自動化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計

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自動化生產(chǎn)線六工位機(jī)械手的設(shè)計

目錄

摘要 I

ABSTRACT II

第一章  緒 論 1

1.1 工業(yè)機(jī)械手 1

1.1.1工業(yè)機(jī)械手概述 1

1.1.2選題背景 1

1.1.3設(shè)計目的 2

1.2 機(jī)械手的組成和分類 3

1.2.1機(jī)械手的組成 3

1.2.2 機(jī)械手的分類 6

1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 7

1.4  課題的提出及主要任務(wù) 9

1.4.1課題的提出 9

1.4.2課題的主要任務(wù) 10

第二章  機(jī)械手的設(shè)計方案 11

2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 11

2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 13

2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 13

2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 14

2.5 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 16

2.5.1機(jī)械手氣壓驅(qū)動 17

2.5.2機(jī)械手氣壓驅(qū)動系統(tǒng) 17

2.6 機(jī)械手的緩沖方案設(shè)計 19

2.7 機(jī)械手的主要參數(shù) 20

2.8 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 20

第三章  手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 22

3.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 22

3.2手指的形狀和分類 22

3.3設(shè)計時考慮的幾個問題 23

3.4手部夾緊氣缸的設(shè)計 23

第四章  手臂伸縮，升降，橫移的尺寸設(shè)計與校核 28

4.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核 28

4.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 28

4.1.2 尺寸校核 28

4.1.3.導(dǎo)向裝置 29

4.1.4 平衡裝置 29

4.2 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計與校核 30

4.2.1 尺寸設(shè)計 30

4.2.2 尺寸校核 30

4.3手臂橫移氣缸的尺寸設(shè)計與校核 31

4.3.1 尺寸設(shè)計 31

4.3.2 尺寸校核 31

第五章   機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 33

5.1  系統(tǒng)工作原理圖 33

5.2系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制 34

第六章  結(jié)論 36

致 謝 37

參考文獻(xiàn) 38

摘要

本文簡要介紹了工業(yè)機(jī)械手的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，氣動技術(shù)的特點(diǎn)，繼電器控制的特點(diǎn)及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。

本文對機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時，設(shè)計了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計算出了手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩。設(shè)計了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。

設(shè)計出了機(jī)械手的氣動系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，對氣壓系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。

利用繼電器程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的電磁繼電器，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了繼電器程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時序圖，并繪制了繼電器程序控制器的控制程序。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，氣動，繼電器程序控制器

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  緒 論

1.1 工業(yè)機(jī)械手

1.1.1工業(yè)機(jī)械手概述

本課題是研究設(shè)計一種在自動化生產(chǎn)線上能實(shí)現(xiàn)組裝功能的六工位機(jī)械手。該機(jī)械手在氣缸生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線等自動化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。例如氣缸生產(chǎn)線組裝單元采用該機(jī)械手可以分別抓取已加工好的缸體、活塞、彈簧、缸蓋分別放到組裝工位進(jìn)行組裝，然后把組裝好的汽缸抓取放到分檢單元分類檢測。

   要求：

1. 設(shè)計合理選擇機(jī)器的驅(qū)動裝置；

2. 設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)；

3. 選擇機(jī)器人的控制方式；

4. 設(shè)計機(jī)器人的控制系統(tǒng)；

工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。

1.1.2選題背景

機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計是非常有意義的。

1.1.3設(shè)計目的

本設(shè)計通過對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、特殊要求的多工位自動化生產(chǎn)線上下料機(jī)械手的設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上多工位自動化生產(chǎn)線裝卸工件仍由人工完成，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn),針對具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。

各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速.凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速.這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在搜近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快起動速度.也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降.其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁潤排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。

    為簡化氣路，減少電磁閱的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這樣可以省去電磁閥和切換竹流悶或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。

電磁閥的通徑.是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計算出所需壓縮空氣流最.與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。

5.2氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制

在使用AutoCAD繪制氣動原理圖的時候.我們經(jīng)常需要大量使用泵、閥等符號。例如.在本機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)原理圖中，頻繁使用了氣缸、二位五通換向闊等元件。在下面的過載保護(hù)回路中使用了氣缸、二位四通換向閥、順序閥、二位三通換向閥等元件。作為通用軟件，AutoCAD未提供這些符號。若每次繪圖時都重復(fù)繪制，非常麻煩，效率很低，即使采用塊插入，也難以做到統(tǒng)一、規(guī)范。因此，我們在AutoCAD菜單攔中添加“氣動符號”菜單，以油足氣動原理圖繪制中對專用符號的需求。

第六章  結(jié)論

1、本次設(shè)計的是氣動專用機(jī)械手，相對于通用機(jī)械手，專用機(jī)械手的自由度不可變，控制程序不可調(diào)，因此只能在專屬的設(shè)備上使用。

2、采用氣壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。

不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境。同時成本低廉。

3、通過對氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度，節(jié)省了大量時間和避免了不必要的重復(fù)勞動，同時做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。

4、機(jī)械手采用繼電器程序控制，具有可靠性高、改變較方便等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過它來實(shí)現(xiàn)

致 謝

歷時近三個月的畢業(yè)設(shè)計終于完成，在這這段時間里，我運(yùn)用大學(xué)四年的專業(yè)知識比較成功的完成了本次畢業(yè)設(shè)計，在畢業(yè)設(shè)計中通過方案論證，理論設(shè)計計算，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，工程圖的繪制，設(shè)計說明書的撰寫等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，已經(jīng)使個人理論水平和實(shí)際動手能力有了一次飛躍，鍛煉了個人在設(shè)計、分析，動手實(shí)踐等方面的能力，同時使所學(xué)專業(yè)知識得到一次全面的鞏固和加強(qiáng)。

此次畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成，我得到了很多老師、同學(xué)的關(guān)心、幫助和支持，在此本人首先向他們表示感謝。在畢業(yè)設(shè)計過程中，我的指導(dǎo)老師給予很多專業(yè)方面的幫助。在設(shè)計前期的準(zhǔn)備時，張老師就非常關(guān)注我的選題，指明選題方向，幫助分析題目的可行性和實(shí)際中可能出現(xiàn)的問題以及需要注意的事項；在進(jìn)行方案選擇時，為我指出所需要重點(diǎn)掌握的知識范圍，并幫助我分析相應(yīng)知識難點(diǎn)的原理，使我的畢業(yè)設(shè)計能順利進(jìn)行。

同時，我也要感謝大學(xué)四年所有教過和沒有教過但給我很多幫助的老師，是他們的教導(dǎo)讓我能在這里學(xué)到很多的專業(yè)知識，給我以后工作和學(xué)習(xí)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)，是他們的諄諄教誨使我明白了更多為人處事的道理，給我今后的人生足跡烙下更深的印跡，在此我衷心地感謝所有幫助過我的老師。此外，非常感謝許多其他同學(xué)，他們很多想法和建議對我啟發(fā)很大。在此一并致謝！

由于時間和個人知識及能力水平有限，論文中難免會有一些紕漏或錯誤之處，懇請各位老師批評指正。不勝感謝！

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