畢業(yè)設計(論文)-仿形車床上料機構設計(含全套CAD圖紙)
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優(yōu)秀畢業(yè)論文,支持預覽,答辯通過,歡迎下載需要 CAD 圖紙,Q 咨詢 414951605 或 1304139763畢 業(yè) 設 計(說明書)題 目 仿形車床上料機械手設計 專 業(yè) XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX學生姓名 學 號 指導教師 論文字數(shù) 完成日期 2014 年 X 月 優(yōu)秀畢業(yè)論文,支持預覽,答辯通過,歡迎下載2摘要隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,機器人技術越來越受到廣泛關注,在工業(yè)生產(chǎn)日益現(xiàn)代化的今天,機器人的使用變得越來越普及。因此,對于機器人技術的研究也變得越來越迫切,尤其是工業(yè)機器人方面。本論文作者針對這一領域,設計了一款仿形車床上料機械手,該機器人擁有兩個自由度。首先,作者針對該機器人的設計要求,對結構設計選擇了一個最優(yōu)方案,對關鍵零件設計并進行校核。本課題是一個機械、液壓緊密的實用性項目,文中對機械手機械結構的設計、液壓系統(tǒng)的設計討。最后,總結了全文,指出了機械手的改進措施、應用前景和發(fā)展方向。關鍵字:機械手,液壓系統(tǒng),仿形車床優(yōu)秀畢業(yè)論文,支持預覽,答辯通過,歡迎下載3AbstractWith the development of modern science and technology, robotic technology is more and more attention, in an increasingly modernized industrial production, the use of robots is becoming more and more popular. Therefore, the research of robot technology becomes more and more urgent, especially the industrial robot. The author of this thesis in this field, designed a lathe feeding manipulator, the robot has two degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of design of the robot, the structure design to choose an optimal scheme for the design of key parts, and check.This research project is a mechanical, hydraulic strong practicability, design of mechanical structure, mechanical mobile phone of hydraulic system in this paper. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction.Keywords: manipulator, hydraulic system, copying latheXXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書4目錄摘要 ................................................................2Abstract............................................................3第 1 章 緒論 .........................................................91.1 選題背景及其意義 ............................................91.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ....................................91.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 .........................................91.2.2 國外研究現(xiàn)狀 ..........................................101.2.3 發(fā)展趨勢 ..............................................111.3 本設計主要研究的內(nèi)容 .......................................11第 2 章 機械手的總體設計 ............................................132.1 機械手的組成及各部分關系概述 ...............................132.2 機械手的設計分析 ...........................................132.2.1 設計要求 ..............................................132.2.2 總體設計任務分析 ......................................132.2.3 總體方案擬定 ..........................................16第 3 章 機械手結構的設計分析 ........................................173.1 末端操作器的設計分析 .......................................173.2 手腕的設計分析 .............................................173.3 機身和機座的設計分析 .......................................17第 4 章 機械手各部件的載荷計算 ......................................194.1 設計要求分析 ...............................................194.2 手指夾緊機構的設計 .........................................194.3 機身擺動機構載荷力矩的計算 .................................204.4 初選系統(tǒng)工作壓力 ...........................................21第 5 章 機械手各部件結構尺寸計算及校核 ..............................235.1 手指油缸尺寸的確定 .........................................235.2 機身擺動機構的確定 .........................................265.3 強度校核 ...................................................26XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書55.4 彎曲穩(wěn)定性校核 .............................................27第 6 章 液壓系統(tǒng)的設計 ..............................................296.1 制定基本方案 ...............................................296.1.1 基本回路的選擇 ........................................296.2 液壓元件的選擇 .............................................306.2.1 液壓泵的選擇 ..........................................306.2.2 液壓泵所需電機功率的確定 ..............................316.2.3 液壓閥的選擇 ..........................................326.2.4 液壓輔助元件的選擇原則 ................................326.2.5 油箱容量的確定 ........................................346.2.6 液壓原理圖 ............................................34結論 ...............................................................36參考文獻 ...........................................................37致謝 ...............................................................38XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書6第 1 章 緒論1.1 選題背景及其意義隨著工業(yè)自動化程度的提高,工業(yè)現(xiàn)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。這一方面可以減輕工人的勞動強度,另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。通過本課題,讓學生在畢業(yè)設計過程中綜合大學所學基礎課程及專業(yè)課程,培養(yǎng)學生綜合應用所學知識和技能去分析和解決一般工程技術問題的能力;進一步培養(yǎng)學生分析問題、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。本課題中仿形車床上料機械手系統(tǒng)主要采用液壓驅動。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀工業(yè)機械手最早應用在汽車制造工業(yè),常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。工業(yè)機械手延伸和擴大了人的 手足和大腦功能,它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作:代替人完成繁重、單調重復勞動,提高勞動生產(chǎn)率,保證產(chǎn)品質量。目前主要應用與制造業(yè)中,特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心,自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng),實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,功能和性能的不斷改善和提高,機械手的應用領域日益擴大。我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)始于 20 世紀 70 年代。1972 年我國第一臺機械手開發(fā)于上海,隨之全國各省都開始研制和應用機械手。從第七個五年計劃(1986-1990)開始,我國政府將工業(yè)機器人的發(fā)展列入其中,并且為此項目投入大量的資金,研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人,有由北京機械自動化研究所設計制造的噴涂機器人,廣州機床研究所和北京機床研究所合作設計制造的點焊機器人,大連機床研究所設計制造的氬弧焊機器人,沈陽工業(yè)大學設計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器,都是由中國科學院沈陽自動化研究所和北京科技大學機器人研究所開發(fā)的,同時一系列的機器人關鍵部件也被開發(fā)出來,如機器人專用軸承,減震齒輪,直流伺服電機,編碼器,XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書7DC——PWM 等等。我國的工業(yè)機械手發(fā)展主要是逐步擴大其應用范圍。在應用專業(yè)機械手的同時,相應的發(fā)展通用機械手,研制出示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等??梢詫C械手各運動構件,如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構,設計成典型的通用機構,以便根據(jù)不同的作業(yè)要求,選用不用的典型機構,組裝成各種用途的機械手,即便于設計制造,又便于跟換工件,擴大了應用范圍。目前國內(nèi)機械手主要用于機床加工、鍛造。熱處理等方面,數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以,在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍,重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手,以減輕勞動強度,改善作業(yè)條件,在應用專業(yè)機械手的同時,相應的發(fā)展通用機械手,有條件的要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度,減少沖擊,正確定位,以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型,以及具有觸覺、視覺等性能的機械手,并考慮與計算機連用,逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多,發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料,以及點焊、噴漆等作業(yè),它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,作相應的變更。如 發(fā)生少許偏差時候,即能更正并自行檢測,重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績。1962 年,美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上,又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂可以回轉、俯仰、伸縮,用液壓驅動;控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。不少球面坐標式機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的;同年該公司和普曼公司合并成為萬能制動公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962 年美國機械鑄造公司也實驗成功一種叫 Versatran 機械手,原意是靈活搬運,可做點位和軌跡控制:該機械手的中央立柱可以回轉、升降、伸縮,采用液壓驅動,控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這 2 種機械手出現(xiàn)在六十年代初,但都是國外機械手發(fā)展的基礎。從 60 年代后期起,噴漆、弧焊工業(yè)機器人XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書8相繼在生產(chǎn)中開始應用。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制出一種 Unimation—Vic.arm 型工業(yè)機械手,裝有小型電子計算機進行控制,用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應用機械手,主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè):聯(lián)邦德國 Kuka 公司還生產(chǎn)一種點焊機械手,采用關節(jié)式結構和程序控制;日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快,應用國家最多的國家,自 1969 年從美國引進兩種典型機械手后,開始大力從事機械手的研究,目前以成為世界上工業(yè)機械手應用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應用機械手,主要用于機械化、自動化程序較低、繁重單調、有害于健康的輔助性工作。1.2.3 發(fā)展趨勢現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線,尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線,大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動;車身外殼被真空吸盤吸起和放下,在指定工位的夾緊和定位;點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊,都采用了各種特殊功能的氣動機械手。目前世界高端工業(yè)機械手均具有高精化,高速化,多軸化,輕量化等的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求,運行速度可以達到 3M/S,良新產(chǎn)品可以達到 6 軸,負載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相互結合,從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時,隨著機械手的小型化和微型化,其應用領域將會突破傳統(tǒng)的機械領域,從而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。1.3 本設計主要研究的內(nèi)容本課題研究的機械手一共擁有兩個自由度,采用全液壓驅動,本文擬定解決的主要問題如下:1、機械部分機械手的執(zhí)行機構,由手爪、手腕、手臂、支座組成。手爪是抓取機構,用來夾緊或是松開工件,與人的手指相仿,能完成人手的類似動作。手腕是連接手指和手臂的元件,可以進行回轉動作。簡單的機械手可以沒有手腕,而只有手臂,手臂的動作和手腕相類似,只是動作范圍更大,可以前后伸縮,上下XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書9俯仰和左右擺動等。支柱用來支撐手臂,它是固定的。(1)機械結構部分1.運動形式方案選擇為實現(xiàn)不同動作,應選取不同方案。本課題已確定采用球坐標機構。2.機身結構機身采用回轉與俯仰結構機身。實現(xiàn)回轉的驅動方案有幾種,擺動油缸驅動,升縮油缸在上,回轉油缸在下。實現(xiàn)機身回轉采用液壓馬達驅動。3.手腕結構手腕的運動方式為回轉運動,回轉運動采用擺動油缸來實現(xiàn)。4.執(zhí)行結構執(zhí)行機構設計根據(jù)我所設計的機械手的要求,抓取同樣用液壓缸驅動。(2)機械手驅動方案采用液壓驅動,液壓實現(xiàn)機身的回轉與手腕的回轉。為實現(xiàn)機身的旋轉,選用液壓馬達驅動。手腕回轉采用擺動油缸驅動,手抓的驅動同樣采用液壓驅動。XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書10第 2 章 機械手的總體設計2.1 機械手的組成及各部分關系概述機械手由三大部分(機械部分、傳感部分、控制部分)六個子系統(tǒng)(驅動系統(tǒng)、機械結構系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng))組成。機械結構系統(tǒng):機器人的機械結構又主要包括末端操作器、手腕、手臂、機身(立柱) 。驅動系統(tǒng):驅動器是把從動力源獲得的能量變換成機械能,使機器人各關節(jié)工作的裝置,常見的驅動形式有步進電機驅動、直流電機驅動、交流電機驅動、液壓驅動、氣壓驅動以及近些年出現(xiàn)的一些特殊的新型驅動(例如超聲波驅動、磁致伸縮驅動、靜電驅動等) ??刂葡到y(tǒng):機器人的控制方式多種多樣,根據(jù)作業(yè)任務不同,主要可分為點位控制方式(PTP) 、連續(xù)軌跡控制方式( CP) 、力(力矩)控制方式和智能控制方式。2.2 機械手的設計分析2.2.1 設計要求該機械手的動作流程:初始位姿→手爪松開→抓住物體→機身旋轉→手腕旋轉90°→放下物體→手腕歸位→機身回轉回到初始位姿。 2.2.2 總體設計任務分析(1) 結構形式的設計: 機械手常見的運動形式有 1)直角坐標型 2)圓柱坐標型 3)球坐標(極坐標)型 4)關節(jié)型(回轉坐標)型 5)平面關節(jié)型五種 。]1[圓柱坐標型是由三個自由度組成的運動系統(tǒng),工作空間為圓柱形,它與直角坐標型比較,在相同的空間條件下,機體所占體積小,而運動范圍大。直角坐標型,其運動部分的三個相互垂直的直線組成,其工作空間為長方體,它在各個軸向的移動距離可在坐標軸上直接讀出,直觀性強,易于位置和姿態(tài)的編程計算,定位精度高,結構簡單,但機體所占空間大,靈活性較差。球坐標型,它由兩個轉動和一個直線組成,即一個回轉,一個俯仰和一個XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書11伸縮,其工作空間圖形唯一球體,它可以做上下俯仰動作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件,具有結構緊湊、工作范圍大的特點,但是結構比較復雜。關節(jié)型,這種機器人的手臂與人體上肢類似,其前三個自由度都是回轉關節(jié),這種機器人一般由和大小臂組成,立柱與大臂間形成肘關節(jié),可使大臂作回轉運動和使大臂作俯仰運動,小臂作俯仰擺動,其特點是工作空間范圍大,動作靈活,通用性強,能抓取靠近機座的工件。平面關節(jié)型,采用兩個回轉關節(jié)和一個移動關節(jié),兩個回轉關節(jié)控制前后、左右運動,而移動關節(jié)控制上下運動。這種機器人在水平方向上有柔順度,在垂直方向上有較大的剛度,它結構簡單,動作靈活,多用于裝配作業(yè)中,特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配。綜上,本次設計中采用回轉坐標型。(2) 自由度的確定:自由度(Degrees of Freedom),指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目。在運動形式上分為為直線運動 P,為旋轉運動 R。末端執(zhí)行器的執(zhí)行動作不算作機械手的自由度。自由度數(shù)的多少反映了這種機械手能完成動作的復雜程度,根據(jù)對機械手必須完成的動作的研究,設計兩個自由度的機械手即可完成所規(guī)定的工作任務。(3) 驅動方式的選擇:1)驅動系統(tǒng)有液壓驅動 2)氣壓驅動 3)電機驅動4)機械聯(lián)動四種,其中液壓驅動和氣壓驅動較為通用 。]5[液壓驅動:結構緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐振動、防爆性好。而且液壓技術比較成熟,具有動力大、力慣量比大、快速響應高、易于實現(xiàn)直接驅動等特點。氣壓驅動:具有速度快、系統(tǒng)結構簡單、造價較低、維修方便、清潔等特點,適用于中小負載的系統(tǒng)中,但對速度很難進行精確控制,且氣壓不可太高,所以抓舉能力較低,難于實現(xiàn)伺服控制。電機驅動:步進或伺服電機可用于程序復雜、運動軌跡要求嚴格的小型通用機械手; 異步電機、直流電機適用于抓重大、速度低的專用機械手;電源方便,響應快,驅動力較大,信號檢測、傳遞、處理方便,控制方式靈活,安裝維修方便。但控制性能差,慣性大,不易精確定位。XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書12機械聯(lián)動:動作可靠,動作范圍小,結構比較復雜,適用于自由度少、速度快的專用機械手。并且,同其他轉動方式相比較,傳動功率相同時,液壓傳動裝置的重量輕,體積緊湊,可實現(xiàn)無級變速,調速范圍大。運動件的慣性小,能夠頻繁順序換向,傳動工作平穩(wěn),系統(tǒng)容易實現(xiàn)緩沖吸著震,并能自動防止過載。與電氣配合,容易實現(xiàn)動作和操作自動化,與微電子技術和計算機配合,能夠實現(xiàn)各種自動控制工作 。液壓元件基本已經(jīng)上系列化、通用化和標準化,利于 CAD 技]4[術的應用、提高工效,降低成本。容易達到較高的單位面積壓力,較小的體積可獲得較大的出力(推力或轉距) 。液壓系統(tǒng)介質的可壓縮性小,工作較平穩(wěn),可靠,并可實現(xiàn)較高的位置精度。液壓傳動中,力,速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制。液壓裝置采用油液做介質,具有防銹性和自潤滑效能,可以提高機械效率,使用壽命長。綜上,本次設計采用液壓驅動。(4) 控制方式的選擇:1)點位控制方式(PTP)2)連續(xù)軌跡控制方式(CP ) 3)力(力矩)控制方式 4)智能控制方式 。]1[點位控制的特點是只控制工業(yè)機器人末端執(zhí)行機構在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位姿??刂茣r只要求工業(yè)機器人快速、準確地實現(xiàn)相鄰各點之間的運動,而對達到目標點的運動軌跡不做任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術指標是定位精度和運動所需時間。由于其控制方式易于實現(xiàn),常應用于上下料、搬運、點焊等工業(yè)機器人。連續(xù)軌跡控制的特點是連續(xù)的控制工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿,要求其嚴格按照預定的軌跡和速度在一定的精度要求內(nèi)運動,而且速度可控,軌跡光滑且運動平穩(wěn)。這種控制方式的主要技術指標是工業(yè)機器人末端操作器位姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。常用于弧焊、噴漆、去毛邊和檢測作業(yè)機器人。力(力矩)控制方式常用于準確定位并要求使用適度的力或力矩來完成裝配、抓放物體等工作。智能控制方式是通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識,并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫相應做出決策。采用智能控制技術的機器人具有較強的環(huán)境適應性及自學能XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書13力,技術難度及成本要求都比較高。綜上,本次設計采用點位控制。2.2.3 總體方案擬定 因為本機械手工作范圍大,位置精度要求高??紤]本機械手工作要求的特殊情況,本設計采用懸臂式二自由度的機械手: 自由度具體分配如下:1)手臂回轉自由度。擬采用液壓馬達來實現(xiàn),液壓馬達通過齒輪傳動通過帶動與之相連的缸體也發(fā)生轉動,從而實現(xiàn)機身的回轉。其行程角度靠擋塊和限位行程開關來調整。2)手腕回轉自由度。擬采用擺動液壓缸來實現(xiàn)。其行程角度靠擋塊和限位行程開關來調整。XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書14第 3 章 機械手結構的設計分析3.1 末端操作器的設計分析工業(yè)機器人的末端操作器是機器人直接用于抓取、握緊、吸附專用工具等進行操作的部件,根據(jù)被操作工件的形狀、尺寸、重量、材質及表面形態(tài)各有不同,其形式也多種多樣,大部分末端操作器的結構是根據(jù)特定的工件專門加工的,常用的有四類:1)夾鉗式取料手 2)吸附式取料手 3)專用操作器及轉換器 4)仿生多指靈巧手 。]1[夾鉗式取料手是工業(yè)機器人最常用的一種末端操作器形式,在流水線上應用廣泛。它一般由手指、驅動機構、傳動機構、連接與支承元件組成,工作機理類似于常用的手鉗。吸附式取料手靠吸附力取料,根據(jù)吸附力的不同分為氣吸附和磁吸附兩種。吸附式取料手應用于大平面(單面接觸無法抓?。?、易碎(玻璃、磁盤) 、微小(不易抓?。┑奈矬w。因為專用操作器及轉換器和仿生多指靈巧手的技術難度及成本要求都比較高,故在此不多做介紹。3.2 手腕的設計分析機器人手腕是連接末端操作器和手臂的部件,它的作用是調節(jié)或改變工件方位,因而它具有獨立的自由度,以使機器人末端操作器適應復雜的動作要求。此處手腕需實現(xiàn)手部的翻轉(Roll)動作,腕部結構主要體現(xiàn)在手部相對于臂部的旋轉運動上。3.3 機身和機座的設計分析機身,又稱為立柱,是支撐手臂的部件,并能輔助實現(xiàn)手臂的升降、回轉或俯仰運動。它是機器人的基礎部分,起支承作用。對固定機器人,直接連接在地面基礎上,對移動式機器人,則安裝在移動機構上。機器人機座可分為固定式和行走式兩種,一般工業(yè)機器人的機座為固定式。固定式機器人的機身直接連接在地面基礎上,也可以固定在機身上。]1[此處要求機械手的工作范圍比較小,故設計為固定式機器人,機身與機座XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書15用螺柱連接,機座用螺栓固定在地面基礎上。機身設計要求:1)剛度和強度大,穩(wěn)定性好 2)運動靈活,導套不宜過短,避免卡死 3)驅動方式適宜,結構布置合理。XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書16第 4 章 機械手各部件的載荷計算4.1 設計要求分析本課題設計的仿形車床上料機械手采用關節(jié)型坐標系、全液壓驅動,具有手臂伸縮、俯仰、回轉、抓取和手腕回轉五個自由度。執(zhí)行機構相應由手部抓取機構、手腕回轉機構、手臂伸縮機構、手臂俯仰機構、手臂回轉機構和手抓的抓取機構等組成,每一部分均由液壓缸驅動與控制。4.2 手指夾緊機構的設計設計中采用四指 V 形結構,指面光滑,避免工件被夾持部位的表面受損。手指的驅動采用彈簧復位(單活塞桿)單作用液壓缸,傳動機構采用斜楔杠桿式復合回轉傳動,并在杠桿上裝有張緊彈簧,以保證手指夾緊驅動液壓缸的復位 。手指厚度根據(jù)需要夾持的工件設定,V 形指合攏后的的尺寸為工件被夾]1[持部位直徑的外接正六邊形,保證了機械手工作時的可靠性。手指加在工件上的夾緊力,是設計手部結構的主要依據(jù)。夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的載荷以及工件運動狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷(慣性力或慣性力矩) ,以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài) 。]5[手指對工件的夾緊力 計算:NF(4-1)GK321?式中: ——安全系數(shù),通常取 1.2~ 2.0;1K——工作情況系數(shù),主要考慮慣性力的影響。可估算:2= (4-2)2ga?1其中: ——重力加速度;g——運載工件時重力方向的最大上升加速度,可計算:a(4-3)響tvmax?——運載工件時重力方向的最大上升速度, 0.07 。maxv ?maxvs/XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書17——系統(tǒng)達到最高速度的時間,一般取 0.3~ 0.5 。響t s——方位系數(shù),根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選3K定。 0.9~ 1.1。?——被抓取工件所受重力( ) 。GN計算可得: NFGK321? N1608.50.8.93/071. ???????????手指夾緊由單作用液壓缸驅動實現(xiàn),則手指夾緊缸的載荷為:160夾 緊FN4.3 機身擺動機構載荷力矩的計算臂部回轉運動驅動力矩,應根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉部件支承處的摩擦力矩來計算?;剞D動時,由于起動過程中不是等加速運動,所以最大驅動力矩比理論上平均值大一些,計算時一般取 1.3 倍。計算時還要考慮液壓馬達的機械效率 ( 0.9~ 0.99) ,驅動力矩按下式計算:m?(4-4)mafTT?/)(3.1??手 臂式中: ——摩擦力矩(包括各支承處的摩擦力矩 ) ( ) ;f mM?——起動時慣性力矩( ) ,一般按下式計算:a M?(4-5)tJTa????其中: ——臂部對其回轉軸線的轉動慣量( ) ;J ?——速度變化量( ) ;??srd/——回轉運動起動或制動所需的時間(s), 一般為 0.1~ 0.5s。對輕載t低速運動部件取小值,對重載高速部件取大值,行走機械一般取=0.5~ 1.5m/s。tv?/在計算臂部部件的轉動慣量時,可將形狀復雜的零件簡化為幾個形狀簡單的零件,分別求出各簡單零件的轉動慣量。若零、部件沿臂部伸縮運動方向上XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書18的軸向尺寸與其重心到回轉軸線的距離比值不超過二分之一時,一般可把它當作質點來計算,這樣簡化計算的誤差不超過 5%。經(jīng)過計算可得如下結果:0?fTmNtJTa ?????6.235.)284.(?=maf?/)(3.1手 臂 ??.189/(314.4 初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應情況等的限制。在載荷一定的情況下,工作壓力低,勢必要加大執(zhí)行元件的結構尺寸,對某些設備來說,尺寸要受到限制,從材料消耗角度看也不經(jīng)濟;反之,壓力選得太高,對泵、缸、閥等元件的材質、密封、制造精度也要求很高,必然要提高設備成本。一般來說,對于固定的尺寸不太受限制的設備,壓力選低一些,行走機械重載設備壓力要選得高一些。選擇可參考一下兩表:表 4-1 按載荷選擇工作壓力 ]9[載荷/KN 50工作壓力/MPa80 時,導向套滑動面長度 (0.6 ~ 1.0) 。為了減少加工難度,Dm?Ad]9[一般液壓缸缸筒長度不應大于內(nèi)徑的 20~ 30 倍。根據(jù)以上原則并聯(lián)系實際工況取夾緊液壓缸缸筒長度 160 。Lm缸筒是液壓缸中最重要的零件,它承受液體作用的壓力,其臂厚 需進行計算。?活塞桿受軸向壓縮負載時,為避免發(fā)生縱向彎曲,還要進行壓桿穩(wěn)定性驗算。中、高壓缸一般用無縫鋼管作缸筒,大多數(shù)屬薄壁微,即 ≥10 時,其4qv?最薄處的壁厚用材料力學薄壁圓筒公式計算壁厚,即:(5-8)pD??2max??式中: ——缸筒內(nèi)最高工作壓力;p——缸筒材料的許用應力,由下式可計算:?XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書23=(5-p?bn9)式中: ——材料的抗拉強度,查機械手冊得 610MPa;b?——安全系數(shù),當 ≥10 時一般取 =5;當 17.5MPa 時,取 n=4。管頭連接螺紋根據(jù)油管外徑選取。(3)液壓缸進出油口直徑的確定缸的進出油口直徑 可用下式求得:0d(6-6)vq?/4?式中: q——液壓缸配管內(nèi)的流量;v——液壓缸配管內(nèi)液體的平均流量(一般取 v=4~ 5m/s) 。計算得出的 數(shù)值并按液壓的相關標準進行圓整。0d6.2.5 油箱容量的確定在確定油箱尺寸時,一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求,還要保證執(zhí)行元件全部排油時,郵箱不能溢出,以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時,油箱的油位不低于最低限度。根據(jù)油箱容量的經(jīng)驗公式:(6-17)Vqa??式中: ——液壓泵每分鐘排除壓力油的容積( ) ;Vq 3m——經(jīng)驗系數(shù),見下表。a表 6-3 經(jīng)驗系數(shù) a ]10[系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金系統(tǒng)a 1~ 2 2~ 4 5~ 7 6~ 12 10計算可得油箱容量: LqaV213????選用規(guī)格為 250L 的油箱。6.2.6 液壓原理圖液壓系統(tǒng)各執(zhí)行機構的動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號控制相應的電磁換向閥或電液動換向閥,按程序依次步進動作,液壓系統(tǒng)的工作順序是由控制各個液壓XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書32缸換向閥的電磁鐵的得失電來工作的。執(zhí)行機構的定位和緩沖是機械手工作平穩(wěn)可靠的關鍵。從提高生產(chǎn)率來說,希望機械手正常工作速度越快越好,但工作速度越高,啟動和停止時的慣性力矩就越大,這不僅會影響到機械手的定位精度,嚴重時還會損傷機件。因此為達到機械手的定位精度和運動平穩(wěn)性的要求,一般在定位前要采取緩沖措施。 該機械手手指夾緊由壓力傳感器控制力度,保證工件不被抓傷也不會在搬運過程中掉落;手臂伸縮和手臂俯仰由行程開關適時發(fā)信號,提前切斷油路滑行緩沖并定位;手臂回轉、手腕回轉由擋鐵定位保證精度,端點到達前發(fā)信號切斷油路。機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度和加減速度等,控制方式可分為點位控制和連續(xù)控制兩種,目前以點位控制為主,占90%以上。本設計中機械手的控制可采用可編程控制器(PLC)來進行順序點位控制。PLC 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),轉為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣等優(yōu)點與繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結合起來,而其本身又具有體積小、質量輕、耗電省等特點 。為了增強機械手使用的靈活性,可將機械手的工作]12[方式設置為手動和自動兩種方式,其中自動方式又包括連續(xù)、單周期、單步這幾種工作方式。此處不多作介紹。XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書33圖 6-1 液壓原理圖結論本文設計了一個仿形車床上料機械手。本次設計的主要任務是完成機械手結構設計以及液壓系統(tǒng)設計,主要工作包括:(1)通過查閱有關資料,簡單介紹了國內(nèi)外機器人(機械手)的歷史及發(fā)展概況,介紹了目前機器人的幾種分類形式,列舉出了在生產(chǎn)、生活上和高科技領域中幾種常見的機器人。(2)根據(jù)本課題的給定的依據(jù),提出了采用五個自由度機械手的方案,經(jīng)過分析和論證,證明了這種結構的可以滿足工作要求。(3)對機械手的驅動力和力矩進行計算,根據(jù)液壓驅動的特點和實際工作需要,提出采用液壓驅動的方案,并通過比較、擇優(yōu),證明這種驅動方案是最佳的。(4)根據(jù)實際的工作要求,選取適宜的液壓元件并對其進行校核,最終確XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書34定所需液壓元件的尺寸、材料等,并畫出了各主要部件的機械結構圖。參考文獻[1] 郭洪紅.工業(yè)機器人運用技術[M].北京:科學出版社.2008-7.7~11,15,19,26~30,40,44~45,51,68,79~84,91[2] 原魁.工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].工廠自動化.2007.第 1 期.34~38[3] 周壽明,鄧成良 .可用于生產(chǎn)線的工業(yè)機器人研究[J].科技創(chuàng)新導報.2008.第27 期.59-61[4] 羅璟,趙克定,陶湘廳,袁銳波.工業(yè)機器人的控制策略探討[J],機床與液壓.2008-10.第 10 期.95~100[5] 張新聚,曹慧勤,楊雪.程控通用機器人設計[J].液壓與氣動.2007.第 2 期.63~64[6] 李文明.機械手的研究與設計[D]. 武漢:華中科技大學.2007[7] 郭洪紅.工業(yè)機械人技術[M].西安:西安電子科技大學.2006.5[8] 王小玲.工業(yè)機械手的 PLC 控制[J].機電工程技術.2004.第 9 期.32~36[9] 許福玲,陳堯明 .液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社.2007-XXXX 大學本科畢業(yè)設計說明書3510.38~40,41,48~51,68~77,79~104,123~131,141~163[10] 成大先. 機械設計手冊液壓傳動[S],第 4 版.北京:化學工業(yè)社 .2007-9.20-3~20-5 ,20-13 ,20-74 ~20-100 , 20-117,20-184 ,20-277 ,20-281~20-306,20-390~20-392,20-401~20-419 ,20-427~ 20-454,20-471 ~20-484,20-508~540,20-640,20-708~20-711 ,20-740~20-741,20-767[11] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊液壓傳動與控制[S] ,第 4 版.北京:機械工業(yè)出版社.2007-7.23-49~23-58,23-64 ~23-66 ,23-134~23-135 ,23-170~23-171,23-173~23-174,23-254 ~23-255, 23-490~23-491 ,23-498~23-499,23-561,23-581~23-584[12] 張培志,朱宏俊 .電氣控制與可編程序控制器[S]. 北京:化學工業(yè)出版社.2009-1.120[13] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[S] ,第 6 版.北京:高等教育出版社.2007-4.109,170~177[14] 劉鴻文. 材料力學[S],第 4 版.北京:高等教育出版社 .2008-12.12-25,29-37[15] 孫桓,陳作模,葛文杰.機械原理[S],第 7 版 .北京:高等教育出版社.2007-12.5~18,263~273[16] 毛平淮,互換性與測量技術[S].北京:機械工業(yè)出版社 .2008-1[17] Fathi Ghorbel, John Y. 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