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1、本科毕业设计(论文)题 目 气动翻转机械手部件设计 学 院 机械与自动控制学院 专业班级 09机械设计制造及其自动化(4)班 姓 名 学 号 指导教师 系 主 任 胡明 二O 一三 年 五 月 二十一 日浙 江 理 工 大 学机械与自动控制学院毕业论文诚信声明我谨在此保证:本人所写的毕业论文,凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。论文主体均由本人独立完成,没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况,本人愿意承担相应的责任。 声明人(签名): 2013年 5月 29日摘 要气动机械手是以气压为驱动力的机械手。机械手并不是在简单意义上代替人工的劳动,而
2、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,它主要是用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。所以气动机械手能够降低劳动强度,提高生产效率。但它的缺点也很明显,因为气体具有很大的可压缩性, 要做到气动机械手精确定位难度很大, 尤其是难以实现任意位置的多点定位;而且可压缩性也带来不能承受过重的负载的限制。传统气动系统只能靠机械定位置的调定位置而实现可靠定位, 并且其运动速度只能靠单向节流阀单一调定, 经常无法满足许多设备的自动控制要求。本课题经过深刻的研究发现,目前生产线上的气动翻
3、转机械手一个运动进程只能实现一次抓取和翻转功能的,感觉这种机械手效率太低。所以本次设计针对这个缺点,设计出了一种气动翻转机械手,它在一个运动进程能实现两次抓取和翻转,提高了工作效率,加快生产效率。全文由五章构成:关键词:气动装置;机械手;翻转装置;夹瓶器;全套图纸,加153893706AbstractPneumatic manipulator is a robot which is based on Pressure-driven. The robot is the combination of expertise and expertise of an anthropomorphic mac
4、hine electro-mechanical device, not simply instead of manual labor. It owns both the rapid response to the environment state and the ability of a long continuous operation, high accuracy, and the resistance to harsh environments. It is mainly used to crawl at a fixed program, and carry objects and o
5、perate tools automatically. So Pneumatic Manipulator can reduce labor intensity, improve production efficiency. However, its disadvantages are obvious. Pneumatic Manipulator getting the precise positioning is very difficult, especially achieving multi-point positioning to anywhere because of the gre
6、at compressibility of gas. Also, the compressibility limits a load to be too heavy. Traditional pneumatic system only relies on the set position of the mechanical giving location and reliable positioning and velocity which relies on a single one-way throttle. So it is often unable to meet many requi
7、rements of the automatic control equipment. After a deep study, we found that the pneumatic flip robot on the current production line can only be achieved crawling and flip function once in a movement process whose efficiency is too low. So we design a pneumatic flip robot which can achieve the two
8、crawling and flipping in a motion process. There is no doubt that the pneumatic flip robot can improve work efficiency and speed up the production efficiency. Key words: pneumatic devices; robot; turning device; clip bottle;目 录摘 要Abstract第1章 绪论11.1 引言11.2气动机械手的发展11.2.1国外气动机械手状况11.2.2国内气动机械手情况31.3发展趋
9、势31.3.1重复高精度31.3.2模块化31.3.3无给油化41.3.4 机电气一体化41.4 机械手夹持部件结构示意图41.4.1 外夹持型机械手41.4.2 内夹持型机械手51.5国内外气动机械手设计举例51.5.1与模具切割相结合51.5.2 机械手虚拟样机61.5.3 高精度机械手6第2章 气动翻转机械手总体设计82.1 抓取系统的初步设计82.2 翻转系统的初步设计82.2.1 锥齿轮电机翻转82.2.2 链轮链条气缸翻转92.2.3 翻转方案选择92.3气动翻转机械手的三维建模、装配思路102.3.1各部分零件设计102.3.2 气动翻转机械手的运动学仿真102.3.3 研究思路
10、方案、可行性分析及预期成果11第3章 气动翻转机械手重要零部件设计校核及其装配123.1气缸的设计和校核123.1.1 夹紧系统气缸设计和校核123.1.2 翻转系统气缸设计和校核143.2齿轮设计和校核153.2.1齿轮参数的选择153.2.2齿轮几何尺寸确定153.2.3齿根弯曲疲劳强度计算163.3齿条的设计和校核183.3.1齿条的设计183.4 固定机架上的轴设计和校核203.4.1求输入轴上的功率、转速和转矩203.4.2求作用在齿轮上的力203.4.3 初步确定轴的最小直径213.4.4轴的结构设计213.4.5精确校核轴的疲劳强度233.5圆锥滚子轴承的设计和校核253.6键连
11、接设计和校核263.6.1输入轴键计算263.6.2中间轴键计算263.6.3输出轴键计算273.7联轴器的设计和校核27第4章 三维建模和运动仿真294.1 整体装配图294.2夹紧系统装配图294.3气缸推动和翻转系统装配图304.4 气缸推动夹紧装置系统装配图30第5章 总结与展望325.1总结325.2展望32参考文献33致 谢35浙江理工大学本科毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 引言近20年来,气动技术的应用领域迅速拓宽,尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合, 使整个系统自动化程度更高, 控制方式更灵活, 性能更加可靠; 气动机械手、柔性自动生
12、产线的迅速发展, 对气动技术提出了更多更高的要求;由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点, 国内外都在大力研发气动机械手。1.2气动机械手的发展1.2.1国外气动机械手状况从各国的行业统计资料来看, 近30多年来, 气动行业发展很快。20世纪70年代, 液压与气动元件的产值比约为9:1, 而30多年后的今天, 在工业技术发达的欧美、日本等国家, 该比例已达到6:4, 甚至接近5:5。90年代初,有布鲁塞尔皇家军事学院Y.Bando教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人-阿基里斯六脚勘测员,也被称为FESTO的六足动物12。Y.Bando教授采用了世界上著名的德国F
13、ESTO生产的气动元件、可编程控制器和传感器等,创造了一个在荷马史诗中最健壮最勇敢的希腊英雄-阿基里斯。它能在人不易进入的危险区域、污染或放射性的环境中进行地形侦察。六脚电子气动机器人的上方安装了一个照相机来探视障碍物,能安全的绕过它,并在行走过程中记录和收集数据。六脚电子气动机器人行走的所有程序由FPC101-B可编程控制器控制,FPC101-B能在六个不同方向控制机器人的运动,最大行走速度0.1m/s。通常如果有三个脚与地面接触,机器人便能以一种平稳的姿态行走,六脚中的每一个脚都有三个自由度,一个直线气缸把脚提起、放下,一个摆动马达控制脚伸展、退回,另一个摆动马达则负责围绕脚的轴心作旋转运
14、动。每个气缸都装备了调节速度用的单向节流阀,使机械驱动部件在运动时保持平稳,即在无级调速状态下工作。控制气缸的阀内置在机器人体内,由FPC101-B可编程控制器控制。当接通电源时,气动阀被切换到工作状态位置,当关闭电源时,他们便回到初始位置。此外,操作者能在任何一点35浙江理工大学本科毕业设计(论文)上停止机器人的运动,如果机器人的传感器在它的有效范围内检测到障碍物,机器人也会自动停止。由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人,它能在两个相互垂直的表面上行走(包括从地面到墙面或者从墙面到天花板上)。该机器人轴心的圆周边上装备着等距离(根据步距设置)的吸盘和气缸,一组吸盘吸力与另一组吸盘吸力的交替交换,类似脚踏似的运动方式,使机器人产生旋转步进运动。这种攀墙式机器人可被用于工具搬运或执行多种操作,如在核能发电站、高层建筑物气动机械手位置伺服控制系统的研究或船舶上进行清扫、检验和安装工作。机器人用遥控方式进行半自动操作,操作者只需输入运行的目标距离,然后