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（全套CAD）氣動通用上下料機械手

臂回轉運動時在啟動制動瞬間產生的慣性力矩，使運動部件受力狀態簡單。導向裝置結構形式，常用的有單圓柱雙圓柱四圓柱和形槽燕尾槽等導向型式。立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的部分，手臂的回轉運動和升降或俯仰運動均與立柱有密切的聯系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。行走機構當工業機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪軌道等行走機構，以實現工業機械手的整機運動。滾輪式行走機構可分為有軌的和無軌的兩種。驅動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。機座機座是機械手的基礎部分，機械手執行機構的各部件和驅動系統均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。二驅動系統驅動系統是驅動工業機械手執行機構運動的動力裝置，通常由動力源控制調節裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統有液壓傳動氣壓傳動電力傳動和機械傳動等四中形式。三控制系統控制系統是支配著工業機械手按規定的要求運動的系統。目前工業機械手的控制系統般由程序控制系統和電氣定位或機械擋塊定位系統組成?？刂葡到y有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息如動作順序運動軌跡運動速度及時間，同時按其控制系統的信息對執行機構發出指令，必要時可對機械手的動作進行監視，當動作有錯誤或發生故障時即發出報警信號。四位置檢測裝置控制機械手執行機構的運動位置，并隨時將執行機構的實際位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使執行機構以定的精度達到設定位置。機械手的分類工業機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內尚無統的分類標準，在此暫按使用范圍驅動方式和控制系統等進行分類。按用途分機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種專用機械手它是附屬于主機的具有固定程序而無獨立控制系統的機械裝置。專用機械手具有動作少工作對象單結構簡單使用可靠和造價低等特點，適用于大附屬，如自動機床自動線的上下料機械手和加工中心”批量的自動化生產的自動換刀機械手。通用機械手它是種具有獨立控制系統的程序可變的動作靈活多樣的機械手。氣動,通用,上下,機械手,自由度,畢業設計,全套,圖紙目錄緒論.機械手概述.機械手的組成和分類機械手的組成機械手的分類.國內外發展狀況.課題的提出及主要任務課題的提出課題的主要任務機械手的設計方案.機械手的座標型式與自由度.機械手的手部結構方案設計.機械手的手腕結構方案設計.機械手的手臂結構方案設計.機械手的驅動方案設計.機械手的控制方案設計.機械手的主要參數.機械手的技術參數列表手部結構設計.夾持式手部結構手指的形狀和分類設計時考慮的幾個問題手部夾緊氣缸的設計.氣流負壓式吸盤手腕結構設計.手腕的自由度.手腕的驅動力矩的計算手腕轉動時所需的驅動力矩手臂結構設計.手臂伸縮與手腕回轉部分結構設計導向裝置手臂伸縮驅動力的計.手臂升降和回轉部分結構設計.手臂伸縮氣缸的設計.手臂伸縮升降用液壓緩沖器.手臂回轉用液壓緩沖器結論參考文獻致謝緒論.機械手概述工業機器人由操作機機械本體控制器伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是種仿人操作，自動控制可重復編程能在三維空間完成各種作業的機電體化自動化生產設備。特別適合于多品種變批量的柔性生產。它對穩定提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機器人技術是綜合了計算機控制論機構學信息和傳感技術人工智能仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是個國家工業自動化水平的重要標志。機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器特長的種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作精確度高抗惡劣環境的能力，從種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序軌跡和要求實現自動抓取搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為“工業機械手”。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率可以減輕勞動強度保證產品質量實現安全生產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境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工沖壓鑄鍛焊接熱處理電鍍噴漆裝配以及輕工業交通運輸業等方面得到越來越廣泛的引用。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。.采用的機械手的手部結構是支點兩指回轉型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設計成型，其結構如附圖所示。手部夾緊氣缸的設計手部驅動力計算本課題氣動機械手的手部結構如圖.所示，其工件重量，形手指的角度,摩擦系數為.。圖.齒輪齒條式手部根據手部結構的傳動示意圖，其驅動力為根據手指夾持工件的方位，可得握力計算公式所以實際驅動力因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取η.，并取.。若被抓取工件的最大加速度取時，則所以所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為。氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。根據力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為式中活塞桿上的推力，彈簧反作用力，氣缸工作時的總阻力,氣缸工作壓力，彈簧反作用按下式計算式中彈簧剛度，彈簧預壓縮量，活塞行程，彈簧鋼絲直徑，彈簧平均直徑，.彈簧外徑，彈簧有效圈數彈簧材料剪切模量，般取.在設計中，必須考慮負載率η的影響，則由以上分析得單向作用氣缸的直徑代入有關數據，可得所以查有關手冊圓整，得由，可得活塞桿直徑.圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式,則.滿足設計要求。缸筒壁厚的設計缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有定厚度。般氣缸缸筒壁厚與內徑比小或等于，其壁厚可按薄壁筒公式計算式中缸筒壁厚，氣缸內徑，實驗壓力，取.,材料為,代入己知數據，則壁厚為.取.，則缸筒外徑為.。.氣流負壓式吸盤氣流負壓式吸盤是利用吸盤即用橡膠或軟性塑料制成皮腕內形成負壓將工件吸住。它適用于搬運些薄片形狀的工件，如薄鐵片板材紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更為明顯。氣流負壓式與鉗爪式手部相比較，氣流負壓式手部具有結構簡單，重量輕，表面吸附力分布均勻，但要求所吸附表面平整光滑無孔和無油。按形成負壓或真空的方法，氣流負壓式手部可分為真空式氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤。在本機械手中，擬采用噴射式氣流負壓吸盤。圖.噴射氣流原理圖噴射式氣流負壓吸盤的工作原理如圖.所示，根據流體力學，氣體在穩定流動狀態下，單位時間內氣體經過噴嘴的每開發出直接遙控機器人雙臂協調控制機器人爬壁機器人管道機器人等機種在機器人視覺力覺觸覺聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了定的發展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術遙控加局部自主系統遙控機器人智能裝配機器人機器人化機械等的開發應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統攻關，才能形成系統配套可供實用的技術和產品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。.課題的提出及主要任務課題的提出隨著工業自動化程度的提高，工業現場的很多易燃易爆等高危及重體力勞動場合必將由機器人所代替。這方面可以減輕工人的勞動強度，另方面可以大大提高勞動生產率。例如，目前在我國的許多中小型汽車生產以及輕工業生產中，往往沖壓成型這工序還需要人工上下料，既費時費力，又影響效率。為此，我們把上下料機械手作為我們研究的課題?，F在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失摩擦損失泄露損失等液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應用范圍，可能引起失火事故，而且影響執行部分的運動平穩性及正確性。工作時受溫度變化影響較大。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變化。因液壓脈動和液體中混入空氣，易產生噪聲。為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高且使用維護需要較高技術水平。鑒于以上這些缺陷，本機械手擬采用氣壓傳動，氣動技術有以下優點介質提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質提取容易，而后排入大氣，處理方便，般不需設置回收管道和容器介質清潔，管道不易堵塞不存在介質變質及補充的問題。阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小般僅為油路的千分之，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。動作迅速，反應靈敏。氣動系統般只需要即可建立起所需的壓力和速度。氣動系統也能實現過載保護，便于自動控制。能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發生突然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突然中斷。工作環境適應性好。在易燃易爆多塵埃強磁強輻射振動等惡劣通過調整可在不同場合使用，驅動系統和格性能范圍內，其動作程序是可變的，控制系統是獨立的。通用機械手的工作范圍大定位精度高通用性強，適用于不斷變換生產品種的中小批量自動化的生產。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種簡易型以“開關”式控制定位，只能是點位控制伺服型具有伺服系統定位控制系統，可以點位控制，也可以實現連續軌跡控制，般的伺服型通用機械手屬于數控類型。二按驅動方式分液壓傳動機械手是以液壓的壓力來驅動執行機構運動的機械手。其主要特點是抓重可達幾百公斤以上傳動平穩結構緊湊動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統，可實現連續軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執行機構運動的機械手。其主要特點是介質來源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重般在公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適用于高速輕載高溫和粉塵大的環境中進行工作。機械傳動機械手即由機械傳動機構如凸輪連桿齒輪和齒條間歇機構等驅動的機械手。它是種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它主要特點是運動準確可靠，動作頻率大，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上下料。電力傳動機械手即有特殊結構的感應電動機直線電機或功率步進電機直接驅動執行機構運動的機械手，因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發展前途。三按控制方式分點位控制它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數多，則必然增加電氣控制系統的復雜性。目前使用的專用和通用工業機械手均屬于此類。連續軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現平穩和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統復雜。機械手的組成和分類機