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1、 毕 业 设 计 论文 说 明 书 题 目 搬运机械手的设计 姓 名 编 号 XXXXX 学院 年 月 日 摘要摘要 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
2、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 通过对机械手进行结构设计和液压传动原理设计 它能实现自动上料运动 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 关键词 搬运机械手 手爪 手腕 手臂 液压 PLC AbstractAbstract This topic design for general cylindrical coordinate manipulator Industrial machinery hand is the inevitable product of industrial production it is
3、 a copy of the upper part of the human body functions in accordance with a predetermined transfer request or the workpiece hold the tools to operate the equipment automation technology to achieve industrial production automation the promotion of industrial production of the further development plays
4、 an important role in So they have strong vitality of the people by the extensive attention and welcome Practice has proved the industrial robot can replace the staff of the heavy labor significantly reduced labor intensity of workers improve working conditions improve labor productivity and the lev
5、el of automation Industrial production often appears in the bulky workpiece handling and frequent long term monotonous operation a mechanical hand to be effective In addition it can be in high temperature low temperature water the universe radioactive and other toxic pollution of the environment und
6、er the conditions of operation but also show its superiority there are broad development prospects Through the mechanical hand for structure design and the hydraulic transmission principle design it can realize the automatic feeding automatic handling bar The manipulator motion speed is to meet the
7、requirements to set the productivity Key words manipulator gripper wrist arm hydraulic PLC 目录 摘要摘要 1 1 ABSTRACTABSTRACT 2 2 第一章第一章 绪论绪论 4 4 1 1 搬运机械手的组成 4 1 2 设计的主要容 5 第二章第二章 搬运机械手执行的设计搬运机械手执行的设计 7 7 2 1 手部设计计算 7 2 1 1 对手部设计的要求 7 2 1 2 拉紧装置原理 8 2 1 3 手部驱动力的计算 8 2 2 腕部回转设计计算 11 2 2 1 腕部的结构形式 11 2 2 2
8、 手腕驱动力矩的计算 12 2 3 手臂伸缩设计计算 14 2 4 手臂升降设计 15 2 4 1 尺寸设计 16 2 4 2 尺寸校核 17 2 5 手臂回转设计 18 2 5 1 计算扭矩 M1 19 2 5 2 工作参数总结 20 2 6 液压泵的初选择 20 第三章第三章 搬运机械手驱动系统的设计搬运机械手驱动系统的设计 2323 3 1 手部抓取缸 23 3 2 腕部摆动液压回路 24 3 3 手臂伸缩液压缸回路 25 3 5 手臂回转摆动缸回路 26 3 6 总体系统图 26 第四章第四章 搬运机械手控制系统的设计搬运机械手控制系统的设计 2929 4 1 机械手的模拟工作过程 2
9、9 4 2 机械手的操作原理 31 4 3 机械手传送系统梯形图 31 参考文献参考文献 3434 致谢致谢 3535 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 搬运机械手的组成搬运机械手的组成 搬运机械手主要由执行 驱动系统 控制系统以及位置检测装置等所组成 图 1 1 搬运机械手的动作顺序和检测元件 执行元件的布置示意图 1 执行 包括手部 手腕 手臂和立柱等部件 手部 是机械手与工件接触的部件 由于与物体接触的形式不同 可分为夹持式和吸附 式手部 由于本课题的工件是圆柱状棒料 所以采用夹持式 由手指和传力所构成 手指与 工件接触而传力则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务 手腕 是联接手部和手
10、臂的部件 起调整或改变工件方位的作用 手臂 支承手腕和手部的部件 用以改变工件的空间位置 立柱 是支承手臂的部件 手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系 机械手 的立柱通常为固定不动的 机座 是机械手的基础部分 机械手执行的各部件和驱动系统均安装于机座上 故起支 承和联接的作用 2 驱动系统 机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置 常用的有液压传动 气压 传动 电力传动和机械传动等四种形式 3 控制系统 控制系统是机械手的指挥系统 它控制驱动系统 让执行按规定的要求 进行工作 并检测其正确与否 一般常见的为电器与电子回路控制 计算机控制系统也不断 增多 搬运机械手各系统相互之间的关系如
11、方框图 1 2 所示 图1 2 机械手组成方框图 1 21 2 设计的主要容设计的主要容 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 抓重 50N 200N 自由度 四个自由度 动作 符号 行程围 速度 伸缩 X 400mm 小于 250mm s 升降 Z 300mm 小于 70mm s 回转 0 120 小于 90 s 手腕运动参数 回转 行程围 0 180 速度 小于 90 s 手指夹持围 棒料 直径 50 70mm 长度 450 1200mm 定位精度 3mm 控制方式 PLC 第二章第二章 搬运机械手执行的设计搬运机械手执行的设
12、计 2 12 1 手部设计计算手部设计计算 2 1 12 1 1 对手部设计的要求对手部设计的要求 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 有足够的开闭围 本机械手手部的手指有开和闭合装置 工作时 一个手指开闭位置以最大变化量称为开 闭围 对于回转型手部手指开闭围 可用开闭角和手指夹紧端长度表示 手指开闭围的要求 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 工 作环境许可 开闭围大一些较好 如图 2 1 所示 图 2 1
13、机械手开闭示例简图 3 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 2 1 22 1 2 拉紧装置原理拉紧装置原理 如图 2 3 所示 油缸右腔停止进油时 弹簧力向右工件 油缸右腔进油时松开工件 当油缸的右腔停止进油时 弹簧收到向右的力 使
14、与弹簧相连的手部受到向右的拉力 从而使手爪合拢 当油腔的右腔进油时 弹簧受到向左的压力 使与弹簧相连的手爪向外伸 出 从而放松工件 左出油口 右进油口 图 2 2 缸示意简图 2 1 32 1 3 手部驱动力的计算手部驱动力的计算 图 2 3 手部受力分析 1 手指 2 销轴 3 拉杆 4 指座 如图所示为滑槽式手部结构 在拉杆 3 作用下销轴 2 向上的拉力为 P 并通过销轴中心 O 点 两手指 1 的滑槽对销轴的反作用力为 P1 P2 其力的方向垂直于滑槽中心线 OO1 和 OO2 并指向 O 点 P1 和 P2 的延长线交 O1O2 于 A 及 B 由于 O1OA 和 O2OA 均为直角
15、三角 形 故 AOC BOC 根据销轴的力平衡条件 即 Fx 0 P1 P2 Fy 0 P 2P1cos P1 P 2cos 销轴对手指的作用力为 p1 手指握紧工件时所需的力称为握力 即夹紧力 假想 握力作用在过手指与工件接触面的对称平面 并设两力的大小相等 方向相反 以 N 表示 由手指的力矩平衡条件 即 m01 F 0 得 P1 h Nb 因 h a cos 所以 P 2b cos N a 2 式中 a 手指的回转支点到对称中心线的距离 毫米 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角 由上式可知 当驱动力 P 一定时 角增大则握力 N 也随之增加 但 角过大会导 致拉杆 即活塞
16、 的行程过大 以及手指滑槽尺寸长度增大 使之结构加大 因此 一般取 30 40 这里取角 30 度 这种手部结构简单 具有动作灵活 手指开闭角大等特点 查 工业机械手设计基础 中表 2 1 可知 V 形手指夹紧圆棒料时 握力的计算公式 N 0 5G 综合前面驱动力的计算方 法 可求出驱动力的大小 为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力 振动以及传力效率的 影响 其实际的驱动力 P 实际应按以下公式计算 即 P 实际 PK1K2 式中 手部的机械效率 一般取 0 85 0 95 K1 安全系数 一般取 1 2 2 K2 工作情况系数 主要考虑惯性力的影响 K2 可近似按下式估计 K2 1 a g 其中 a 为被抓取工件运动时的最大加速度 g 为重力加速度 本机械手的工件只做水平和垂直平移 当它的移动速度为 500 毫米 秒 移动加速度为 1000 毫米 秒 工件重量 G 为 98 牛顿 V 型钳口的夹角为 120 30 时 拉紧油缸的 2 驱动力 P 和 P 实际计算如下 根据钳爪夹持工件的方位 由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算 公式 N 0 5G 把已知条件代入得当量夹紧
