī)器人是在計(jì)算機(jī)控制下可編程的自動(dòng)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化 改善勞動(dòng)條件 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段 機(jī)器人的誕生 和發(fā)展雖只有 30 多年的歷史 但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì) 民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域 具有 廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景 顯示出強(qiáng)大的生命力 2 根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求 工業(yè)機(jī)器人具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能 如抓取 功能或移動(dòng)功能 或兩者兼有之 另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能 如 視覺(jué) 力覺(jué) 觸覺(jué)等 以及語(yǔ)音功能及至邏輯思維 判斷決策功能等 從而使其能在 要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè) 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中 抓取和移動(dòng)是最主要的功能 這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技 術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng) 本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展 開(kāi)的 根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人 利用錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人 的旋轉(zhuǎn) 利用液壓缸實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)以及對(duì)零件的抓取 在步進(jìn)電機(jī)的控制下 機(jī)器達(dá)到 精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 1 2 2 機(jī)器人的發(fā)展 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 由簡(jiǎn)單到復(fù)雜 由初級(jí)到高級(jí)逐步完善 它的發(fā)展過(guò)程可分 為三代 第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人 它主要由 手部 臂部 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成 它的控制方式比較簡(jiǎn)單 應(yīng)用在線編程 即 通過(guò)示教存貯信息 工作時(shí)讀出這些信息 向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再 現(xiàn)示教的操作 第二代機(jī)器人是帶感覺(jué)的機(jī)器人 它具有尋力覺(jué) 觸覺(jué) 視覺(jué)等進(jìn)行反饋的能力 其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多 這種機(jī)器人從 1980 年開(kāi)始進(jìn)入了實(shí)用階 段 不久即將普及應(yīng)用 第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人 這種機(jī)器人除了具有觸覺(jué) 視覺(jué)等功能外 還 能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周圍的環(huán)境 識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài) 再根據(jù)這 一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作 完成規(guī)定的任務(wù) 并且能跟蹤工作對(duì)象的變化 具有 適應(yīng)工作環(huán)境的功能 這種機(jī)器人還處于研制階段 尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用 2 4 7 1 3 課題研究意義 1 培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力 拓寬和 2 培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想 設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維 掌握工程設(shè)計(jì)的一般程 序規(guī)范和方法 3 培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè) 圖冊(cè)工具書(shū) 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 數(shù)據(jù)處理 編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力 4 培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究 面向?qū)嶋H 面向生產(chǎn) 向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度 工作 作風(fēng)和工作方法 8 2 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的球類機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 2 1 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 顧名思義 是指能模仿人手的部分動(dòng)作 用以完成 某些抓放 搬運(yùn)物件或操縱工具等工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械 手通常用附屬于它所服務(wù)的設(shè)備 動(dòng)作程序固定 多數(shù)沒(méi)有獨(dú)立的控制系統(tǒng) 其控制 裝置包括在主機(jī)的控制系統(tǒng) 不包括工業(yè)機(jī)器人 2 2 系統(tǒng)功能原理分析 2 3 形態(tài)學(xué)矩陣方案擬定 功能元候選機(jī)構(gòu)形態(tài)學(xué)矩陣表 總功能 搬運(yùn)貨物 分功能 1 進(jìn)給機(jī)械 手 分功能 2 夾放貨 物 分功能 3 舉升貨物 動(dòng) 力 源 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 進(jìn) 給 執(zhí) 行 動(dòng) 力 源 動(dòng) 力 源 舉 升 傳 動(dòng) 夾 放 傳 動(dòng) 夾 放 執(zhí) 行 舉 升 執(zhí) 行 功 能 元 B 功 能 元 C 功 能 元 D 功 能 元 E 功 能 元 F 功 能 元 G 功 能 元 H 功 能 元 I 功 能 元 A 9 候選機(jī)構(gòu) 功能元 1 2 3 4 A 動(dòng)力源 電動(dòng)機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 柴油機(jī) 液壓缸 B 進(jìn)給傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) C 進(jìn)給執(zhí)行 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 螺旋機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 齒輪齒條機(jī)構(gòu) D 夾放傳動(dòng) 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 螺旋機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu) 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) E 夾放執(zhí)行 雙壓塊制動(dòng)機(jī) 構(gòu) 雙滑塊機(jī)構(gòu) 平行四邊形夾 持機(jī)構(gòu) 杠桿式夾持機(jī) 構(gòu) F 舉升傳動(dòng) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 齒輪機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) G 舉升執(zhí)行 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī) 構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 線輪擺動(dòng)機(jī)構(gòu) 2 4 設(shè)計(jì)方案分析 方案 方案 B1 A4 D4 F4 C3 E4 G4 B1 A4 D3 F3 C3 E3 G4 方案 10 優(yōu)缺點(diǎn) 方案 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 方案 可靠性高 安全性好 壓力角大 方案 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 傳動(dòng)性差 方案 安全性高 可操作性差 結(jié)構(gòu)復(fù) 雜 性能 方案 可靠性 安全性 結(jié)構(gòu)工 藝性 經(jīng)濟(jì)性 可操作 性 環(huán)保性 結(jié)論 方案 方案 方案 方案 最優(yōu) 2 5 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)工作循環(huán)圖 搬運(yùn)機(jī)械手的三個(gè)部分為進(jìn)給機(jī)構(gòu) 夾放機(jī)構(gòu)和舉升機(jī)構(gòu) 其工作循環(huán)圖 B2 A4 D4 F4 C3 E4 G4 11 15 4530 600運(yùn)動(dòng)時(shí)間 s 圖 4 1 如圖 4 1 和 4 2 所示 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 前進(jìn) 靜 止 前進(jìn) 靜 止 退回 靜 止 退回 夾放機(jī)構(gòu) 保持 夾 緊 保持 松 開(kāi) 保持 舉升機(jī)構(gòu) 保持 舉升 保 持 降回 保持 2 6 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的組成 執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部 腕部 臂部 機(jī)身機(jī)座等 其中最主要是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 圖 4 2a 圖 4 2b 圖 4 2c 12 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成 手部是夾緊 或吸附 托持 與松開(kāi)工件或工具 的部件 由手指 或吸盤(pán) 驅(qū) 動(dòng)元件和傳動(dòng)元件等組成 腕部 臂部 機(jī)身是將手部抓取的工件或工具進(jìn)行搬運(yùn)或操作的部件 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)臂部 腕部 手部和搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng) 作的動(dòng)力裝置 常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓 液動(dòng) 機(jī)械 電液或其他的組合 控制系統(tǒng)是支配搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手按規(guī)定程序和要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的裝置 他們主要用來(lái)控制 位置 點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制 時(shí)間 速度和加速度等參數(shù) 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系 3 2 7 最佳功能原理方案確定 按搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手布局形式分可分為 架空式搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī) 械手 附機(jī)式搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 落地式搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手三種 此外 還有安裝在自動(dòng)線料道上或料道旁 實(shí)現(xiàn)工件上 下料 傳遞轉(zhuǎn)位 轉(zhuǎn)向等用 途的搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 他們具有運(yùn)動(dòng)單一 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 位置靈活及精度一 般要求較低的特點(diǎn) 搬 運(yùn) 場(chǎng) 合 應(yīng) 用 的 各 類 機(jī) 械 手 通 常 用 作 機(jī) 床 或 其 他 機(jī) 器 的 附 加 裝 置 如 在 自 動(dòng) 機(jī) 床 或 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 上 裝 卸 和 傳 遞 工 件 在 加 工 中 心 中 更 換 刀 具 等 一 般 沒(méi) 有 獨(dú) 立 的 控 制 裝 置 3 1 根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn) 工業(yè)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手可分為以下三類 a 承擔(dān)搬運(yùn)工作的搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 這種搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí) 用來(lái)完成輔助作業(yè) 如裝卸毛坯 工件和工夾具 b 生產(chǎn)工業(yè)用搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè) 如裝配 焊接 涂漆 彎曲 切斷等 c 通用工業(yè)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 其用途廣泛 可以完成各種工藝作業(yè) 9 2 按功能分類 a 專用搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控 13 制系統(tǒng)的機(jī)械裝置 專用搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手具有動(dòng)作少 工作對(duì)象單一 結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn) 適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn) 如自動(dòng)機(jī)床 自 動(dòng)線的上 下料搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手和 加工中心 附屬的自動(dòng)換刀搬運(yùn)場(chǎng)合 應(yīng)用的各類機(jī)械手 b 通用搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 又稱工業(yè)機(jī)器人 它是一種具有獨(dú)立控制系 統(tǒng)的機(jī)械裝置 具有程序可變 工作范圍大 定位精度高 通用性強(qiáng)的特點(diǎn) 適用于 不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn) c 示教再現(xiàn)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 采用示教法編程的通用搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的 各類機(jī)械手 所謂示教 即由人通過(guò)手動(dòng)控制 拎著 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手做 一遍操作示范 完成全部動(dòng)作后 其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái) 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī) 械手手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作 3 按驅(qū)動(dòng)方式分 a 液力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人 液源壓力一般只有 0 6Mpa 左右 適宜抓舉力較小的場(chǎng) 合 b 液力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人 結(jié)構(gòu)緊湊 傳動(dòng)平穩(wěn)且動(dòng)作靈敏 但對(duì)密封的要求較高 且不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工作 要求的制造精度較高 成本較高 c 電力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人 無(wú)環(huán)境污染 易于控制 運(yùn)動(dòng)精度高 成本低 驅(qū)動(dòng)效 率高等優(yōu)點(diǎn) 其運(yùn)用最為廣泛 d 新型驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人 例如靜電驅(qū)動(dòng)器 壓電驅(qū)動(dòng)器 形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器 人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)器等 4 按控制方式分 a 固定程序搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器 程 序簡(jiǎn)單 程序數(shù)少 而且是固定的 行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位 b 可編程序搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器 其程 序可按需要編排 行程能很方便改變 9 14 3 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型 3 1 原始數(shù)據(jù)及資料 設(shè)計(jì)題目 機(jī)械手 技術(shù)指標(biāo) 自由度 4 抓舉重量 7kg 動(dòng)力源 液壓 對(duì) 象 球類 種 類 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 3 2 動(dòng)作要求分析 動(dòng)作一 送 料 動(dòng)作二 預(yù)夾緊 動(dòng)作三 手臂上升 動(dòng)作四 手臂旋轉(zhuǎn) 動(dòng)作五 小臂伸長(zhǎng) 動(dòng)作六 手腕旋轉(zhuǎn) 預(yù)夾緊 手臂上升 手臂旋轉(zhuǎn) 手臂伸長(zhǎng) 手臂轉(zhuǎn)回 手腕旋轉(zhuǎn) 圖 2 2 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)易圖 15 3 3 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 本課題所設(shè)計(jì)的搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手為通用型的搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械 手 其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu) 由于本課題的工件是圓柱狀棒料 所以采用夾持 式手部設(shè)計(jì)方案 手部部分由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成 手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則 通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù) 其他部分則按照一般工業(yè)生產(chǎn)所采用的通用 形式進(jìn)行設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)用于手臂的伸縮和搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的夾取和翻轉(zhuǎn) 3 16 4 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì) 4 1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 1 1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 a 有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時(shí) 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力 以保證夾持穩(wěn)定可靠 變形小 且不損壞 工件的已加工表面 對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié) 對(duì)于笨重 的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置 b 有足夠的開(kāi)閉范圍 夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置 工作時(shí) 一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化 量稱為開(kāi)閉范圍 對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍 可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示 手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān) 如工件的形狀和尺寸 手指的形狀和尺寸 一 般來(lái)說(shuō) 如工作環(huán)境許可 開(kāi)閉范圍大一些較好 如圖 4 1 所示 圖 4 1 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手開(kāi)閉示例簡(jiǎn)圖 c 力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 重量輕 體積小 手部處于腕部的最前端 工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變 其結(jié)構(gòu) 重量和體積直接影響整 個(gè)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 抓重 定位精度 運(yùn)動(dòng)速度等性能 因此 在 17 設(shè)計(jì)手部時(shí) 必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 重量輕 體積小 d 手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 因此送料 夾緊搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 根據(jù)工件的形狀 采用最常用的外 卡式兩指鉗爪 夾緊方式用常閉式彈簧夾緊 松開(kāi)時(shí) 用單作用式液壓缸 此種結(jié)構(gòu) 較為簡(jiǎn)單 制造方便 4 1 2 拉緊裝置 4 液缸右腔停止進(jìn)液時(shí) 彈簧力夾緊工件 液缸右腔進(jìn)液時(shí)松開(kāi)工件 a 右腔推力為 4 1 PDF2p4 230 651 4908 7N b 根據(jù)鉗爪夾持的方位 查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為 4 3 21cosabNF 其中 N 7 98N 686N 抓舉重量 7kg 帶入公式 4 2 得 21csa 6830o52 1764N 則實(shí)際加緊力為 4 3 211KPF 實(shí) 際 N3485 0764 經(jīng)圓整 F1 3500N 由公式 得 bp2acos N a 50 5 mm b 72 mm 18 c 計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng) L 即 4 4 2tg DL 25 tg30 23 1mm 經(jīng)圓整取 l 25mm d 確定 V 型鉗爪的 L 3 取 4 5 3cp R 式中 4 6 5042P 由公式 4 5 4 6 得 L 3Rcp 150 取 V 型鉗口的夾角 2 120 則偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定 查表得 22 39 5 機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍 速度 6 手部右腔流量 SVQ 4 7 60 2r 60 3 14 25 1177 5mm s 7 手部工作壓強(qiáng) 4 8 SFP1 pa78 596230M 4 2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件 腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位 它動(dòng)作 靈活 轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小 本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度 可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回 19 轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu) 要求 0 210 90 s 以最大負(fù)荷計(jì)算 當(dāng)工件處于水平位置時(shí) 擺動(dòng)缸的工件扭矩最大 采用估算法 工件重 50N 如圖 4 4 所示 圖 4 4 腕部受力簡(jiǎn)圖 1 計(jì)算扭矩 1 4 設(shè)重力集中于離手指中心 200mm 處 即扭矩 1 為 SF 1 4 9 10 9 8 0 2 19 6 N M 2 液缸 伸縮 及其配件的估算扭矩 2 4 F 5kg 50N S 10cm 帶入公式 2 9 得 2 5 9 8 0 1 4 9 N M 3 擺動(dòng)缸的摩擦力矩 摩 4 摩F 300 N 估算值 S 20mm 估算值 摩 摩 S 6 N M 工 件 20 4 擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 4 1 2 摩 4 10 30 5 N M 5 由公式 4 11 810 b 62m1 APT 其中 b 葉片密度 這里取 b 3cm 1A 擺動(dòng)缸內(nèi)徑 這里取 1A 10cm m 轉(zhuǎn)軸直徑 這里取 m 3cm 所以代入 4 11 公式 6210 b8 ATP 8 30 5 0 03 0 1 0 03 10 6 0 89Mpa 又因?yàn)?b82m1 AQW 所以 803 0 2 0 27 10 4m s 27ml s 4 3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂是搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的主要執(zhí)行部件 它的作用是支撐腕部和手部 并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng) 臂部運(yùn)動(dòng)的目的 一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上 從臂部的受力 情況看 它在工作中即直接承受著腕部 手部和工件的動(dòng) 靜載荷 而且自身運(yùn)動(dòng)又 較多 故受力較復(fù)雜 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上 所以在 選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了 5 1 手臂右腔流量 公式 4 7 得 21 SVQ 200 40 1004800mm s 0 1 10 m s 1000ml s 2 手臂右腔工作壓力 公式 4 8 得 4 12 SFP 式中 F 取工件重和手臂活動(dòng)部件總重 工件為 50N 估算 F 5 20 30kg 摩 1000N 所以代入公式 3 12 得 SFP摩 24018 93 0 26Mpa 3 繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如表 4 1 所示 表 4 1 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表 4 由初步計(jì)算選液泵 所需液壓最高壓力 P 1 78Mpa 所需液壓最大流量 Q 1000ml s 選取 CB D 型液泵 此泵工作壓力為 1Mpa 轉(zhuǎn)速為 1800r min 工作流量 Q 在 32 70ml r 之間 可以 滿足需要 5 驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸 4 13 810 6m21 APDT 機(jī)構(gòu)名稱 工作速度 行程 工作壓力 流量 手部抓緊 腕部回轉(zhuǎn) 小臂伸縮 60mm s 90 s 200mm s 25mm 90 500mm 1 78 Mpa 0 89 Mpa 0 26Mpa 117 8m s 27m s 1000ml s 22 4 14 b82m1 AW 式中 mH 機(jī)械效率取 0 85 0 9v 容積效率取 0 7 0 95 所以代入公式 4 13 得 8105 03 1 08962 T 25 8 N M T M 30 5 N M 代入公式 4 14 得 03 10852786 W 0 673rad s W 4 0 785rad s 因此 取腕部回轉(zhuǎn)液缸工作壓力 P 1Mpa 流量 Q 35ml s 圓整其他缸的數(shù)值 手部抓取缸工作壓力 1 2Mpa 流量 120ml s 小臂伸縮缸工作壓力 2P 0 25Mpa 流量 Q 1000ml s 4 4 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓控制室搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的一種主要的控制形式 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的 各類機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和操作室根據(jù)液體的流量與壓力來(lái)確定 因而只要控制液的流 量和壓力 就可以控制搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和操作力 液壓壓力一 般在 5 140 公斤 厘米范圍內(nèi) 最大臂力可達(dá) 160 公斤以上 主要優(yōu)點(diǎn) 1 液壓執(zhí)行元件 馬達(dá)和液缸 結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 功率小 2 可通過(guò)空液帶走大量熱能 保證機(jī)械的正常運(yùn)行 3 液壓元件有直線位移式和旋轉(zhuǎn)式二種 適用范圍較廣 其控制速度的區(qū)間也比 較寬 只要通過(guò)閥和泵的調(diào)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的控制系統(tǒng) 23 4 響應(yīng)速度比較快 能高速啟動(dòng) 制動(dòng)和反向 無(wú)后滯現(xiàn)象 其力矩一慣量比也 較大 因而其加速度能力較強(qiáng) 5 液壓元件于其他驅(qū)動(dòng)元件相比 剛度較大 位置誤差小 定位精度高 而且耐 振動(dòng)等 缺點(diǎn) 控制系統(tǒng)比較復(fù)雜 處理功率訊號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算誤差 檢測(cè) 放大 測(cè)試和補(bǔ) 償功能不如電子 機(jī)電裝置靈活簡(jiǎn)便 4 6 4 5 手部抓取缸 圖 4 5 手部抓取缸液壓原理圖 1 手部抓取缸液壓原理圖如圖 4 5 所示 2 泵的供液壓力 P 取 1Mpa 流量 Q 取系統(tǒng)所需最大流量即 Q 1300ml s 因此 需裝圖 4 1 中所示的調(diào)速閥 流量定為 7 2L min 工作壓力 P 2Mpa 選取采用 2FRM5 20 102 調(diào)速閥 23E1 10B 二位三通閥 24 4 6 腕部擺動(dòng)液壓回路 4 圖 4 6 腕部擺動(dòng)液壓回路 1 腕部擺動(dòng)缸液壓原理圖如圖 4 6 所示 2 工作壓力 P 1Mpa 流量 Q 35ml s 選取采用 2FRM5 20 102 調(diào)速閥 34E1 10B 換向閥 4 7 總體系統(tǒng)圖 1 工作過(guò)程 小臂伸長(zhǎng) 手部抓緊 腕部回轉(zhuǎn) 小臂回轉(zhuǎn) 小臂收縮 手部放松 2 電磁鐵動(dòng)作順序表 25 表 4 2 總體系統(tǒng)圖 元 件 動(dòng)作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 小臂伸長(zhǎng) 手部抓緊 腕部回轉(zhuǎn) 小臂收縮 手部放松 卸荷 4 確電機(jī)規(guī)格 液壓泵選取 CB D 型液泵 額定壓力 P 1Mpa 工作流量在 32 70ml r 之間 選取 80L min 為額定流量的泵 因此 傳動(dòng)功率 4 15 QN 式中 0 8 經(jīng)驗(yàn)值 所以代入公式 4 15 得 8 0611 63 16 7KN 選取電動(dòng)機(jī) JQZ 61 2 型電動(dòng)機(jī) 額定功率 17KW 轉(zhuǎn)速為 2940r min 4 8 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的總體布局 本 課題搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式 這樣搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械 手可以是獨(dú)立的 自成系統(tǒng)的完整裝置 便于隨意安放和搬動(dòng) 也可具有行走機(jī)構(gòu) 臂部配置于機(jī)座立柱中間 多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 臂部可沿機(jī)座 立柱作升降運(yùn)動(dòng) 獲得較大的升降行程 升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn) 由螺柱配 合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng) 手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī) 26 身的旋轉(zhuǎn) 從而達(dá)到了自由度的要求 7 9 4 8 1 電機(jī)的選擇 機(jī)身部使用了兩個(gè)電機(jī) 其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng) 其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng) 帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在肋板上 帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基 上 帶動(dòng)臂部升降的電機(jī) 初選上升速度 V 100mm s P 6KW 所以 轉(zhuǎn) 分106n 選擇 Y90S 4 型電機(jī) 屬于籠型異步電動(dòng)機(jī) 采用 B 級(jí)絕緣 外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44 冷卻方式為 I 014 即全封閉自扇冷卻 額定電壓為 380V 額定功率為 50HZ 如表 4 3 Y90S 4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示 表 4 3 Y90S 4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電 流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩 最大轉(zhuǎn) 矩 型號(hào) 額定功 率 KW 電流 A 轉(zhuǎn)速 r min 效率 功率因 素 額定電 流 額定轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn) 矩 Y90S 4 1 1 2 7 1400 79 0 78 6 5 2 2 2 2 4 8 2 減速器的選擇 10 減速器的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置 用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增 轉(zhuǎn)矩 以滿足工作需要 初選 WD80 型圓柱蝸桿減速器 WD 為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器 27 蝸桿的材料為 38siMnMo 調(diào)質(zhì) 蝸輪的材料為 ZQA19 4 中心矩 a 80 Ms q 4 0 11 4 16 傳動(dòng)比 I 30 傳動(dòng)慣量 0 265 10 kg m 4 8 3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 11 螺桿是搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的主支承件 并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng) 螺桿的材料選擇 從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿足要求的材料為鑄鐵 螺距 P 6mm 梯形螺紋 螺紋的工作高度 h 0 5P 4 17 3mm 螺紋牙底寬度 b 0 65P 0 65 6 3 9mm 4 18 螺桿強(qiáng)度 11 4 19 5 3s 10 30 50Mpa 螺紋牙剪切 40 彎曲 b 45 55 1 當(dāng)量應(yīng)力 23121 04dTdF 4 20 式中 T 傳遞轉(zhuǎn)矩 N mm 螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式 4 20 得 23121d 0689d8 904 325 65 2 211 1649d60 6225025d12 11236 900d 16 1012 6225025 0 0292 11236 900 0 029 6 1012 28 即 16471pa 535340pa 合格 2 剪切強(qiáng)度 旋合圈數(shù) 4 21 610 PHZ 4 22 bzd1 F 3 1069 32 892 206 8 103pa 0 206Mpa 40Mpa 3 彎曲強(qiáng)度 zbdh21 F 609 382 0 48Mpa 45Mpa 合格 4 8 4 機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu) 帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī) 初選轉(zhuǎn)速 W 60 s N 1 6 轉(zhuǎn) 秒 10 轉(zhuǎn) 分 由于齒輪 I 3 減速器 I 30 所以 n 10 3 30 900 轉(zhuǎn) 分 選擇 Y90L 6 型籠型異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)采用 B 級(jí)絕緣 外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44 冷卻方式為 I 014 即全封閉自扇 冷卻 額定電壓為 380V 額定功率為 50HZ 如表 4 4 Y90S 6 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示 表 4 4 Y90L 6 電動(dòng)機(jī)技術(shù) 滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電 流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩 最大轉(zhuǎn) 矩 型號(hào) 額定功 率 KW 電流 A 轉(zhuǎn)速 r min 效率 功率因 素 額定電 流 額定轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn) 矩 29 Y9OL 6 1 1 3 2 910 73 5 0 72 6 0 2 0 2 0 4 9 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定 4 9 1 常用的定位方式 機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊 當(dāng)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手經(jīng)減速 運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí) 緊靠擋塊而定位 若定位前已減速 定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除 在這種情況下 機(jī)械擋塊定位能達(dá)到 較高的重復(fù)精度 一般可高于 0 5mm 若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力 這時(shí) 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離 因而定位精度變低 12 4 9 2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手能否準(zhǔn)確地工作 實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問(wèn)題 是若干線量和角量定位的組合 在許多較簡(jiǎn)單情況下 單個(gè)量值可能是主要的 影響 單個(gè)線量或角量定位誤差的因素如下 1 定位方式 不同的定位方式影響因素不同 如機(jī)械擋塊定位時(shí) 定位精度與擋塊的剛度和碰 接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān) 2 定位速度 定位速度對(duì)定位精度影響很大 這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí) 必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件 的能量不同 通常 為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度 如提高緩沖裝置的緩沖性 能和緩沖效率 控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速 3 精度 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響 4 剛度 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí) 因易產(chǎn)生振動(dòng) 定 位精度一般較低 5 運(yùn)動(dòng)件的重量 運(yùn)動(dòng)件的重量包括搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量 運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大 通常 運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí) 定位精度降 低 因此 設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量 而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影 30 響 6 驅(qū)動(dòng)源 液壓的壓力波動(dòng)及電壓 液溫的波動(dòng)都會(huì)影響搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手的重復(fù) 定位精度 因此 采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)液壓措施 7 控制系統(tǒng) 開(kāi)關(guān)控制 電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的 這不僅是因 為各種控制元件的精度和靈敏度不同 而且也與位置反饋裝置的有無(wú)有關(guān) 13 本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位 4 9 3 搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式 內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖 回路等 外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器 內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 緊湊 但有時(shí)安置位置有限 外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活 簡(jiǎn)便 緩沖性能好調(diào)等 但結(jié) 構(gòu)較龐大 本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置 當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到距油缸端蓋某一距離時(shí)能在活塞與端蓋之間形成一個(gè)緩沖室 利用 節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時(shí)背壓阻力 以使運(yùn)動(dòng)減速直至停止 而避免硬性沖擊的 裝置 稱為油缸端部緩沖裝置 12 15 在緩沖行程中 節(jié)流口恒定的 稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置 設(shè)計(jì)油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時(shí) max 最大加速度 maxp 緩沖腔最大沖擊壓 力 和 rV 殘余速度 三個(gè)參數(shù)是受工作條件限制的 通常采用的辦法是先選定其中 一個(gè)參數(shù) 然后校驗(yàn)其余兩個(gè)參數(shù) 步驟如下 1 選擇最大加速度 通常 amax 值按搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取 同時(shí)要考慮速 度與載荷大小 對(duì)于重載低速搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 max取 5m s2 以下 對(duì) 于輕載高速搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 max取 5 10 m s2 2 計(jì)算沿運(yùn)動(dòng)方向作用在活塞上的外力 F 水平運(yùn)動(dòng)時(shí) isAPF 4 23 0 25 103 3 6 2 7 138N 31 3 計(jì)算殘余速度 Vr 4 24 F 1maxor V m s5 064 4 10 繪制液壓系統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖見(jiàn) CAD 圖紙所示 它擁有垂直手臂的上升 下降 水平伸縮缸 的前伸 后縮 以及執(zhí)行手爪的夾緊 張開(kāi)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 其中 泵由三相交流異步電動(dòng)機(jī) M 拖動(dòng) 系統(tǒng)壓力由溢流閥 V1 調(diào)定 1DT 的得 失電決定了動(dòng)力源的投入與摘除 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取 迅速松開(kāi) 系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個(gè)單 向節(jié)流閥 當(dāng) 5DT 得電時(shí) 工作液體經(jīng)由節(jié)流閥 V5 進(jìn)入柱塞缸 實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓 緊 當(dāng) 6DT 失電時(shí) 工作液體進(jìn)入柱塞缸中 實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開(kāi) 另外 由于機(jī)械手俯仰升降缸在工作時(shí)其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致 下 降時(shí)有使運(yùn)動(dòng)速度加快的趨勢(shì) 為使運(yùn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn) 同時(shí)盡量減小沖擊 振動(dòng) 保 證系統(tǒng)的安全性 32 總結(jié)與展望 一 總結(jié) 課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段 在這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程中 我取得了長(zhǎng)足 的進(jìn)步 在這次課程設(shè)計(jì)中 我有很多收獲 首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的 復(fù)習(xí) 更深一步了解了所學(xué)的知識(shí) 培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 獨(dú)立分析問(wèn)題和解 決問(wèn)題的能力 也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書(shū)館 網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料 還使 我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題 這對(duì)我以后的工作有很大的幫助 今后我會(huì)在工作中 不斷的學(xué)習(xí) 努力的提高自己的水平 經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì) 我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè) 計(jì)人員的艱難性 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 我經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題 有的是知識(shí)方面的不 足導(dǎo)致的 有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面不足導(dǎo)致的 這些問(wèn)題有時(shí)使得我束手無(wú)措 不過(guò)在 指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下 終于使得我順利完成了設(shè)計(jì) 雖然我的設(shè)計(jì)存在很多不足的地方 總的來(lái)說(shuō) 我希望通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己 未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練 從中鍛煉自己分析問(wèn)題 解決問(wèn)題的能力 為將來(lái)工作打下良好的基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是對(duì)未來(lái)工作的一種模擬 參考文獻(xiàn) 33 參考文獻(xiàn) 1 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 3 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 p20 p55 2 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 4 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 p34 p56 3 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 p44 p78 4 張建民 工業(yè)機(jī)器人 M 北京 北京理工大學(xué)出版社 1994 p66 p91 5 工業(yè)機(jī)械手 編寫(xiě)組 工業(yè)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手 機(jī)械結(jié)構(gòu)上 M 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2005 p46 p77 6 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫(xiě)組 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版 1999 p23 p44 7 丁樹(shù)模 液壓傳動(dòng) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 p34 p45 8 顏永年 機(jī)械制圖 M 大連 大連理工大學(xué)工程畫(huà)教教研室 1998 p12 p60 9 李恒權(quán) 朱明臣 王德云 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) M 山東 青島海洋出版社 1990 p12 p30 10 王棟梁 機(jī)械基礎(chǔ) M 北京 機(jī)械基礎(chǔ) 1995 p44 p90 12 黃鶴汀 機(jī)械制造技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 13 吳宗澤 羅圣國(guó) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 高等教育出版社 2006 p23 p45 14 李允文 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社 北京 1996 p45 p70 15 丁樹(shù)模 液壓傳動(dòng) M 機(jī)械工業(yè)出版社 北京 1992 p1 p40 16 陸祥生 楊秀蓮 機(jī)械手理論及應(yīng)用 M 中國(guó)鐵道出版社 北京 1985 p33 p56 17 J Ding T Tsuzuki Journal of Materials Science 1999 p12 p44 18 Xie F Tsutsui JM Gao L Zucker IH Porter TR Ultrasound in Medicine and Biology 2007 p55 p67 34 致 謝 本論文是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的 我的課程設(shè)計(jì)的課題是搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各 類機(jī)械手的設(shè)計(jì) 這是一個(gè)我以前所沒(méi)有接觸的 我對(duì)它來(lái)說(shuō)完全是一個(gè)陌生者 經(jīng) 過(guò)指導(dǎo)老師的幫助和對(duì)參考資料的拜讀 我已經(jīng)對(duì)搬運(yùn)場(chǎng)合應(yīng)用的各類機(jī)械手有了一 定的了解 感謝老師對(duì)我的指導(dǎo) 使我課程設(shè)計(jì)順利完成 真誠(chéng)感謝戴老師對(duì)我的課 程設(shè)計(jì)的指導(dǎo) 以及感謝學(xué)院為我們提供的便利條件 使我們的課程設(shè)計(jì)如期完成