送料机械手设计

密级： 学号：本科生毕业论文（设计） 送料机械手的设计学 院： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日江西科技学院本科生毕业论文（设计） 摘要 本次毕业设计的题目是送料机械手的设计，首先对送料机械手的工况进行分析，此多工位专用机械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回转、行走装置进退三个自由度，以及手爪的开启和闭合等动作，然后给出该送料机械手的液压系统的电磁元件动作循序表和液压系统原理图。本械手由大臂结构，小臂、旋转结构和驱动机构组成，该设计能实现三个自由度，分别为手爪的开合，旋转，小臂的上下摆动以及大臂的旋转等等功能。 关键词：送料机械手；液压系统；自由度；功能 Abstract This graduation project mainly had the CA18 control engine bed and the programming introduction, the ear components tech nological analysis craft parameter choice cutting tool choice, the components procedure manual establishment, the procedure simulation, the modelling and the entity simulation processing finally has made the design summary,the acknowledgment language, the reference tabulation and the appendix.Article primary coverage for components craft analysis. This components manual programming, but also has to make engineers modelling and the entity simulation processing.Used the circular arc interpolation instruction in the components manual programming; drill hole; M98 transfer subroutine instruction.Key words: auto-focus;Industrial robot ;degrees of freedom ;fucation目 录第一章 绪 论1 1.1本课题研究的内容1 1.2国内外发展状况2 1.3机械手的组成和分类4 1.4液压传动的基础知识6第二章 送料机械手的设计方案8 2.1 送料机械手的总体方案图9 2.2 送料机械手的工作原理10第三章 送料机械手结构的设计11 3.1夹持式手部结构12 3.1.1手指的形状和分类13 3.1.2设计时考虑的几个问题14 3.1.3手部夹紧液压缸的设计14 3.2液压缸驱动力矩的计算16 3.3液压缸驱动力矩的计算校核17 3.4 电机的选型计算18第四章 送料机械手中关键零部件的强度计算与校核23 4.1齿轮的强度计算与校核24 4.2轴的强度计算与校核25第五章 送料机械手液压系统的设计26 5.1液压系统原理图的确定27 5.2电磁元件动作循序表的确定28总 结29致 谢30参考文献31第一章 绪论 工业机械手技术和产品强度的可靠性得到了增强，有望应用于教学，免费的产品系统和一些新的领域。 只有我们创建的模式可十分完美地与网络技术结合在一起，才能建立一个满是生机的社会环境，帮助型机械手也才能服务大众的各类活动。如果多个应用程序可以为我们创造的，他们提供快速，安全的服务，满足他们的需求，将是非常愉快的。所以，我们应该抓紧实现建设这样一个好的平台。 此外，因为教育是人才的培养，社会和工业的各个领域也要由它来服务。教育以及教育系统以机械手为目标的不仅得提高应付难处的能力；他们也喜欢传统的技术，在不同的方向、在合作领域，但关键是要把机械手技术对社会和高级人才使用。对于很多特殊地方，像危险性很大或我们难以到达的，比如拆除炸弹，未知探测等相应领域，对以上危险状况深入探寻通常需要机械手来实现。微小型步行机械手是机械手的一个重要分支，步行机械手与超过六英尺，八条腿的机械手相比，由于承载能力强，稳定性好，具有结构简单的优点，所以，全球大批研究者，开始普遍重视它。1）实现的潜力 2010年，国家各部委进行详细的调查和论证后认为：智能机械手这个大产业在接下来的几十年内产值和市场占有率都会是井喷式的。在2013七月，在测量市场大小的根本上行使2010之“机械手产业的市场趋势考查”后续。情况即中国市场正在急剧膨胀，然后韩国，日本和德国都在拼命瓜分市场。2）工业机械手的定义和需求 在日本，工业机械手从开始普及到现在已然30年。工业机械手对全球制造业发展提供了很多的帮助，像战胜了困难的，污浊的，无法掌握的应用情况，供应了优秀的产品品质，补充了贫乏的现场人力。 能理解，在将来数年，由于老龄化加剧，现场人力数目缩小，会发生很多的用人贫乏。因此，产业机械手的希冀变得更多。产业机械手在全新范畴的施行（像食物，药剂以及消费物的研发，建设以及制造范围）亦然有很好的远景。特别是在医学范畴，试剂以及样品分析前处理，可能获得类似于高度精准的技术实验数据。人力也能够防止于在危急境况下作业，如病毒和细菌。另一面来说，怎么去教依旧是产业机械手的很大问题。利用口令进行示范，必须锻炼的非常好，方能娴熟的操纵各式各样产业机械手。在当下的机械手体系里，多臂互相配合链接操纵的境况下，操纵要用去巨额的工夫。早前的机械手体系愈来愈艰巨，是让教授更易学的一个大难点。在将来的时间里边，达成不必讲授成了终极的目的。更由于这样，智能的机械手会成为不可或缺的。我们需求各式各类的研发成效，联合科研院所的协助。1.1本课题研究的内容 本次设计的题目是送料机械手的设计，本次设计的送料机械手的主要内容为：（1）对多工位专用机械手的工况进行分析。（2）实现多工位专用机械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回转、行走装置进退三个自由度，以及手爪的开启和闭合等动作要求。（3）给出液压系统的电磁元件动作循序表和液压系统原理图。1.2 国内外发展状况 在日本，工业机械手从开始普及到现在已然30年。工业机械手对全球制造业发展提供了很多的帮助，像战胜了困难的，污浊的，无法掌握的应用情况，供应了优秀的产品品质，补充了贫乏的现场人力。能理解，在将来数年，由于老龄化加剧，现场人力数目缩小，会发生很多的用人贫乏。因此，产业机械手的希冀变得更多。产业机械手在全新范畴的施行（像食物，药剂以及消费物的研发，建设以及制造范围）亦然有很好的远景。特别是在医学范畴，试剂以及样品分析前处理，可能获得类似于高度精准的技术实验数据。人力也能够防止于在危急境况下作业，如病毒和细菌。另一面来说，怎么去教依旧是产业机械手的很大问题。利用口令进行示范，必须锻炼的非常好，方能娴熟的操纵各式各样产业机械手。在当下的机械手体系里，多臂互相配合链接操纵的境况下，操纵要用去巨额的工夫。早前的机械手体系愈来愈艰巨，是让教授更易学的一个大难点。在将来的时间里边，达成不必讲授成了终极的目的。更由于这样，智能的机械手会成为不可或缺的。我们需求各式各类的研发成效，联合科研院所的协助。由于全球都迈进了衰老型社会，想让老弱病残幼在存活和环境容纳中获得援手。估计机械手会给以充分的反馈，好比讯号的供应以及撑持，帮助那些居家讨生活的人，向组建社团给以帮助，缩小休养之包袱，给身体功能施以帮助，以及增加商业设施。这会能使得老人以及残疾人觉得就是貌似孩子们、孙子们和他们呆在一块儿似的。历经实践，这是愈来愈明朗，在以后，服务型机械手的成长会加快环境容纳度，我们会使得延续康健的时期愈来愈长，用自帮自助的存在方法，有目的地工作和参与社会。所以有，它可以变成构建更好环境以及衰老境况乃至世界上生长的能量。如果我们必须领会服务机械手体系的运作方法，就得懂得实际情况、顾客还有产品中的悬殊，包括领导大批机械手还给以帮助。不只是增添了很多额外花费，以及能否赚钱的疑惑。诚然我们可以建造出来服务机械手体系，若是服务的回报无法回本更无盈利，就更不能扩大利用了。假如一个多服务系统机械手可以建造出来，可给他人用的崭新的帮助方式已初露锋芒，制造者才敢去想走到了这一步，得到的回报能否顺利地抵消甚至超出用去的本金。所以，现在极大的障碍是创造出一个体系，这体系会渗透进帮助型机械手的发展范畴，也更容易渗透进IT行业。 在日本，那样的向来肩负着本国对外竞争力的研发科技、生产制造人员却是在急剧锐减，现在，他们加快应对着居民衰老化，真正境况是，依托相应调研报告，眼下的事实却是，日本群众用在高端科技的精力以及会意程度非常明显的愈来愈少了。即使如此，机械手和机械手应用工程课堂展示教学也收获了重视，是一种很好的锻炼制造员工以及淡化对科学害怕的技术措施。机械手活动比赛被承办在各式各样的地区，传统刊物也录用了兴趣者们的作品，还有机械手知识亦然在人民里边传播开来。 电机把持，传感器科学和计算机应用，机构零部件和别的技术归纳在一块，是为机械手技术。于是，途径PBL源自困难的进修以及同等的要领，激发了察觉麻烦的本领以及处理的技巧，相当顺应思维培养的组合，其也可增强优化多组件科技以及提升归纳体系的优点。要实现此方针，不妨面向基础教育的同学达成科学培养，使培养方式和手段得以普遍使用，还有方针即是开始于小学和初中止于科技培养部门工程师。何人最先取得此项专利已无可知晓，只了解到外国科学家在十九世纪末建造出了一部类似于骡马，整体部分是用齿轮以及连接杆件机构组装，人可以骑在上面用脚蹬踏板推动运行的机械手，但是却没有做出实物来加以佐证.20世纪初又有人运用齿轮以及连接杆件体系制造出类似的机械手，然而相关资料中并没有找到对这个作品的介绍，所以那个时候有关机械手的研究还仅能思索腿的组成以及运动起来的行程路径。20世纪中期Shigley已然放进步态研究的思维制造出来在每一条腿上都用成组的连接杆件体系拼装而且安装两个摇杆体系结构以操纵机械手的步伐轨迹，已然加入步态设计的思路。同期，又有两位发明家麦吉以及弗兰科创作了首部彻底用计算机操纵的行走机械手。接下来几年有关此机器的设计被充分的融入了运行操纵理论。1979年席罗思在行进机械手里加入了操纵水平行走的仪器，同样在腿上加入了保持和校对偏向的装置。20世纪末布朗、罗布特以及莎普恩斯研究了加入了液压部件和直流电机的相应机械手。这都意味着人类对四杆动力体系的认识已从简单的考虑迈入了整体操纵、计算机和高新科技的相互融汇贯通的康庄大道。1.3机械手的组成和分类 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图1所示。图1机械手组成方框图(一)执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、手部即与物件接触的部件，这是送料机械手的核心部件之一，手部结构设计的好与坏与送料机械手的功用性能的好坏有直接的关系。2、手腕起到连接手部和手臂部分的组件就是手腕，常规的手腕有多种形式，视具体情况而定。1.4液压传动的基础知识广泛的液压工程和多方位的服务领域都需要液压系统的支持，在各行各业，特别是工程机械领域，液压缸的使用非常广泛，几乎无处不在。传统的液压传动形式已经不能够满足当今越来越快的工业脚步的进展，迫切需要液压系统进行更新换代处理，从而来满足当今社会液压工业发展的需要。总之，现代液压工程有五个业务领域：能源液压的开发和交付，用于生产各种产品的液压开发和交付，在各种液压服务的开发和交付，以及家庭和个人生活中的应用提供了各种液压的发展，液压臂的开发和交付。水利工程的理论基础的建立和发展。例如，在工程力学、流体动力学流体和压力的研究；金属和非金属材料性能的研究，材料科学与工程中的应用；热生成热力学，传导和开关；各种液压部件的研究有不同的功能，工作原理，结构，和液压原理和液压零件的科学设计计算；研究金属和非金属成型和金属切削加工技术和非技术等。研究，并开发新的液压产品，不断改进现有产品和生产新一代液压产品来满足当前和未来的需求设计。液压产品包括：规划和实施生产设施；生产调度生产计划的发展和实施的准备；制造工艺；设计和制造工具，模具和材料定额；确定工作定额；组织加工，装配，测试和包装运输；产品质量的有效控制。液压机制造企业的经营管理。液压系统的液压部件通常是由许多独特的形状组合，精密零件的加工工艺复杂的产品。一个单件、小批量的生产量，而且在批量，大批量生产，直到。销售目标在所有行业和个人，家庭。还卖的社会经济条件影响下，可能会出现大的波动。因此，液压元件制造企业的管理和经营特别复杂，和生产管理的研究，规划和管理等企业都开始在液压行业。液压产品的应用。这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和用于各种工业和成套液压设备的液压改造，液压产品保证长期使用的可靠性和经济。液压产品的应用。这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和改造各种工业用液压及成套液压设备，液压产品，保证长期使用的可靠性和经济性。第二章 送料机械手的设计方案2.1送料机械手的总体方案图本械手的结构主要由大臂，小臂、旋转结构和驱动机构组成。电动机通过驱动底部的齿轮齿条机构驱动整个机械手旋转，然后小臂的摆动是靠底部的液压缸驱动的，同理，小臂的摆动也是靠安装在大臂上面的液压缸驱动摆动的。夹爪的抓取物体和松开物体是靠安装在机械手执行端部的气动手指控制的。该设计能实现三个自由度，分别为手爪的开合，旋转，小臂的上下摆动以及大臂的旋转等等功能。当需要夹持的工件是固态物体的时候，手部应该设计成开合型的，这样就可以直接通过汽缸实现工件的夹紧与松开了。本次设计的送料机械手的总体方案图如下图2所示：图2机械手总体方案图2.2 送料机械手的工作原理 本次设计的送料机械手主要由大臂结构，小臂、旋转结构和驱动机构以及直线导杆等等组成。该设计能实现三个自由度，分别为手爪的开合，旋转，小臂的上下摆动以及大臂的旋转等等功能。当需要加持料到机床里面的时候，伺服电机驱动滚珠丝杆螺母副动作，从而实现底座的移动，然后由液压缸驱动机械手的大臂、小臂动作，手部的夹爪夹住工件放到指定的位置，然后多工位专用完成后，伺服电机反转，带动整个机械手后退，液压缸驱动机械手的大臂、小臂动作，如此循环。第三章 送料机械手结构的设计3.1夹持式手部结构夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。3.1.1 手指的形状和分类夹持式是最常见的一种，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理。3.1.2 设计时考虑的几个问题(一)具有足够的握力(即夹紧力)(二)手指间应具有一定的开闭角(三)保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。(四)具有足够的强度和刚度(五)考虑被抓取对象的要求3.1.3 手部夹紧液压缸的设计1、手部驱动力计算 本次设计的机械手夹持器结构原理如图3所示：图3手部其工件重量G=5公斤，V形手指的角度，,摩擦系数为 其驱动力为:握力计算公式:所以 (3)实际驱动力: I,因为传力机构为齿轮齿条传动，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取时，则:所以 2、液压缸的直径本液压缸属于单向作用液压缸。其公式为:式中: - 活塞杆上的推力，N - 弹簧反作用力，N- 液压缸工作时的总阻力，N- 液压缸工作压力，Pa弹簧反作用按下式计算:Gf = 式中:- 弹簧刚度，N/m- 弹簧预压缩量，m- 活塞行程，m- 弹簧钢丝直径，m- 弹簧平均直径，.- 弹簧有效圈数.- 弹簧材料剪切模量，一般取则:液压缸的直径:代入有关数据，可得 所以:查有关手册圆整，得由,可得活塞杆直径:有:其中，则:满足实际设计要求。3,缸筒壁厚的设计式中:6- 缸筒壁厚，mm- 液压缸内径，mm- 实验压力，取, Pa材料为:ZL3,=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为:3.2 液压缸驱动力矩的计算单叶气缸的压力P驱动力矩M的关系为:, 或 3.3 液压缸驱动力矩的计算校核1.尺寸设计气缸长度,气缸内径=96mm,半径,轴径=26mm,半径,气缸运行角速度=，加速度时间=0.1s, 压强, 则力矩 2.尺寸校核1测定参与手腕转动的部件的质量,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量： （）已知整个工件的重量为5千克，5,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量。假如工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心距，其转动惯量为: 2、与转动轴线重合，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线,则 + 3、 手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为 4、在此处估计为的3倍，3 设计尺寸符合使用要求，安全。3.4 电机的选型计算 已知整个送料机械手的总重量50KG,其他重量150KG，我们取总重量为200Kg，移动速度为12r/min。即：具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，电机转速 3.负载转矩式中：4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。 根据以上得出数据，我们选用电机型号为160BL-A，此电机厂家为机电产品。160BL-A型号电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为160BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.2KW，额定转矩为7.62N.m，最大转矩为9N.m，额定转速为 3000r/min。第四章 送料机械手中关键零部件的强度计算与校4.1 齿轮的强度计算与校核 由于机械手夹持器的主动齿轮和从动齿轮材料均选用45,调质处理。查得：则：查机械设计基础图，得：(1)验算齿面接触疲劳强度载荷系数，取K=1.5 查得： 接触应力为：(2)验算齿根弯曲疲劳强度 取 K=1.5 查表：许用弯曲应力： 弯曲疲劳强度的最小安全系数，取则：由上述计算可知，均满足要求。4.2 轴的强度计算与校核按弯扭合成应力校核轴的强度轴的计算应力 MPa （3.43）选定轴的材料为45钢，调质处理，MPa。因此，故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左侧抗弯截面系数 mm （3.44）抗扭截面系数 mm （3.45）截面V左侧的弯矩M为 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa （3.47） 截面上的扭转切应力MPa （3.48）轴的材料为45钢，调质处理。由文献1表可知，MPa，MPa，MPa。用插入法求出 ，轴按精车加工，表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，固得综合系数为 （3.49） 由文献1 ，可知，碳钢的特性系数 取 取所以轴在截面V左侧的安全系数为 （3.50） （3.51） （3.52）故该轴在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表查取。因， ，又由文献1附图可得轴的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 （3.53） 轴的截面形状系数为轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。第五章 送料机械手液压系统的设计5.1 液压系统原理图的确定根据系统工况，可知，此次设计的送料机械手主要是通过液压缸提供动力来实现机械手的上下、往复运动的，其具体的液压系统原理图如下图5所示：图5 液压系统原理图5.2 电磁元件动作循序表的确定 电磁元件动作循序表如下图6所示：图6 电磁元件循序表总结 写到这里，这次毕业设计总算快要完成了，通过几个月的努力和时间的付出，总算有了这么一点点成就，觉得挺自豪的，同时也发现自己之前思念在学校学习的知识还远远不够，还有很多问题不大懂，也不明白，幸亏有我的导师和同学们的指导和帮助，然后自己查找相关书籍和资料，总算有了论文的初步构思，然后通过这几个月的付出，以至于今天的论文总算要告一段落了，此时的我心里百感交集，觉得做一门学问很不容易，想要成为一名合格的设计工程师，我们要走的路还很长，需要在工作中边工作边学习，在工作中学习，在工作中成长，这样才能使自己成为一个对社会有用的人，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。致谢 至此在论文完成之际，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成大学阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么了，不再是从前那个爱贪玩的我了。经过近半年努力的设计与计算，查找了各类的送料机械手的设计资料，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识，在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学老师。参考文献1 郑淑芳 机械设计理论研究与探讨 北京：科学出版社，2004.52 黄长艺 机械手操作系统概述 北京：机械工业出版社，2005.13 周宏甫. 送料机械手的创新设计.高等教育出版社，2004.34 姜继海，宋锦春，高常识. 送料机械手工作原理.高等教育出版社，2002.85 张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.46 钱平. 送料机械手应用技术 机械工业出版社，2005.17 张辽远. 送料机械手的设计与实现. 机械工业出版社2002.88 基恩士传感器选择手册 2010版本9 黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.110 张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.811 王昆，何小柏，汪信远. 送料机械手原理.高等教育出版社，1995.1212 徐锦康.机械设计. 高等教育出版社，2004.413 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