《送料机械手设计及其运动仿真.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《送料机械手设计及其运动仿真.doc（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、皖西学院本科毕业设计1机械手设计要求与动作分析1.1毕业设计目的毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。其主要目的：(1) 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 (2) 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。(3) 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技
2、术文件等方面的工作能力。(4) 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。1.2本课题的内容和要求（1）原始数据及资料原始数据：a、 生产纲领：80000件（两班制生产）b、 动作要求：臂转动180臂上下运动 500mm臂伸长（收缩）500mm腕部回转 90手部夹持工件50100mm（2）设计要求：a、结合课题给参数，确定结构方案，完成机械手的结构设计及各种计算，并作出相应运动仿真校核；b、绘制机械手的相应零件图、装配图；（画装配结构，安装说明等）（3）技术要求主要参数的确定：a、坐标形式：直角坐标系b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，
3、回转运动180。c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。d、控制方式：起止设定位置。e、定位精度：0.5mm。f、驱动方式：液压驱动。1.3分析动作要求动作要求分析如图1.2所示 动作一：预夹紧动作二：手臂上升动作三：手臂旋转动作四：小臂伸长动作五：手腕旋转动作六：卸荷动作七：小臂缩短动作八：手臂转回 预夹紧手臂上升 手臂旋转 小臂伸长 手腕旋转手臂转回图1.2 动作要求分析2机械手的组成与分类2.1机械手结构方案的设计机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统组成。【1】（1）执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件如图2.1所示：图2.1机构简图 手部：是机械手与工件接触的部件。由于
4、本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。由手指和传力机构所构成，手指与工件接触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。机械手执行机构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
5、驱动系统，让执行机构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。2.2机械手的分类2.2.1根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类： 承担搬运工作的机械手：这种机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。 生产工业用机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。 通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业。2.2.2按功能分类 专用机械手：它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于
6、大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。 通用机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。 示教再现机械手：采用示教法编程的通用机械手。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。机械手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。2.2.3按驱动方式分 液压传动机械手 气压传动机械手 机械传动机械手2.2.4按控制方式分 固定程序机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，
7、程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。 可编程序机械手：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变。3抓取机构的设计3.1手部设计计算3.1.1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，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。【2】(2)有足够的开闭范围。夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关
8、，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图3.1所示。图3.1 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。因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，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。3.1.2拉紧装置原理【4】如图3.2所示：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹
9、紧工件，油缸右腔进油时松开工件。图3.2 油缸示意图（1）右腔推力为FP=（4）DP （3.1）=（4）0.52510=4908.7N（2）根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：F1=（2ba）（cos）N （3.2） 其中 N=498N=392N，带入公式2.2得：F1=（2ba）（cos）N =(2150/50)（cos30）392 =1764N则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/ （3.3）=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N（3）计算手部活塞杆行程长L,即L=（D/2）tg （3.4） =25tg30 =23.1mm经圆整取l=25mm（4）确定
10、“V”型钳爪的L、。取L/Rcp=3 （3.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （3.6）由公式（3.5）（3.6）得：L=3Rcp=150取“V”型钳口的夹角2=120，则偏转角按最佳偏转角来确定，查表得：=2239（5）机械运动范围（速度） 伸缩运动 Vmax=500mm/s1. Vmin=50mm/s 上升运动 Vmax=500mm/s2. Vmin=40mm/s 下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s 回转Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s （6）手部右腔流量Q=sv （3.7）=60r=603.1425=1177.5mm/
11、s（7）手部工作压强P= F1/S （3.8） =3500/1962.5=1.78Mpa3.2腕部设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。要求：回转90角速度W=45/s以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。如图3.3所示。【5】3.2.1计算扭矩M1设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：M1=FS （3.9）=109.80.2=19.6（NM）工件 F S F 图3.3 腕部受力简图3.2.2油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M24F=5kg S=10cm带入
12、公式2.9得M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3.2.3摆动缸的摩擦力矩M摩4F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩=F摩S=6（NM）3.2.4摆动缸的总摩擦力矩M4M=M1+M2+M摩 （3.10） =30.5（NM） 3.2.5由公式T=Pb（A1-mm）106/8 （3.11）其中： b叶片密度，这里取b=3cm；A1摆动缸内径, 这里取A1=10cm；mm转轴直径, 这里取mm=3cm。所以代入（3.11）公式P=8T/b（A1-mm）106=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因为W=8Q/（A1-mm）b所以 Q=W（A1-mm）b/8 =（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s3.3臂伸缩机构设计手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。手臂的伸缩速度为200m/s行程L=500mm(1)手臂右腔流量，公式（3.7）得【7】：Q=sv =20040
