自动化生产线六工位机械手的设计
44页 20000字数+论文说明书+8张CAD图纸【详情如下】
右手指尖.dwg
定位架.dwg
手指.dwg
手部总图.dwg
支承板.dwg
支撑套.dwg
液压缓存器装配图.dwg
自动化生产线六工位机械手的设计开题报告.doc
自动化生产线六工位机械手的设计论文.doc
运动机构.dwg
自动化生产线六工位机械手的设计
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪 论 1
1.1 工业机械手 1
1.1.1工业机械手概述 1
1.1.2选题背景 1
1.1.3设计目的 2
1.2 机械手的组成和分类 3
1.2.1机械手的组成 3
1.2.2 机械手的分类 6
1.3 国内外发展状况 7
1.4 课题的提出及主要任务 9
1.4.1课题的提出 9
1.4.2课题的主要任务 10
第二章 机械手的设计方案 11
2.1机械手的座标型式与自由度 11
2.2 机械手的手部结构方案设计 13
2.3 机械手的手腕结构方案设计 13
2.4 机械手的手臂结构方案设计 14
2.5 机械手的驱动方案设计 16
2.5.1机械手气压驱动 17
2.5.2机械手气压驱动系统 17
2.6 机械手的缓冲方案设计 19
2.7 机械手的主要参数 20
2.8 机械手的技术参数列表 20
第三章 手部结构设计 22
3.1夹持式手部结构 22
3.2手指的形状和分类 22
3.3设计时考虑的几个问题 23
3.4手部夹紧气缸的设计 23
第四章 手臂伸缩，升降，横移的尺寸设计与校核 28
4.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 28
4.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计 28
4.1.2 尺寸校核 28
4.1.3.导向装置 29
4.1.4 平衡装置 29
4.2 手臂升降气缸的尺寸设计与校核 30
4.2.1 尺寸设计 30
4.2.2 尺寸校核 30
4.3手臂横移气缸的尺寸设计与校核 31
4.3.1 尺寸设计 31
4.3.2 尺寸校核 31
第五章 机械手的电气控制系统设计 33
5.1 系统工作原理图 33
5.2系统工作原理图的参数化绘制 34
第六章 结论 36
致 谢 37
参考文献 38
摘要
本文简要介绍了工业机械手的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标形式，气动技术的特点，继电器控制的特点及国内外的发展状况。
本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，对气压系统工作原理图的参数化绘制进行了研究，大大提高了绘图效率和图纸质量。
利用继电器程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的电磁继电器，根据机械手的工作流程制定了继电器程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图，并绘制了继电器程序控制器的控制程序。
关键词： 机械手，气动，继电器程序控制器
ABSTRACT
At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler. dray information of the development briefly . What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.
The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator , tells out the free-degree and the form of coordinate . At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,
The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator ,
This paper designs the structure of the wrist , computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.
The paper designs the structure of the arm.
The paper designs the system of air pressure drive and draws the work principle chart , the manipulator uses to control . The paper institutes two control schemes of PLC according to the work flow of the manipulator . The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart .
KEY WORDS : manipulator , pump , air pressure drive .
第一章 绪 论
1.1 工业机械手
1.1.1工业机械手概述
本课题是研究设计一种在自动化生产线上能实现组装功能的六工位机械手。该机械手在气缸生产线、汽车生产线等自动化生产线上有广泛的应用。例如气缸生产线组装单元采用该机械手可以分别抓取已加工好的缸体、活塞、弹簧、缸盖分别放到组装工位进行组装，然后把组装好的汽缸抓取放到分检单元分类检测。
要求：
1. 设计合理选择机器的驱动装置；
2. 设计合理的结构；
3. 选择机器人的控制方式；
4. 设计机器人的控制系统；
工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
1.1.2选题背景
机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。
1.1.3设计目的
本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的多工位自动化生产线上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
目前，在国内很多工厂的生产线上多工位自动化生产线装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。
随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。
各执行机构的调速.凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速.这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在搜近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度.也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降.其速度调节仍采用在电磁润排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。
为简化气路，减少电磁阅的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换竹流闷或行程节流阀的气路阻尼元件。
电磁阀的通径.是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流最.与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。
5.2气压传动系统工作原理图的参数化绘制
在使用AutoCAD绘制气动原理图的时候.我们经常需要大量使用泵、阀等符号。例如.在本机械手的气压传动系统原理图中，频繁使用了气缸、二位五通换向阔等元件。在下面的过载保护回路中使用了气缸、二位四通换向阀、顺序阀、二位三通换向阀等元件。作为通用软件，AutoCAD未提供这些符号。若每次绘图时都重复绘制，非常麻烦，效率很低，即使采用块插入，也难以做到统一、规范。因此，我们在AutoCAD菜单拦中添加“气动符号”菜单，以油足气动原理图绘制中对专用符号的需求。
第六章 结论
1、本次设计的是气动专用机械手，相对于通用机械手，专用机械手的自由度不可变，控制程序不可调，因此只能在专属的设备上使用。
2、采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。
不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。
3、通过对气压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统一规范。
4、机械手采用继电器程序控制，具有可靠性高、改变较方便等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过它来实现
致 谢
历时近三个月的毕业设计终于完成，在这这段时间里，我运用大学四年的专业知识比较成功的完成了本次毕业设计，在毕业设计中通过方案论证，理论设计计算，机械结构的设计，工程图的绘制，设计说明书的撰写等环节的训练，已经使个人理论水平和实际动手能力有了一次飞跃，锻炼了个人在设计、分析，动手实践等方面的能力，同时使所学专业知识得到一次全面的巩固和加强。
此次毕业设计能够顺利完成，我得到了很多老师、同学的关心、帮助和支持，在此本人首先向他们表示感谢。在毕业设计过程中，我的指导老师给予很多专业方面的帮助。在设计前期的准备时，张老师就非常关注我的选题，指明选题方向，帮助分析题目的可行性和实际中可能出现的问题以及需要注意的事项；在进行方案选择时，为我指出所需要重点掌握的知识范围，并帮助我分析相应知识难点的原理，使我的毕业设计能顺利进行。
同时，我也要感谢大学四年所有教过和没有教过但给我很多帮助的老师，是他们的教导让我能在这里学到很多的专业知识，给我以后工作和学习打下了坚实的基础，是他们的谆谆教诲使我明白了更多为人处事的道理，给我今后的人生足迹烙下更深的印迹，在此我衷心地感谢所有帮助过我的老师。此外，非常感谢许多其他同学，他们很多想法和建议对我启发很大。在此一并致谢！
由于时间和个人知识及能力水平有限，论文中难免会有一些纰漏或错误之处，恳请各位老师批评指正。不胜感谢！
参考文献
【1】张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，1988
【2】蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术，2001, 4
【3】金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用 ， 2001, 2
【4】王雄耀.近代气动机器人(气动机械手)的发展及应用.液压气动与密封，1999, 5
【5】严学高，孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，1992
【6】机械设计师手册.北京:机械工业出版社，1986
【7】黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，1981
【8】成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社
【9】郑洪生.气压传动及控制.北京:机械工业出版社，1987
【10】吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1995
【11】徐永生.气压传动.北京:机械工业出版社，1990, 5