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畢業(yè)設(shè)計 論文 中期檢查表 填表日期 2009 年 04 月 22 日 迄今已進行 8 周剩余 9 周 學(xué)生姓名 崔宇峰 系部 汽車工程系 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 已完成主要內(nèi)容 待完成主要內(nèi)容 畢業(yè)設(shè) 計 論 文 工 作進度 1 緒論 2 設(shè)計方案的選定 3 總體的設(shè)計和計算 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 計算與選型 裝配圖 零件圖等 CAD 制圖 學(xué) 生 填 寫 存在問 題及努 力方向 學(xué)生簽字 指導(dǎo)教師 意 見 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 教研室 意 見 教研室主任簽字 年 月 日 SY 025 BY 5 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 學(xué)生姓名 崔宇峰 系部 汽車工程系 專業(yè) 班級 車輛 B05 18 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 一 設(shè)計 論文 目的 意義 機械手具有減輕勞動強度 保證產(chǎn)品質(zhì)量 實現(xiàn)安全生產(chǎn)的作用在自動化領(lǐng)域特別是在 高溫 有毒 放射 易燃易爆等惡劣環(huán)境內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用 其中氣動機械手因具有 結(jié)構(gòu)簡單 造價低廉 易于控制 柔性化程度高 維護方便等優(yōu)點 成為生產(chǎn)線的首選 對汽 車發(fā)動機曲軸加工也起到了重要作用 所以我們應(yīng)了解國內(nèi)外工業(yè)機械手的研究 設(shè)計和應(yīng)用狀況 掌握機械手的未來發(fā)展趨勢 熟 悉工業(yè)機械手的機構(gòu) 工作原理 保養(yǎng)和維護方法等 鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識 獨立完成分析 和設(shè)計的能力 研究 開發(fā)和設(shè)計機械手是從二十世紀(jì)中葉開始的 隨著機電一體化技術(shù)和計算控制技術(shù)的應(yīng) 用 其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展 并涉及到人類社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域 特別是工業(yè) 機械手在生產(chǎn) 加工中的廣泛應(yīng)用 本設(shè)計是在綜合多種工業(yè)機械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想 根據(jù) 汽車發(fā)動機曲軸加工的特點提出的 具有一定的理論 設(shè)計水平和應(yīng)用價值 二 設(shè)計 論文 內(nèi)容 技術(shù)要求 研究方法 1 設(shè)計內(nèi)容 1 整體方案的設(shè)計 2 手部 腕部 臂部和機身等結(jié)構(gòu)的方案選擇和設(shè)計 3 機械手運動分析 4 各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 5 裝配圖設(shè)計 2 技術(shù)要求 1 抓重 30 千克 2 自由度數(shù) 4 3 坐標(biāo)型式 圓柱坐標(biāo) 4 最大工作半徑 1600 毫米 5 手臂最大中心高度 900 毫米 6 伸縮行程 X 800 毫米 7 伸縮速度 250 毫米 秒 8 升降行程 Z 330 毫米 9 升降速度 60 毫米 秒 10 回轉(zhuǎn)范圍 0 210 11 回轉(zhuǎn)速度 70 秒 11 回轉(zhuǎn)范圍 0 180 12 回轉(zhuǎn)速度 90 秒 13 手指夾持范圍 65 85 毫米 三 設(shè)計 論文 完成后應(yīng)提交的成果 1 總裝配圖以及零件圖 總共合 3 張以上 A0 圖紙 2 1 5 萬字的設(shè)計說明書一份 SY 025 BY 2 四 設(shè)計 論文 進度安排 1 調(diào)研 查閱相關(guān)文獻 寫開題報告 第 1 2 周 3 月 2 日 3 月 15 日 2 擬定整體方案 第 3 周 3 月 16 日 3 月 22 日 3 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的手部 第 4 周 3 月 23 日 3 月 29 日 4 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的腕部 第 5 周 3 月 30 日 4 月 5 日 5 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的臂部 第 6 周 4 月 6 日 4 月 12 日 6 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的機身結(jié)構(gòu) 第 7 周 4 月 13 日 4 月 16 日 7 完成機械手的運動結(jié)構(gòu)分析 第 8 周 4 月 17 日 4 月 23 日 8 完成零件圖的繪制 第9 10周 4月24日 5月5日 9 總裝配圖的繪制 第 11 12 周 5 月 6 日 5 月 18 日 10 審核修改 準(zhǔn)備答辯 第 13 14 周 5 月 19 日 5 月 31 五 主要參考資料 1 張慧慧 費仁元 機器人機械設(shè)計和分析 M 北京工業(yè)大學(xué)出版社 1998 年 9 月 日 杜祥瑛 工業(yè)機器人及其應(yīng)用 M 機械工業(yè)出版社 2004 年 許果 王峻峰 何松齡 一種基于 SCARA 機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 J 機械工程師 2005 年第 4 期 孫兵 趙斌 梁海峰 PLC 在物料搬運機械手控制中的應(yīng)用 可編程控制器與工廠自動化 PLC FA 2004 年 11 期 孫兵 趙武 施永輝 物料搬運機械手的研制 J 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報 2005 年第 8 期 6 濮良貴 紀(jì)名剛 機械設(shè)計 J 高等教育出版社 2001 6 7 王世剛 苗淑杰 機械設(shè)計實踐 M 哈爾濱工程大學(xué)出版社 2003 2 8 劉品 李哲 機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ) M 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 1 9 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第二冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 10 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第三冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 11 蔡小華 薛小雯 在 CAD 環(huán)境下利用 VB 實行范成法加工齒輪的仿真 A 無錫職業(yè)學(xué)院學(xué)報 2008 6 12 殷素峰 張文麗 基于 VB 和 AutoCAD 實現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模 A 機械工程于自動化 2008 10 13 Joseph Constanse DFMA leaming to Design for Manufacture and Assembly Meeh Erg 1992 14 G Boothroyd and P Dewhurst Product Design foe Manufacture and Assembly M Manuf Eng 1998 15 Shad Dowlastahahi A Comparison of Approach to Concurrent Engineering M Adv Manuf Tech 1994 六 備注 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 教研室主任簽字 年 月 日 小四號宋體 加粗 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計 論文 推薦表 題 目 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 類別 設(shè)計 學(xué)生姓名 崔宇峰 系 專業(yè) 班級 汽車工程系車輛工程 B05 18 指導(dǎo)教師 王慧文 職 稱 教授 設(shè)計成果明細 答辯委員會評語 答辯委員會主任簽字 蓋章 系部公章 年 月 日 備 注 注 類別 欄填寫畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計 SY 025 BY 10 畢業(yè)設(shè)計 論文 題目審定表 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 課題適用專業(yè) 車輛工程 課題類型 X 課題簡介 主要內(nèi)容 意義 現(xiàn)有條件 預(yù)期成果及表現(xiàn)形式 一 主要內(nèi)容 汽車發(fā)動機曲軸加工機械手的運動分析 結(jié)構(gòu)分析 手部 腕部 臂部和機身的 選型和計算 機械手工作裝配圖的設(shè)計和繪制 液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計和繪制 電氣控制圖的設(shè)計和繪 制 二 意義 使學(xué)生了解國內(nèi)外工業(yè)機械手的研究 設(shè)計和應(yīng)用狀況 掌握機械手的未來發(fā)展趨勢 熟悉工業(yè)機械手的機構(gòu) 工作原理 保養(yǎng)和維護方法等 鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識 獨立完成分 析和設(shè)計的能力 研究 開發(fā)和設(shè)計機械手是從二十世紀(jì)中葉開始的 隨著機電一體化技術(shù)和計算 控制技術(shù)的應(yīng)用 其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展 并涉及到人類社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域 特別是工業(yè)機械手在生產(chǎn) 加工中的廣泛應(yīng)用 本設(shè)計是在綜合多種工業(yè)機械手的設(shè)計原理和設(shè)計 思想 根據(jù)汽車發(fā)動機曲軸加工的特點提出的 具有一定的理論 設(shè)計水平和應(yīng)用價值 三 現(xiàn)有條件 實驗室試驗設(shè)備 計算機和相關(guān)資料 四 預(yù)期成果及表現(xiàn)形式 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 直角坐標(biāo) 曲軸加工搬運機械手整體裝配 圖 A0 圖紙 1 張 液壓系統(tǒng)圖 A1 圖紙 1 張 電氣控制圖 A3 圖紙 1 張 若干零件圖 圖紙量合計為 A0 圖紙 4 張以上 計算說明書字?jǐn)?shù)大于 1 5 萬字 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合度 好 較好 一般 較差 2 對學(xué)生能力培養(yǎng)及全面訓(xùn)練的程度 好 較好 一般 較差 3 選題與生產(chǎn) 科研 實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度 好 較好 一般 較差 4 論文選題的理論意義或?qū)嶋H價值 好 較好 一般 較差 5 課題預(yù)計工作量 較大 適中 較小 6 課題預(yù)計難易程度 較難 一般 較易 教 研 室 意 見 教研室主任簽字 年 月 日 系 部 教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 負責(zé)人簽字 年 月 日 注 課題類型填寫 W 科研項目 X 生產(chǎn) 社會 實際 Y 實驗室建設(shè) Z 其它 SY 025 BY 1 畢業(yè)設(shè)計 論文 過程管理材料 題 目 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 學(xué)生姓名 崔宇峰 系部名稱 汽車工程系 專業(yè)班級 車輛工程 B05 18 指導(dǎo)教師 王慧文 職 稱 教授 教研室 車輛工程教研室 起止時間 2009 3 2 2009 6 21 教 務(wù) 處 制 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 系部名稱 汽車工程系 專業(yè)班級 車輛工程 B05 18 班 學(xué)生姓名 崔宇峰 指導(dǎo)教師 王慧文 職 稱 教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二 九年六月 The Graduation Design for Bachelor s Degree Design of Crankshaft Machining Handling Robot Candidate Cui Yufeng Specialty Vehicle Engineering Class B05 18 Supervisor Prof Wang Huiwen Heilongjiang Institute of Technology 2009 06 Harbin 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 學(xué)生姓名 崔宇峰 系部 汽車工程系 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 班 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 一 課題研究現(xiàn)狀 選題的目的 依據(jù)和意義 1 目的和意義 機械手具有減輕勞動強度 保證產(chǎn)品質(zhì)量 實現(xiàn)安全生產(chǎn)的作用在自動化領(lǐng)域特別是在 高溫 有毒 放射 易燃易爆等惡劣環(huán)境內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用 其中氣動機械手因具有 結(jié)構(gòu)簡單 造價低廉 易于控制 柔性化程度高 維護方便等優(yōu)點 成為生產(chǎn)線的首選 對汽 車發(fā)動機曲軸加工也起到了重要作用 所以我們應(yīng)了解國內(nèi)外工業(yè)機械手的研究 設(shè)計和應(yīng)用狀況 掌握機械手的未來發(fā)展趨勢 熟 悉工業(yè)機械手的機構(gòu) 工作原理 保養(yǎng)和維護方法等 鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識 獨立完成分析 和設(shè)計的能力 研究 開發(fā)和設(shè)計機械手是從二十世紀(jì)中葉開始的 隨著機電一體化技術(shù)和計算控制技術(shù)的應(yīng) 用 其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展 并涉及到人類社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域 特別是工業(yè) 機械手在生產(chǎn) 加工中的廣泛應(yīng)用 本設(shè)計是在綜合多種工業(yè)機械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想 根據(jù) 汽車發(fā)動機曲軸加工的特點提出的 具有一定的理論 設(shè)計水平和應(yīng)用價值 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢 機械手用來實現(xiàn)一些如抓取 操作等動作 通過平臺的移動來擴大機械手的工作空間 使機械 手能以更適合的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù) 隨著機器人技術(shù)的發(fā)展和社會需求的高漲 移動機械手逐漸應(yīng)用于 易爆 易燃物品的裝配 搬運或挖掘拆卸 以及消防滅火 防爆 反恐等高度危險環(huán)境 用于代替 人類或輔助人類完成人所不能 不適或力所不及的工作 所以 在汽車發(fā)動機曲軸加工上的應(yīng)用也 是必不可少的 目前 機械手受到了世界各國尤其是發(fā)達國家的高度重視 許多國家都將其列入本國的高技術(shù) 研究發(fā)展計劃或國家的關(guān)鍵技術(shù)研究發(fā)展計劃 在我國 機械手的應(yīng)用還不如汽車工業(yè)發(fā)達的國家 從目前情況看 其主要原因是 機械手不僅 需要載體平臺的穩(wěn)定移動 而且要求機械手穩(wěn)定的執(zhí)行操作 亦即在保證協(xié)調(diào)控制時必須保證系統(tǒng) 的穩(wěn)定性 人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的運動能力和環(huán)境適應(yīng)能力決定了機械手的作業(yè)性能 目前 工業(yè)機器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運中 極大的促進物流自動化 隨 著生產(chǎn)的發(fā)展 搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高 氣動機械手大量的應(yīng) 用到物流搬運機器人領(lǐng)域 在手爪的機械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求 采取了多種形 式的機械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施 在針對同樣的目標(biāo)任務(wù) 采取 多種運動方式相結(jié)合的方式來達到預(yù)定的目的 驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機器人多種驅(qū)動方式的情況 有液壓驅(qū)動 氣壓驅(qū)動 步進電機 驅(qū)動 伺服電機驅(qū)動等等 愈來愈多的搬運機器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的 這樣能夠更好的發(fā) 揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點 避免缺點 并且在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高 在搬運機械手的控制方面 出現(xiàn)了多種控制方式 如 由原始的電控的機械手 較先進的 基于工控機控制的 基于 PC 控制的 進一步的嵌入式 PC 控制技術(shù) 還有采用 PLC 可編程控制 SY 025 BY 3 的 在物料搬運方面近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化 無論是我國還是國外 物料搬運的發(fā)展 都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備 由單機走向系統(tǒng) 在制造業(yè)方面 隨著 JIT FMS CIMS 等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展 對物料搬運系統(tǒng)也提出了新的要求 其特點是力求減少庫存 壓縮等 待和輔助時間 使多品種 少批量的物料準(zhǔn)時到達要求的地點 這一趨勢在機械工業(yè)方面得到 了很大的應(yīng)用 其中采用了機器人等先進的物料搬運技術(shù) 促進了機械工業(yè)的技術(shù)進步和生產(chǎn) 水平提高 當(dāng)代工業(yè)機器手技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)城的擴大和機器人種類的增多 另一方面表現(xiàn)在機器人機械系統(tǒng)性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化 前者是指應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓 寬 后者是在性能及水平上的縱向提高 機器人應(yīng)用領(lǐng)城的拓寬和性能水平的提高二者相輔相 承 相互促進 應(yīng)用領(lǐng)城的擴大對機器人不斷提出斷的要求 推動機器人技術(shù)水平的提高 反過 來 機器人性能與智能水乎的提高 又使擴大機器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能 20 世紀(jì) 80 年代以來 工業(yè)機器手技術(shù)逐漸成熟 并很快得到推廣 目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的 許多領(lǐng)域得到應(yīng)用 在工業(yè)機器人逐漸得到推廣和普及的過程中 下面三個方面的技術(shù)進步起 著非常重要的作用 1 驅(qū)動方式的改變 20 世紀(jì) 70 年代后期 日本安川電動機公司研制開發(fā)出了第一臺全電動的工業(yè)機器人 而此 前的工業(yè)機器人基本上采用液壓驅(qū)動方式 與采用液壓驅(qū)動的機器人相比 采用伺服電動機驅(qū) 動的機器人在響應(yīng)速度 精度 靈活性等方面都有很大提高 因此 也逐步代替了采用液壓驅(qū) 動的機器人 成為工業(yè)機器人驅(qū)動方式的主流 在此過程中 諧波減速器 R V 減速器等高性能 減速機構(gòu)的發(fā)展也功不可沒 近年來 交流伺服驅(qū)動已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式 直線電動機等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展 2 信息處理速度的提高 機器人的動作通常是通過機器人各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機的運動而實現(xiàn)的 為了使機器人完 成各種復(fù)雜動作 機器人控制器需要進行大量計算 并在此基礎(chǔ)上向機器人的各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動 電動機發(fā)出必要的控制指令 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展 C P U 的計算能力有了很大提高 機器 人控制器的性能也有了很大提高 高性能機器人控制器甚至可以同時控制 20 多個關(guān)節(jié) 機器人 控制器性能的提高也進一步促進了工業(yè)機器人本身性能的提高 并擴大了工業(yè)機器人的應(yīng)用范 圍 近年來 隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息 并 在此基礎(chǔ)上進行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢 3 傳感器技術(shù)的發(fā)展 機器人技術(shù)發(fā)展初期 工業(yè)機器人只具備檢測自身位置 角度和速度的內(nèi)部傳感器 近年 來 隨著信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展 觸覺 力覺 視覺等外部傳感器已經(jīng)在工業(yè) 機器人中得到廣泛應(yīng)用 各種新型傳感器的使用不但提高了工業(yè)機器人的智能程度 也進一步 拓寬了工業(yè)機器人的應(yīng)用范圍 二 設(shè)計 論文 的基本內(nèi)容 擬解決的主要問題 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械手采用液壓為動力 PC 程序控制 機身為液壓油缸 結(jié)構(gòu)簡單且剛性好 機身回轉(zhuǎn)采 用葉片回轉(zhuǎn)油缸 手臂的伸縮和手腕回轉(zhuǎn)仍然采用直線油缸和回轉(zhuǎn)葉片缸 油缸是手臂 手腕及 機座的主體 各油缸即有自身的運動 又有空間中的相對運動 既作為傳遞運動的執(zhí)行機構(gòu) 又作為支承機構(gòu) 機械手和液壓驅(qū)動系統(tǒng)及油箱安裝在一個底板上 便于在生產(chǎn)線上定位安裝 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計 按照生產(chǎn)線工藝 可知裝卸機械手主要有 機身伸降和回轉(zhuǎn) 手臂伸縮 手腕回轉(zhuǎn) 手指夾緊等 動作 設(shè)計相應(yīng)的幾個液壓控制回路來實現(xiàn) 液壓系統(tǒng)采用 O 型電磁換向閥換向 單向調(diào)速閥調(diào) 速及采用限位器來協(xié)調(diào)機械部分和控制部分的工作 采用雙聯(lián)油泵供油 既能實現(xiàn)分步運動又能 滿足需要大流量時的合流 3 控制系統(tǒng)設(shè)計 機械手各部分動作均由液壓驅(qū)動 機身上升和下降 手臂伸出和縮回 回轉(zhuǎn)均由雙線圈雙位電 磁閥控制 即 當(dāng)伸出時 伸出方向的電磁閥通電 機械手伸出 若斷電時 機械手停止伸出 只有當(dāng)回縮電磁閥通電時 機械手才回縮 而手指夾緊和定位都是使用的單線圈雙位電磁閥來 控制 當(dāng)線圈通電時 手指夾緊 斷電時則松開 機械手的下降 上升 旋轉(zhuǎn)等動作的轉(zhuǎn)換 由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制 而夾緊 放松兩個動作的轉(zhuǎn)換是由時間延遲來控制 4 擬解決的主要問題 1 整體方案的設(shè)計 2 手部 腕部 臂部和機身等結(jié)構(gòu)的方案選擇和設(shè)計 3 機械手運動分析 4 各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 5 裝配圖設(shè)計 三 技術(shù)路線 研究方法 1 圓柱坐標(biāo)式機械手結(jié)構(gòu)分析 2 手部的選擇和設(shè)計 3 腕部的選擇和設(shè)計 4 臂部的選擇和設(shè)計 5 機械手運動分析 6 機身的選擇和設(shè)計 7 繪制裝配裝配圖 8 零件圖設(shè)計 9 撰寫設(shè)計說明書 四 進度安排 1 調(diào)研 查閱相關(guān)文獻 寫開題報告 第 1 2 周 3 月 2 日 3 月 15 日 2 擬定整體方案 第 3 周 3 月 16 日 3 月 22 日 3 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的手部 第 4 周 3 月 23 日 3 月 29 日 4 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的腕部 第 5 周 3 月 30 日 4 月 5 日 5 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的臂部 第 6 周 4 月 6 日 4 月 12 日 6 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的機身結(jié)構(gòu) 第 7 周 4 月 13 日 4 月 16 日 7 完成機械手的運動結(jié)構(gòu)分析 第 8 周 4 月 17 日 4 月 23 日 8 完成零件圖的繪制 第9 10周 4月24日 5月5日 9 總裝配圖的繪制 第 11 12 周 5 月 6 日 5 月 18 日 10 審核修改 準(zhǔn)備答辯 第 13 14 周 5 月 19 日 5 月 31 日 小四號宋體 加粗 五 參考文獻 1 張慧慧 費仁元 機器人機械設(shè)計和分析 M 北京工業(yè)大學(xué)出版社 1998 年 9 月 日 杜祥瑛 工業(yè)機器人及其應(yīng)用 M 機械工業(yè)出版社 2004 年 許果 王峻峰 何松齡 一種基于 SCARA 機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 J 機械工程師 2005 年第 4 期 孫兵 趙斌 梁海峰 PLC 在物料搬運機械手控制中的應(yīng)用 可編程控制器與工廠自動化 PLC FA 2004 年 11 期 孫兵 趙武 施永輝 物料搬運機械手的研制 J 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報 2005 年第 8 期 6 濮良貴 紀(jì)名剛 機械設(shè)計 J 高等教育出版社 2001 6 7 王世剛 苗淑杰 機械設(shè)計實踐 M 哈爾濱工程大學(xué)出版社 2003 2 8 劉品 李哲 機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ) M 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 1 9 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第二冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 10 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第三冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 11 蔡小華 薛小雯 在 CAD 環(huán)境下利用 VB 實行范成法加工齒輪的仿真 A 無錫職業(yè)學(xué)院學(xué)報 2008 6 12 殷素峰 張文麗 基于 VB 和 AutoCAD 實現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模 A 機械工程于自動化 2008 10 13 Joseph Constanse DFMA leaming to Design for Manufacture and Assembly Meeh Erg 1992 14 G Boothroyd and P Dewhurst Product Design foe Manufacture and Assembly M Manuf Eng 1998 15 Shad Dowlastahahi A Comparison of Approach to Concurrent Engineering M Adv Manuf Tech 1994 六 備注 指導(dǎo)教師意見 簽字 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計 論文 成績評定表 學(xué)生姓名 崔宇峰 性別 男 系部 汽車工程系 專業(yè) 車輛工程 班級 B05 18 設(shè)計 論文 題目 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 指導(dǎo)教師評分 X 評閱教師姓名 職稱 評閱教師評分 Y 答辯組組長 職稱 答辯組評分 Z 百分制 畢業(yè)設(shè)計 論文 成績 五級分制 答辯委員會評語 答辯委員會主任簽字 蓋章 系部公章 年 月 日 注 1 指導(dǎo)教師 評閱教師 答辯組評分按百分制填寫 畢業(yè)設(shè)計 論文 成績百分制 0 3X 0 2Y 0 5Z 2 評語中應(yīng)當(dāng)包括學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 論文 選題質(zhì)量 能力水平 設(shè)計 論文 水平 設(shè)計 論文 撰寫質(zhì)量 學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計 論文 實施或?qū)懽鬟^程中的學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)生答辯情況等內(nèi)容的評價 SY 025 BY 9 畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評分表 學(xué)生姓名 崔宇峰 系部 汽車工程系 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度 綜合訓(xùn)練情況 題目難易度 10 2 題目工作量 選題的理論意義或?qū)嶋H價值 10 3 查閱文獻資料能力 綜合運用知識能力 15 4 研究方案的設(shè)計能力 研究方法和手段的運用能力 外文應(yīng)用能力 25 5 文題相符程度 寫作水平 15 6 寫作規(guī)范性 篇幅 成果的理論或?qū)嶋H價值 創(chuàng)新性 15 7 科學(xué)素養(yǎng) 學(xué)習(xí)態(tài)度 紀(jì)律表現(xiàn) 畢業(yè)論文進度 10 得 分 X 評 語 參照上述評價項目給出評語 注意反映該論文的特點 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 SY 025 BY 6 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評分表 學(xué)生姓名 崔宇峰 系部 汽車工程系 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度 綜合訓(xùn)練情況 題目難易度 10 2 題目工作量 題目與生產(chǎn) 科研 實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度 10 3 綜合運用知識能力 設(shè)計涉及學(xué)科范圍 內(nèi)容深廣度及問題難易度 應(yīng)用文獻資料能力 15 4 設(shè)計 實驗 能力 計算能力 數(shù)據(jù)運算與處理能力 外文應(yīng)用能力 20 5 計算機應(yīng)用能力 對實驗結(jié)果的分析能力 或綜合分析能力 技術(shù)經(jīng)濟分析能力 10 6 插圖 圖紙 質(zhì)量 設(shè)計說明書撰寫水平 設(shè)計的實用性與科學(xué)性 創(chuàng)新性 20 7 設(shè)計規(guī)范化程度 設(shè)計欄目齊全合理 SI 制的使用等 5 8 科學(xué)素養(yǎng) 學(xué)習(xí)態(tài)度 紀(jì)律表現(xiàn) 畢業(yè)論文進度 10 得 分 X 評 語 參照上述評價項目給出評語 注意反映該論文的特點 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 SY 025 BY 6 畢業(yè)設(shè)計答辯評分表 學(xué)生 姓名 崔宇峰 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 指導(dǎo) 教師 王慧文 職 稱 教授 題目 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 答辯時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 出席 人數(shù) 序 號 評 審 指 標(biāo) 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度 綜合訓(xùn)練情況 題目難易度 工作量 與實際的結(jié)合程度 10 2 設(shè)計 實驗 能力 對實驗結(jié)果的分析能力 計算能力 綜合運用知識能力 10 3 應(yīng)用文獻資料 計算機 外文的能力 10 4 設(shè)計說明書撰寫水平 圖紙質(zhì)量 設(shè)計的規(guī)范化程度 設(shè)計欄目齊全合理 SI制的使用等 實用性 科學(xué)性和創(chuàng)新性 15 5 畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備情況 5 6 畢業(yè)設(shè)計自述情況 20 7 畢業(yè)設(shè)計答辯回答問題情況 30 總 分 Z 答辯過程記錄 評語 答辯組長簽字 年 月 日 SY 025 BY 8 畢業(yè)設(shè)計評閱人評分表 學(xué)生 姓名 崔宇峰 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 指導(dǎo)教 師姓名 王慧文 職稱 教授 題目 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標(biāo) 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度 綜合訓(xùn)練情況 題目難易度 10 2 題目工作量 題目與生產(chǎn) 科研 實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度 10 3 綜合運用知識能力 設(shè)計涉及學(xué)科范圍 內(nèi)容深廣度及問題難易度 應(yīng)用文獻資料能力 15 4 設(shè)計 實驗 能力 計算能力 數(shù)據(jù)運算與處理能力 外文應(yīng)用能力 25 5 計算機應(yīng)用能力 對實驗結(jié)果的分析能力 或綜合分析能力 技術(shù)經(jīng)濟分析能力 15 6 插圖 圖紙 質(zhì)量 設(shè)計說明書撰寫水平 設(shè)計的實用性與科學(xué)性 創(chuàng)新性 20 7 設(shè)計規(guī)范化程度 設(shè)計欄目齊全合理 SI 制的使用等 5 得 分 Y 評 語 參照上述評價項目給出評語 注意反映該論文的特點 評閱人簽字 年 月 日 SY 025 BY 7 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 工業(yè)機械手簡介 1 1 2 工業(yè)機械手的分類 3 1 3 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 4 第 2 章 工業(yè)機械手的設(shè)計方案 5 2 1 工業(yè)機械手的組成 5 2 2 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù) 5 2 3 設(shè)計路線與方案 6 2 4 本章小結(jié) 6 第 3 章 機械手計算與分析 7 3 1 手部 7 3 2 腕部 9 3 3 臂部 12 3 4 機身 23 3 5 本章小結(jié) 23 第 4 章 液壓系統(tǒng) 24 4 1 液壓缸的工況圖 24 4 2 作工況圖 25 4 3 計算和選擇液壓元件 28 4 4 本章小結(jié) 34 第 5 章 液壓缸的保養(yǎng)與維修 35 5 1 液壓元件的安裝 35 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 2 液壓系統(tǒng)的保養(yǎng)與維修 35 5 3 一般技術(shù)安全事項 35 5 4 本章小結(jié) 36 結(jié) 論 37 參 考 文 獻 38 致 謝 39 附 錄 40 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 1 1 工業(yè)機械手概況 工業(yè)機器人是集機械 電子 控制 計算機 傳感器 人工智能等多學(xué)科先進技 術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備 它是一種自動的 位置可控的 具有編程 功能的多功能操作機 這種操作機具有幾個軸 能夠借助可編程操作來處理各種材料 零件 工具和專用裝置以執(zhí)行各種任務(wù) 而機械手臂的研究 開發(fā)和設(shè)計是從二十世紀(jì)中葉開始的 我國的工業(yè)機械手是 從 80 年代 七五 科技攻關(guān)開始起步 在國家的支持下 通過 七五 八五 科技攻關(guān) 目前已經(jīng)基本掌握了機械手的設(shè)計制造技術(shù) 控制系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計技 術(shù) 運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù) 生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件 開發(fā)出噴漆 弧焊 點 焊 裝配 搬運等機器人 其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自 動噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用 弧焊機器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造企業(yè)的焊裝生產(chǎn)線上 但總的來看 我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用水平和國外比還有一定得距離 如 可靠性低于國外產(chǎn)品 機械手應(yīng)用工程起步較晚 應(yīng)用領(lǐng)域窄 生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國 外比有差距 影響我國機械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件 硬件和機械結(jié)構(gòu) 目 前工業(yè)機械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè) 其中汽車工業(yè)占第一位 占 28 8 電器制造 業(yè)第二位 占 16 4 化工第三位 占 11 7 發(fā)達國家汽車行業(yè)機械手應(yīng)用占 保有量百分比為 23 4 53 年產(chǎn)每萬量汽車所擁有的機械手?jǐn)?shù)為 包括整車和零部 件 日本 88 0 臺 德國 64 0 臺 法國 32 2 臺 英國 26 9 臺 美國 33 8 臺 意 大利 48 0 臺 機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成 手部是用來抓持工件 或工具 的部件 根 據(jù)被抓持物件的形狀 尺寸 重量 材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 如夾持型 托持型和吸附型等 運動機構(gòu) 使手部完成各種轉(zhuǎn)動 擺動 移動或復(fù)合運動來實 現(xiàn)規(guī)定的動作 改變被抓持物件的位置和姿勢 運動機構(gòu)的升降 伸縮 旋轉(zhuǎn)等獨立 運動方式 稱為機械手的自由度 為了抓取空間中任意位置和方位的物體 需有 6 個自由度 自由度是機 械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù) 自由 度越多 機械手的靈活性越大 通用性越廣 其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜 一般專用機械手有 2 3 個自由度 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 上料機械手與通用機械手相比 其中上料機械手種的移動式搬運上料機械手適用 于各種棒料 工件的自動搬運及上下料工作 例如鋁型材料擠壓成型鋁棒料的搬運及 高溫棒料的自動上料作業(yè) 最大抓取棒料直徑可達 180mm 最大抓握重量可達 30 公斤 最大行走距離為 1200mm 根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況 機械手各關(guān)節(jié)運動速度可調(diào) 移 動式搬運上料機械手主要由手爪 小臂 大臂 手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu) 小車行走機構(gòu) 液壓 泵站 電氣控制系統(tǒng)組成 整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上 結(jié)構(gòu)緊 湊 電氣控制系統(tǒng)采用 OMRON 的可編程控制器 各種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn) 國內(nèi)外實際上使用的多為定位控制的機械手 沒有視覺及觸覺反饋 目前 世界 各國正積極研制帶有 視覺 和 觸覺 的工業(yè)機械手 使它能對所抓取的工件可以 進行分辨 能選取所需要的工件 并正確的夾持工件 進而精確的在機器中定位 定 向 為使機械手有 眼睛 去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件 它由視 覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息 通過計算機進行圖形分辨 判別是否是所要 抓取的工件 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來 一般采用兩種方法 一是檢測把握物體手臂的變形 以決定適當(dāng)?shù)奈樟?另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移 來修正握力 因此 這種機械手具有以下幾個方面的性能 1 能準(zhǔn)確的抓住方位變化的物體 2 能判斷對象的重量 3 能自動避開障礙物 4 抓空或抓里不足時能夠檢測出來 這種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機械手稱之為 智能機械 手 現(xiàn)在 工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力 其效用 是代替從事繁重工作 危險工作 單調(diào)重復(fù)的工作 惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯 至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的消費工業(yè)部分 機械手的應(yīng)用情況決不能說是最好 的 雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳 但采用機械手只限于一小部分工序 其 原因是 其原因是 工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求 適于機械手工作 范圍很狹小 這是主要原因 經(jīng)濟性問題當(dāng)然也很重要 采用機械手來節(jié)約人力從經(jīng) 濟上來看 不一定總是合算的 然而 利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 產(chǎn)合格化得要求 今后還會持續(xù)增長 只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題獲得解決 機械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展 目前 工業(yè)機械手有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運中 極大的促進物流自 動化 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高 氣 動機械手大量的應(yīng)用到物流搬運機器人領(lǐng)域 在手爪的機械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求 采取 了多種形式的機械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施 在針對同樣 的目標(biāo)任務(wù) 采取多種運動方式相結(jié)合的方式來達到預(yù)定的目的 驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機器人多種驅(qū)動方式的情況 有液壓驅(qū)動 氣壓驅(qū)動 步進電機驅(qū)動 伺服電機驅(qū)動等等 愈來愈多的搬運機器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的 這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點 避免缺點 并且在它的控制精度方面和搬運 效率方面有了很大的提高 在搬運機械手的控制方面 出現(xiàn)了多種控制方式 如 由原始的電控的機械手 較先進的基于工控機控制的 基于 PC 控制的 進一步的嵌入式 PC 控制技術(shù) 還有采 用 PLC 可編程控制的 在物料搬運方面近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化 無論是我國還是國外 物料搬 運的發(fā)展都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備 由單機走向系統(tǒng) 在制造業(yè)方面 隨著 JIT FMS CIMS 等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展 對物料搬運系統(tǒng)也提出了新的要求 其特點 是力求減少庫存 壓縮等待和輔助時間 使多品種 少批量的物料準(zhǔn)時到達要求的地 點 這一趨勢在機械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用 其中采用了機器人等先進的物料搬 運技術(shù) 促進了機械工業(yè)的技術(shù)進步和生產(chǎn)水平提高 1 2 工業(yè)機械手的分類 機械手的種類 按驅(qū)動方式可分為液壓式 氣動式 電動式 機械式機械手 按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種 1 專用機械手 附屬于主機的 具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置 這種機械手工作對 象不變 動作較簡單 結(jié)構(gòu)簡單 實用可靠 適用于成批 大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C 作為自動上 下料用 2 通用機械手 具有獨立控制系統(tǒng) 程序可變 動作靈敏 動作靈活多樣的機械手 通用機械手 工作范圍大 定位精度高 通用性強 適用于工件經(jīng)常變換的中 小批量自動化生產(chǎn) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置 如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸 和傳遞工件 在加工中心中更換刀具等 一般沒有獨立的控制裝置 有些操作裝置需 要由人直接操縱 如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手 1 3 工業(yè)機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛 可以歸納為以下一些方面 1 建造旋轉(zhuǎn)零件體 軸類 盤類 環(huán)類零件 自動線 一般都采用機械手在機 床之間傳送工件 2 在實現(xiàn)單機自動化方面 1 各類半自動車床 有自行夾緊 進刀 切削 退刀和松開的功能 但仍 需人工上下料 裝上機械手 可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn) 2 注塑機有加料 合模 成型 分模等自動工作循環(huán) 裝上機械手自動取 料 可實現(xiàn)全自動生產(chǎn) 3 沖床有自動上下沖壓循環(huán) 安裝機械手上下料 可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化 3 鑄 鍛 焊 熱處理等加工方面 總的來說 由于工業(yè)機械手的特點滿足了社會生產(chǎn)的需要 進而帶來了經(jīng) 效益 其特點 1 對環(huán)境的適應(yīng)性強 能代替人從事危險 有害的操作 在長時間對人體 害的場所 機械手不受影響 2 機械手能持久 耐勞 可以把人從繁重的單調(diào)的勞動中解放出來 并能擴 大和延伸人的功能 3 動作準(zhǔn)確 可保證穩(wěn)定和 產(chǎn)品的質(zhì)量 同時 可避免人為的操作錯誤 4 通用性靈活性好 特別是通用工業(yè)機械手 能適應(yīng)產(chǎn)品品種迅速變化的要 求 滿足柔性生產(chǎn)的需要 5 采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 工業(yè)機械手的設(shè)計方案 2 1 工業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)和控制部分所組成 各部分關(guān)系如下框圖 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)包括抓取部分 手部 腕部 臂部和行走機構(gòu)等運動部件所組成 1 手部 直接與工件接觸的部分 一般是會轉(zhuǎn)型或平移型 傳力機構(gòu)的形式較多 常用的有 滑槽杠桿式 連桿杠桿式 彈簧式等 2 腕部 是連接手部和手臂的部件 并可用來調(diào)整被抓取物體的方位 3 臂部 手部是支撐被抓取物件 手部 腕部的重要部件 手臂的作用是帶 動手指抓取物件 并按預(yù)定要求將其搬運到給定的位置 該設(shè)計的手臂有四個自由 度 采用圓柱坐標(biāo) 前后 上下直線往復(fù)運動和左右旋轉(zhuǎn) 圓柱坐標(biāo)占空間小 工作范圍大 慣性大 且不能抓取底面物體 一般為專用機械手 4 行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu) 該機械手采用 V 型導(dǎo)軌作為底 座行走機構(gòu) X 軸向直線移動 5 驅(qū)動機構(gòu) 有氣動 液動 電動和機械式四種形式 該機械手采用液壓驅(qū) 動 6 控制系統(tǒng) 點位控制及連續(xù)控制 7 機身 2 2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)是說明機械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo) 一般包括以下幾 個方面 1 抓重 額定抓取重量或額定負荷 單位為公斤 該機械手抓重為 30kg 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 2 自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式 該機械手整機 手臂和手腕等運動共有 4 個自由度 坐標(biāo)形式為圓柱坐標(biāo) 3 驅(qū)動方式 液動 4 手臂運動參數(shù) 800mm 5 手腕運動參數(shù) 小于 180 6 手指夾持范圍 65 85 7 定位精度 3mm 8 輪廓尺寸 2350 1950 900 mm 9 整機重量 略 2 3 設(shè)計路線與方案 2 3 1 設(shè)計步驟 1 查閱相關(guān)資料 2 確定研究技術(shù)路線與方案構(gòu)思 3 結(jié)構(gòu)和運動學(xué)分析 4 根據(jù)所給規(guī)格 范圍 性能進行分析 強度及運動學(xué)校核 5 根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進行計算 6 繪制工作裝配圖草圖 7 繪制總圖及零件圖等 8 總結(jié)問題進行分析解決 2 3 2 研究方法和措施 使用現(xiàn)代設(shè)計方法和液壓傳動技術(shù)進行設(shè)計 采用圓柱坐標(biāo) 4 個自由度 2 4 本章小結(jié) 本章主要按照機械手的組成初步擬定了總體的設(shè)計方案和設(shè)計路線 制定了初 步的設(shè)計步驟 給出該機械手的相關(guān)參數(shù) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第三章 計算與分析 3 1 手部 手部按其夾持工件的原理 大致可分為夾持和吸附兩大類 夾持類最常見的主要 有夾鉗式 該機械手采用夾鉗式手部設(shè)計 夾鉗式手部由手指 傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置組成 它對抓取各種形狀的工件有較大的適 應(yīng)性 可以抓取軸 盤 套類零件 該機械手采用 2 個手指 3 1 1 夾鉗手部設(shè)計的基本要求 1 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力 2 手指應(yīng)具有一定得開閉范圍 3 應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度 4 要求結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 效率高 5 考慮通用性和特殊要求 3 1 2 手部的計算與分析 1 手部受力分析 如圖 3 1 圖 3 1 手部受力簡圖 2 由拉桿力平衡條件 得 0 yF 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 cos21P 2P 1P 由 0 得 MFbNh 1 cosaabp 2s 初選 m50 b50 30 3 夾緊力計算 GKN321 kgf 取 5 1 a g2 04 設(shè) 機械手緩沖時最大加速度為 20m s2 1 035 3Kba tn 45 7013 04 1 Nkgf 所以 cos22 NaP 取 85 36 計 算實 際 4 確定油缸直徑 D 實 際P2d P 選取柱塞 5 0 壓力油工作壓力 24cmkgf 所以 365 012 PD 實 際 根據(jù)液壓油缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列 GB T2348 1993 選取油缸內(nèi)徑為 40mm 則活塞桿直徑為 185 04 dm 壁厚 D2 3 選夾緊缸壁厚 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 3 1 3 夾持誤差分析 工件平均半徑 5 240 CPRm V 型鉗夾角 12 偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定 60sinco1 ABcplR 取 為 2 倍工件平均半徑 ABl 50 ABl mR6 1cosi0 maxmin sincosin2siaxmax1 ABABAB lRll 69 0 m 7 iiinaxm2 ABABAB lll 68 021 所以夾持誤差滿足設(shè)計要求 3 2 腕部 3 2 1 腕部設(shè)計的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間 它的作用主要是在臂部運動的基礎(chǔ)上進一步改變 或調(diào)整手部在空間的方位 用以擴大機械手的動作范圍 適應(yīng)性強 手腕具有獨立的 自由度 手腕有繞 X 軸轉(zhuǎn)動的一個自由度 該機械手采用手腕的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn) 油缸 它結(jié)構(gòu)緊湊 靈活 自由角度符合設(shè)計要求 它要求嚴(yán)格密封 才能保證穩(wěn)定 的輸出轉(zhuǎn)矩 1 腕部處于臂部的最前端 它連同手部的動靜載荷均由臂部承受 腕部的結(jié)構(gòu) 重量和動力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu) 重量和運動性能 因此在腕部設(shè)計時 必須 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 力求結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 2 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu) 由承擔(dān)連接和支撐作用 除了保證力和運動的 要求 以及具有足夠的強度 剛度外還應(yīng)綜合考慮 合理布局及腕部和手部的連接 腕部自由度的位置檢測 管線布置 以及潤滑 維修 調(diào)整等問題 3 腕部設(shè)計應(yīng)充分估計環(huán)境對腕部的不良影響 如熱膨脹 壓力油的粘度和燃 點 有關(guān)材料及電控點測元件的耐熱性等 3 2 2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 腕部回轉(zhuǎn)時 需要克服一下幾種阻力 1 腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 M 摩 由圖 3 2 可知 M 摩 R 1D1 R2D2 kgf m f 式中 R 1 R2 軸承處支承反力 kgf m 可由靜力學(xué)平衡方程求得 D1 D2 軸承直徑 m f 軸承的摩擦系數(shù) 對于滾動軸承 f 02 1 為簡化計算取 M 摩 0 1M 總阻力矩 圖 3 2 腕部回轉(zhuǎn)力矩簡圖 G1 工件重量 G 2手部重量 G 3手腕轉(zhuǎn)動件重量 2 克服由于工件 G1重心偏置所產(chǎn)生的力矩 M 偏 M 偏 G1 e kgf 式中 e 工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離 m 3 克服起動慣性所需的力矩 M 慣 起動過程近似等加速運動 根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 及起動所用的角速度 起 M 慣 0 0175 J J 工件 kgf m 22 式中 J 工件 工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kgf m s J 手腕回轉(zhuǎn)部分對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kgf m s 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 手腕回轉(zhuǎn)過程中的角速度 度 秒 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度 度 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈椫?M 總 M 偏 M 摩 M 慣 因為手腕回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量 J J 工件 不是很大 手腕起動過程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn) 動力矩也不大 為了簡化計算 可以將計算 M 偏 M 摩 適當(dāng)放大 而省略掉 M 慣 這 時 M 總 1 1 M 偏 M 摩 設(shè)手爪 手爪驅(qū)動油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動件為一個等效圓柱體 高為 7 cm 直徑為 22 cm 其重量為 G 394 8 N 摩擦阻力矩 M 摩 0 1M 總阻力矩 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度 起 18 等速轉(zhuǎn)動角速度 200 s 則 M 慣 0 0175 J J 工件 22 查型鋼表有 J mR2 0 084 kgf m s 12 J 工件 m L 2 3R2 5 03 kgf m s 2 112 代入 M 慣 99 59 N m M 偏 0 M 摩 0 1M 總阻力矩 M 0 1M 總阻力矩 99 59 110 66 1 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩計算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩 圖 所示為機械手的手腕回 轉(zhuǎn)運動所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸 定片 1 與缸體 2 相連 動片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 相連 當(dāng) a b 口分別進出油時 動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)達到手腕回轉(zhuǎn)目的 式中 M 總 手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩 P 回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 R 缸體內(nèi)徑半徑 r 輸出軸半徑 b 動片寬度 注 可按外形要求或安裝空間大小 先設(shè)定 b R r 中的兩個 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 D d 2 取 D d 2 22 5 1dDb dD2b 設(shè) r 40 mm R 100 mm b 30 mm 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P 47 N cm 2RbMr 總 由于系統(tǒng)工作壓力 P 441 45 N cm 所以回轉(zhuǎn)油缸工作壓力足以克服摩擦力 3 3 臂部 3 3 1 臂部設(shè)計的基本要求 手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件 他的作用是支撐腕部和手部 包括工件 并帶動它們作空間轉(zhuǎn)動 臂部運動的目的 把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點 手臂的各種運動由油缸驅(qū) 動和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn) 從臂部的受力情況分析 它在工作中既直接承受腕部 手 部和工件的靜動載荷 而且自身運動又較多 故受力復(fù)雜 因而 它的結(jié)構(gòu) 工作范 圍 靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機械手的工作性能 機身是固定的 它是直接承受和傳動手臂的部件 實現(xiàn)臂部的升降 回轉(zhuǎn)等運動 臂部要實現(xiàn)所要求的運動 需滿足下列的各項基本要求 1 對于機械手臂式機身的承載能力 取決于其剛度 結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形 式 顯然 伸縮臂桿的懸伸長度越大 則剛度越差 而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷 變化 對于機械手的運動性能 位置精度和負荷能力等影響很大 為了提高剛度 盡 量縮短臂桿的懸伸長度 還應(yīng)注意 1 根據(jù)受力情況 合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機身既受彎曲力 而且不僅是一個方向的彎曲力 也受扭轉(zhuǎn)力 應(yīng)選用抗 彎和抗扭剛度較高的截面形狀 所以機械手常用無縫鋼管坐導(dǎo)向桿 用工字鋼或槽鋼 作為支撐板 這樣既提高了手臂剛度 又大大減輕了手臂的自重 而且空心的內(nèi)部還 可以布置驅(qū)動裝置 傳動機構(gòu)以及管道 有利于結(jié)構(gòu)的緊湊 外形整齊 2 高支承剛度和選擇支承間的距離 臂部和機身的變形量不僅與本身剛度有關(guān) 而且同支承的剛度和支撐件間距離有 很大關(guān)系 要提高支承剛度 除從支座的結(jié)構(gòu)形狀 底板的剛度以及支座與底板的連 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 接剛度等方面考慮外 特別注意提高配合面間的接觸剛度 3 合理布置作用力的位置和方向 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時 應(yīng)結(jié)合具體受力情況 設(shè)法使各作用力的變形相互抵消 4 設(shè)計臂部時 元件越多 間隙越大 剛性越低 因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡單 要全面分析各尺寸鏈 在要求高的部位合理確定調(diào)整補償環(huán)節(jié) 以減少重要部件的間 隙 從而提高剛度 5 水平放置的手臂 要增加導(dǎo)向桿的剛度 同時提高其配合精度和相對位置精 度 使導(dǎo)向桿承受部分或大部分自重和抓取重量 6 提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度 以提高手臂前伸時的剛度 2 臂部運動速度要高 慣性要小 機械手臂的運動速度是機械手主要參數(shù)之一 它反映機械手的生產(chǎn)水平 一般時 根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定 在一般情況 手臂的移動 回轉(zhuǎn)和上升均要求勻速運動 V 和 為常數(shù) 但在手臂的起動和終止瞬間 運動是變化的 為了減少沖擊 要 求起動時間的加速度和終止前的加速度不能太大 否則引起沖擊和振動 圖 3 3 左中 A 點為起動位置 B 點位緩沖位置 C 點為終點位置 t 1起動時間 t2為制動時間 T 為運動周期 對于告訴運動的機械手 其最大移動速度設(shè)計在 mm s 最大回轉(zhuǎn)角度150 設(shè)計在 180 s 內(nèi) 在大部分形行程距離上平均移動速度為 1000mm s 平均回轉(zhuǎn)角 速度為 90 s 手臂伸縮時所產(chǎn)生的慣性力為 F 慣 ma tvgG m 質(zhì)量 kg a 加速度 m s G 手臂運動件質(zhì)量 kgf g 重力加速度 9 8m s t 起動或制動時間 v 起動或制動的速度差 手臂回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性力矩為 M 慣 0 0175J 0 0175 J c J0 t 式中 J 角加速度 s 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 起動或制動的角速度差 s J 臂部回轉(zhuǎn)件對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 kg m s Jc 臂部零件對其重心的轉(zhuǎn)動慣量 kg m s J0 臂部零件作為重心位置的質(zhì)點對臂部回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣 J0 回轉(zhuǎn)半徑 為減少轉(zhuǎn)動慣量 1 減少手臂運動件的重量 采用鋁合金等輕質(zhì)高強度材料 2 減少手臂運動件的輪廓尺寸 3 減少回轉(zhuǎn)半徑 在安排機械手動作順序時 先縮后回轉(zhuǎn) 或先回轉(zhuǎn)后伸 盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作 4 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置 3 手臂動作應(yīng)靈活 為減少手臂運動件之間的摩擦阻力 盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦 對于懸臂式機械手 其傳動件 導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理 使手臂運動過程 盡可能平衡 以減少對升降支承軸線的偏心力矩 特別要防止發(fā)生 卡死 的現(xiàn)象 自鎖 為此必須計算使之滿足不自鎖條件 如圖 3 3 右所示 1 偏重力矩的計算步驟 計算零件重量 可分解為規(guī)則的體型進行計算 計算零件重心位置 求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離 求重心位置并計算偏重力臂 G 總 G 工 G 爪 G 腕 G 臂 i 1 nGCC 臂腕爪工 臂臂腕腕爪爪工工 n1iii X 計算偏重力矩 M 偏 G 總 iXi 1 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 圖 3 3 手部伸縮所受慣性力簡圖 2 升降導(dǎo)向柱不自鎖條件 手臂在 G 總 的作用下有向下的趨勢 而立柱導(dǎo)套防止手臂這種趨勢 由力的平衡有 R1 R2 R1h G 總 R 1 R2 G總 所謂不自鎖的條件 G 總 F 1 F2 2F1 2R1f h 2 f 取 f 0 15 則 h 0 30 4 位置精度要求高 一般說來 直角和圓柱坐標(biāo)式機械手位置精度較高 關(guān)節(jié)式機械手的位置最難控 制 精度差 在手冊上加設(shè)定位裝置和自檢測機構(gòu) 能較好的控制位置精度 檢測裝 置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動 嚙合件的間隙 除此之外 要求機械手通用性要好 能適合多種作業(yè)的要求 工藝性要好 便于 加工和安裝 用于熱加工的機械手 還要考慮隔熱 冷卻 用于作業(yè)區(qū)粉塵大的接攜手 還要 設(shè)置防塵裝置等 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 3 3 2 手臂的設(shè)計計算 通常先進行粗略的估算 根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸 再進行校 核計算 修正設(shè)計 為了便于進行液壓機械手的設(shè)計計算 我們分別就伸縮缸 升降缸 回轉(zhuǎn)油缸的 設(shè)計敘述如下 3 3 3 伸縮油缸的設(shè)計計算 1 作水平伸縮直線運動油缸的驅(qū)動力 根據(jù)油缸驅(qū)動時所需克服的負載 摩擦 密封裝置及慣性等幾個方面的力 確定 油缸所需的驅(qū)動力 油缸活塞的驅(qū)動力 P 的設(shè)計計算如圖 3 4 所示 P P 摩 P 密 P 回 P 慣 式中 P 摩 摩擦阻力 手臂運動時 運動表面間的摩擦力 如導(dǎo)向裝置 活 塞和缸壁等處的阻力 圖 3 4 油缸活塞的驅(qū)動力簡圖 由于導(dǎo)向桿相對稱配置 兩導(dǎo)向桿受力均衡 可按一個導(dǎo)向桿計算 0 FmA G L aR 得 R 總 bbaGL 總 0Y G R R 得 R G總 baa總 L 得 P 摩 Pa 摩 P b 摩 a bR 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 所以 P 摩 aGL2總 1 3 35 0 2 9 81 267N 15 式中 G 參與運動的零部件的總重量 含工件重 kgf 總 L 手臂參與運動的零部件的總重量的重心 C 到導(dǎo)向支承前端的 距離 cm a 導(dǎo)向支承的長度 cm 摩擦系數(shù) 對于靜摩擦且無潤滑時 鋼對鑄鐵 取 0 18 0 3 剛對鑄鐵 4 2 P 密 密封裝置處的摩擦阻力 0 型密封 當(dāng)油缸工作壓力小于 100 kgf cm 活塞桿直徑為油缸直徑的一般 活塞與活塞桿都采用 0 型密 封圈密封時 油缸密封處的總的摩擦力為 P 封 1 P 封 2 0 03P 式中 P 為驅(qū)動力 P 封 1 P 封 2 0 03 3655 4 109 6 N P 封 3 dlp 式中 p 工作壓力 kgf cm P 15d 所以應(yīng)進行穩(wěn)定性校核 P 0 7 10 knP3102 6 6 式中 P k 臨界力 可按材料力學(xué)有關(guān)公式計算 nk 2 4 大柔度桿的臨界力 Pk 當(dāng) 時 臨界力 Pk為 1 il P kgf 0 21 10FE2 26287 04 1 6 式中 活塞桿的計算柔變 柔度系數(shù) l 活塞桿的計算長度 cm F 8 0464 0J i md8 023 J 活塞桿截面對中性軸的慣量 cm J 15 642 34 d E 2 1 10 kgf cm 彈性模量 長度折算系數(shù) 特定的柔度值 1 28 7 PE 2501 6 比例極限 P i 0 75430 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 Pk 1 80 102 6209 175 6 P 0 6 10 Pa 0 6 MPakn38 66 油缸端蓋的聯(lián)接方式及強度計算 為保證聯(lián)接的緊密性 必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 t1 進而決定螺釘?shù)臄?shù)目 缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體 另一端缸體與缸蓋采用螺釘聯(lián)接 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?為保證聯(lián)接的緊密性 必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 t1 見表 4 8 進而決定螺釘?shù)臄?shù) 目 在這種聯(lián)接中 每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 為工作載荷 和預(yù)進力 0Q0Q 之和 s s 式中 ZP D42 P 為驅(qū)動力 kgf Z 螺釘數(shù)目 P 工作 動力 kgf cm 預(yù)緊力 kgf s K K 1 5 1 8s 螺釘?shù)膹姸葪l件為 合 41 320d 21Qj d1 式中 Q j 1 3 Q0 計算載荷 kgf j 表 3 1 螺釘間距 t1 與壓力 p 的關(guān)系 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 工作壓力 p1 kgf cm 螺釘間距 t1 mm 5 15 150 15 25 120 25 50 100 50 10 80 kgf cm 抗拉許用應(yīng)力 ns2 n 1 2 2 5 d 1 螺紋內(nèi)徑 cm 表 3 2 常用螺釘材料的流動極限 鋼號 10 A2 A3 35 45 40crs kgf cm 2 2100 2200 2400 3200 3600 6500 9000 缸體螺紋計算 d1 cm 合 4QK201Dd 2014DQK 式中 P P 0 s p 42 KP 1 5 1 8 P D 油缸內(nèi)徑 s K1 應(yīng)考慮螺紋拉應(yīng)力和扭應(yīng)力合成作用系數(shù)取 K1 1 3 缸蓋連接螺釘和動片連接螺釘計算 1 缸蓋連接螺釘計算 缸蓋與回轉(zhuǎn)油缸的缸體用螺釘聯(lián)接時 其螺釘?shù)膹姸扔嬎惴椒?同伸縮油缸缸蓋螺釘強度計算 螺釘?shù)膹姸葪l件為 43 12dQj 或 d1 j 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 式中 d 1 螺釘?shù)膬?nèi)徑 cm Q1 1 3Q 計算載荷 kgf 螺釘材料作用拉應(yīng)力 3 4 機身 機身是直接支撐和傳動手臂的部件 一般是實現(xiàn)臂部的升降 回轉(zhuǎn)或俯仰等運 動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上 或者直接構(gòu)成機身的卻敢于底座相連 因此 臂部的運動愈多 機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜 機身既可以是固定的 也可以是 行走的 即可以沿地面或架空軌道運動 3 5 本章小結(jié) 本章只要對機械手的手部 腕部 臂部 機座進行了詳細的計算分析以及相關(guān) 校核 對手部夾持誤差進行了分析 對伸縮和升降油缸進行了設(shè)計計算和選型 對相 關(guān)液壓元件進行了選型和校核 第 4 章液壓系統(tǒng) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 4 1 液壓缸的工況圖 根據(jù)前面設(shè)計的好的各液壓缸的參數(shù) 繪制各液壓缸的 P t 圖 Q t 圖 N t 圖 1 活塞缸工況圖的繪制 已知參數(shù) 包括設(shè)計出的參數(shù) Di di Fi t Ui t i 表示第幾個缸的參數(shù) 無桿腔進油 24 DitViQFP 有桿腔進油 24 diti Ni t Fi t Vi t 2 擺動缸工況圖的繪制 已知參數(shù) Di di Mi t i t bi Pi t 28 diDbitMi Qi t bi Di di 8 i t Ni t Mi t i t 1 雙作用夾緊油缸 D1 40mm d1 20mm F1 V1 3 5cm s 5 020 7458 6 3tNt 2 手腕回轉(zhuǎn)缸 D2 100mm d2 40mm b2 30mm 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 M2 2 1 s 3471 6103 3 9tmNt 注意 忽略角加速度和角減速度的影響 3 手臂升降活塞缸 D3 80mm d3 60mm F5 V5 25 0 cm s 5 001 298 6 7tNt 4 手臂伸縮活塞缸 D4 50mm d4 25mm F4 V4 29 8 cm s 5 021 583679 tNt 4 2 做工況圖 1 夾緊缸 無桿腔進油情況下 P1 N1 22 02 46758 cmN W4569837 圖 4 1 夾緊缸無桿腔進油時工況圖 有桿腔進油情況下 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 P1 22 54 6928 cmN Q1 25 0 4 2 270 cm s4 圖 4 2 夾緊缸有桿腔進油時工況圖 2 手腕回轉(zhuǎn)缸 P2 22 60 19485 3mN Q2 10 4 49 5 cm s N2 W4 950187 圖 4 3 手腕回轉(zhuǎn)缸工況圖 3 手臂升降活塞缸 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 P3 22 45 2017 9cmN Q3 29 8 8 37 4 cm s N3 W19587 圖 4 4 手臂升降缸工況圖 因為以上是無桿腔進油的工況 當(dāng)有桿腔進油時 整個手臂自重會使它產(chǎn)生復(fù)值 負荷 所以不作有桿腔進油的工況圖 4 手臂伸縮活塞缸 無桿腔進油情況下 P4 N4 22 56 29371 cmN W65 78320 91 圖 4 5 手部伸縮缸無桿腔進油時工況圖 有桿腔進油情況下 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 P4 22 80 2931 cmN Q4 29 8 5 2 5 438 61cm s 圖 4 6 手部伸縮缸有桿腔進油時工況圖 4 3 計算和選擇液壓元件 4 3 1 液壓泵的選擇 1 計算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和 即 Ps Pimax P P 管道和各類閥的全部壓力損失之和 可先估計 一般取 P 5 8 10 Pa5 2 計算液壓泵的流量 Qp Kqimax 式中 K 泄露折算系數(shù) 一般 K 1 1 1 5 3 選擇液壓泵的規(guī)格 參照設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本 選取其額定壓力比 Ps 高 25 60 其流量與上述計算 一直的液壓泵 4 計算功率 選用電動機 按工況圖 找出所有缸 N t 圖中最高功率點的 Nmax 對應(yīng)的 Ps 計算值 和泵額 定流量的乘積 然后除以泵的總效率 p N 電 pQPs 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 確定液壓泵的流量壓力和選擇泵的規(guī)格 泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進油路有一定的壓力損失 所以 泵的 工作壓力為 Pp P1 P Pp 液壓泵的最高工作壓力 P1 執(zhí)行元件的最高工作壓力 P 進油管路中的壓力損失 初算時 簡單系統(tǒng)可取 MPa P 0 5 MP a 0 5 2 Pp 4 5 0 5 5 MP a 上述計算所得的 Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力 考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡 階段出現(xiàn) 的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力 另外考慮到 一定的壓力儲備量并確保泵的壽命 因 此選泵的額定壓力 Pn Pp1 6 2 Pn 1 25 Pp 1 25 5 6 25 MPa 泵流量的確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為 qp KL q max qp 液壓泵的最大流量 q max 同時工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值 如果這是 溢流閥正進行工作 尚需加溢流閥的最小溢流量 L min3 2 KL 系統(tǒng)泄露系數(shù) 一般取 KL 1 21 qp 1 2 32 38 4 L min 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得 Pp和 qp 再查閱有關(guān)手冊 現(xiàn)選用 CB B25 齒輪泵 該泵的基本參數(shù)為 每轉(zhuǎn)排量 mL r 泵的額定壓力 Pn 10 MPa 25 電動機轉(zhuǎn)速 nB 1450r min 容積效率 r 0 85 總效率 0 7 與液壓泵匹配的電動機的選定 首先分別計算出不同工況時的功率 取它們之間 的最大值作為選取電動機規(guī)格的依據(jù) 由于在速度較小時 泵輸出的流量減小 泵的 效率急劇下降 一般當(dāng)流量在 0 2 1L min 范圍內(nèi)時 可取 0 03 0 14 同 時 還應(yīng)注意到 為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時 不 致停轉(zhuǎn) 需進行驗算 即 2P nqp 1 3 pBP 泵的工作壓力 P 245 25 N cm 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 30 N 電 1 57 10 W 1 57 KW 65 0 21892 選電機 Y1001L1 4 N 2 2 KW n 1430 rpm 4 3 2 選擇液壓控制閥的原則 按控制閥的額定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量 原則 4 3 3 選擇液壓輔助元件的要求 1 濾油器 按泵的最大流量選取流量略大些的濾油器 濾油精度在為 100 m 網(wǎng)式或線段式 濾油器即可 2 有關(guān)和管接頭 油管和管接頭的通徑與閥一致來選取 3 油箱容積 V 5Qp 注意 Qp 單位若為 L min 時 V 的單位為 dm Qp 單位若為 m min 時 V 的單位為 m 4 3 4 具體選擇液壓元件 1 換向回路 夾緊缸換向選用二位四通閥 其他缸全部選用 B 型的三位四通電磁換向閥 選 用 B 型電磁閥便于微機控制 選中位為 0 型是是定位準(zhǔn)確 2 調(diào)建方案 從工況圖可知 本系統(tǒng)是功率較小的 故選簡單的進油路節(jié)流閥調(diào)速 同樣的 道理 選用單泵供油 力求獲得較好的經(jīng)濟性 3 緩沖回路應(yīng)便于微機控制 提高自動化程度 4 系統(tǒng)的安全可靠性 為防止伸縮缸在氧氣一定角度后的自由下滑 都采用單向順序閥來平衡 根據(jù)動作要求編制液壓系統(tǒng)動作循環(huán)及電磁動作順序表 液壓元件的選擇 確定管道尺寸 本系統(tǒng)主油路流量 q 31 L min 壓油路的允許流速為 v 4m s 則內(nèi)徑 d 4 6 4 6 12 8mm 13mmvq 4 31 液壓油箱的設(shè)計 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 31 液壓油箱的作用是儲存液壓油 分離液壓油中的雜志和空氣 同時 起到分散 的作用 1 液壓油箱有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下 影響散熱的條件很多 通常按壓力范圍來考慮 液壓油箱的有效容積 V 可概略地確定為 在中低壓系統(tǒng)中 p 6 3MP a 可取 V qp 5 3 式中 V 液壓油箱幼小容量 q p 液壓泵額定流量 V 3 qp 3 38 4 115 2 故 V 120L 應(yīng)當(dāng)注意 設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后 設(shè)備中的那部分會因重力作用而流回液壓油箱 為了防止液壓油從郵箱中溢出 郵箱中的液壓油位不能太高 一般不應(yīng)超過液壓油箱 高度的 1 液壓油箱的外型尺寸 液壓油箱的有效容積確定后 需設(shè)計液壓油箱的外型尺寸 一般尺寸比 長 寬 高 為 1 1 2 31 因此 長 寬 高 4 5 6 所以長為 400mm 寬為 500mm 高為 600mm 在小型液壓系統(tǒng)中 進給速度的控制一般采用節(jié)流閥根據(jù)工作時對低速性能和速 度負載特性都有一定要求的特點 決定采用定量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調(diào)速 這 種調(diào)速回路具有效率高 發(fā)熱小 和速度剛性好的特點 并且節(jié)流閥裝在回油路中 對液壓缸具有一定得緩沖作用 確定供油方式 A qmin Vmin A 0 05 10 3 1056 6 47 cm3 qmin是由產(chǎn)品樣本查的 GE 系列節(jié)流閥 AQF3 E10B 的最小穩(wěn)定流量為 0 05L min Vmin是液壓缸的最低流速 V min由設(shè)計要求給定 Vmin 1056cm min A 4 D 2 d 22 76cm 計算在各工作階段液壓缸所需的最大流量 Q 夾 4 D 夾 d 夾 v 夾 28 26 L min Q 上升 4 D 上 v 上 105 50 L min Q 下降 4 D 下 d 下 v 下 46 15 L min Q 伸出 4 D 出 v 出 58 87 L min 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 32 Q 縮回 4 D 回 d 回 v 回 44 15 L min 4 4 本章小結(jié) 本章主要對機械手的液壓系統(tǒng)進行了設(shè)計 確定了調(diào)速方案和換向 緩沖回路 對所需液壓元件進行計算選型 對液各個壓缸工況圖進行繪制 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 33 第 5 章液壓缸的保養(yǎng)與維護 5 1 液壓元件的安裝 1 安裝前元件應(yīng)以煤油進行清洗 并要進行壓力和密封性試驗 合格后可安裝 2 泵機器傳動要求較高的同心度 3 油泵的入口 出口和旋轉(zhuǎn)方向 一般在泵上均有表明 不得接反 4 安裝各種閥時 應(yīng)注意進油口與回油口的方向 5 為了避免空氣滲入閥內(nèi) 連接處應(yīng)保持密封良好 6 用法蘭安裝的閥件 螺釘不能擰的過緊 因為有時擰的過緊反而密封不良 5 2 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護 1 油箱中的液壓油應(yīng)經(jīng)常保持正常油面 2 液壓油應(yīng)經(jīng)常保持清潔 3 油溫應(yīng)適當(dāng) 油箱的油溫一定不能超過 60 4 回路里的空氣應(yīng)完全清除掉 回路里進入空氣后 因為氣體的體積和壓力成 反比 所以隨著負荷的變動 油缸的運動也要受到影響 為了防止回油管回油時帶入 空氣 回油管必須插入油面以下 吸入管和泵軸的密封部分等各個低于大氣壓的地方 應(yīng)注意不要漏入空氣 5 在初次啟動油泵時 應(yīng)向泵里灌滿油 檢查轉(zhuǎn)動方向是否正確 入口與出口 是否接反 6 在油泵啟動和停止時 應(yīng)是溢流閥卸荷 7 溢流閥的調(diào)節(jié)壓力不得超過液壓系統(tǒng)的最高壓力 8 應(yīng)盡量保持電磁閥的電壓穩(wěn)定 否則可能會導(dǎo)致線圈的過熱 9 易損零件 如密封圈等 應(yīng)經(jīng)常有備品 以便及時更換 5 3 一般技術(shù)安全事項 在液壓系統(tǒng)的使用維護中 必須注意技術(shù)安全否則會引起傷亡事故 1 用扳手去擰緊或調(diào)整的零件 必須注意技術(shù)安全否則會引起傷亡事故 2 所有連接螺釘必須擰緊 法蘭上所有螺釘都必須裝上 3 一切聯(lián)鎖或鎖緊裝置必須校準(zhǔn) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 34 4 檢查用的壓力計等儀表 必須放于便于觀察的地方 5 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時 禁止在工作的條件下進行檢查和調(diào)整 6 當(dāng)打開放氣閥是 眼睛不要對著噴射的方向 5 4 本章小結(jié) 本章主要對液壓元件的安裝提出規(guī)范要求 對液壓系統(tǒng)的一般性安全使用與維護 及注意事項進行簡單介紹 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 35 結(jié) 論 總的來說工業(yè)機器人性能在不斷提高 高速度 高精度 高可靠性 便于操作和 維修 而單機價格不斷下降 平均單機價格從 91 年的 10 3 萬美元降至 97 年的 6 5 萬美元 機械結(jié)構(gòu)向模塊化 可重構(gòu)化發(fā)展 例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機 減速機 檢測系統(tǒng)三位一體化 由關(guān)節(jié)模塊 連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 國外已有模 塊化裝配機器人產(chǎn)品問市 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā) 展 便于標(biāo)準(zhǔn)化 網(wǎng)絡(luò)化 器件集成度提高 控制柜日見小巧 且采用模塊化結(jié)構(gòu) 大 大提高了系統(tǒng)的可靠性 易操作性和可維修性 機器人中的傳感器作用日益重要 除 采用傳統(tǒng)的位置 速度 加速度等傳感器外 裝配 焊接機器人還應(yīng)用了視覺 力覺 等傳感器 而遙控機器人則采用視覺 聲覺 力覺 觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進 行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用 虛擬 現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真 預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機器人操作 者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人 機器人化機械開始興起 從 94 年美國開發(fā)出 虛擬軸機床 以來 這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一 紛紛 探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域 但總的來看 我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的 水平和國外比還有一定的距離 如 可靠性低于國外產(chǎn)品 機器人應(yīng)用工程起步較晚 應(yīng)用領(lǐng)域窄 生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 在應(yīng)用規(guī)模上 我國己安裝的國產(chǎn)工 業(yè)機器人約 200 臺 約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四 以上原因主要是沒有形成機器 人產(chǎn)業(yè) 當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求 一客戶 一次重新設(shè)計 品 種規(guī)格多 批量小 零部件通用化程度低 供貨周期長 成本也不低 而且質(zhì)量 可 靠性不穩(wěn)定 因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù) 對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃 搞好 系列化 通用化 模塊化設(shè)計 積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 可以看到 工業(yè)機械手可用來 作為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一 與世界上主要工業(yè)水平國家相比 我國 的工業(yè)機械手技術(shù)還是相當(dāng)落后的 各項工作都有待于繼續(xù)做好 為此必須急起急追 才能迎頭趕上 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 36 參考文獻 1 張慧慧 費仁元 機器人機械設(shè)計和分析 M 北京工業(yè)大學(xué)出版社 1998 9 2 祥瑛 工業(yè)機器人及其應(yīng)用 M 機械工業(yè)出版社 2004 3 3 果 王峻峰 何松齡 一種基于 SCARA 機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 J 機械工程師 2005 年第 4 期 4 兵 趙斌 梁海峰 PLC 在物料搬運機械手控制中的應(yīng)用 可編程控制器與工廠 自動化 PLC FA 2004 年 11 期 5 兵 趙武 施永輝 物料搬運機械手的研制 J 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報 2005 年第 8 期 6 濮良貴 紀(jì)名剛 機械設(shè)計 J 高等教育出版社 2001 6 7 王世剛 苗淑杰 機械設(shè)計實踐 M 哈爾濱工程大學(xué)出版社 2003 2 8 劉品 李哲 機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ) M 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 1 9 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第二冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 10 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第三冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 11 蔡小華 薛小雯 在 CAD 環(huán)境下利用 VB 實行范成法加工齒輪的仿真 A 無錫職 業(yè)學(xué)院學(xué)報 2008 6 12 殷素峰 張文麗 基于 VB 和 AutoCAD 實現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模 A 機械工程于 自動化 2008 10 13 Joseph Constanse DFMA leaming to Design for Manufacture and Assembly Meeh Erg 1992 14 G Boothroyd and P Dewhurst Product Design foe Manfacture And Assembly M Manuf Eng 1998 15 Shad Dowlastahahi A Comparison of Approach to Concurrent Engineering M Adv Manuf Tech 1994 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 37 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計綜合運用了大學(xué)四年來所學(xué)過的大部分知識 使理論知識和生產(chǎn)實 際得以有機結(jié)合 在設(shè)計過程中 不但鞏固了如工程制圖 機械設(shè)計 CAD 液壓技 術(shù)等方面的知識 而且還學(xué)到了許多未曾接觸過的知識 開闊了視野 曾加了知識儲 備 增強了自學(xué)能力 值得強調(diào)的是在本次畢業(yè)設(shè)計中要特別感謝王慧文老師自始至終的耐心教導(dǎo) 循 循善誘 方使駑鈍之才茅塞頓開 期間王老師多次詢問設(shè)計進程 并為我指點迷津 幫助我開拓思路 精心點撥 熱忱鼓勵 王老師淵博的知識 一絲不茍的作風(fēng) 嚴(yán)謹(jǐn) 求實的治學(xué)態(tài)度 踏踏實實的精神 不僅授我以文 而且教我做人 雖歷時三月 卻 給以終生受益無窮之道 對王老師的感激之情無以言表 還要外感謝同窗好友彼此相互扶持 互相勉勵切磋 使之能夠順利完成 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 38 附 錄 About Manipulator Mchanical hand is also called from begins auto hand can imitate the manpower and arm s certain holding function with by presses the fixed routine to capture the transporting thing OR operation tool s automatic operation installment It may replace person s strenuous labor to realize the production mechanization and the automation can operate under the hostile environment protects the personal safety thus widely applies in departments and so on machine manufacture metallurgy electron light industry and atomic energy The manipulator is mainly composed of the hand and the motion The hand is uses for to grasp holds the work piece or tool the part according to is grasped holds the thing shape the size the weight the material and the work request has many kinds of structural styles like the clamp the request hold and the adsorption and so on The motion causes the hand to complete each kind of rotation swinging the migration or the compound motion realizes the stipulation movement changes is grasped holds the thing position and the posture Motion s fluctuation the expansion revolving and so on independence movement way is called manipulator s degree of freedom In order to capture in the space the optional position and the position object must have 6 degrees of freedom The degree of freedom is the key parameter which the manipulator designs The degree of freedom are more manipulator s flexibility is bigger the versatility is broader its structure is also more complex Generally the special purpose manipulator has 2 3 degrees of freedom The manipulator s type may divide into the hydraulic pressure type the air operated according to the drive type electromotive type the mechanical manipulator May divide into the special purpose manipulator and the general purpose manipulator two kinds according to the applicable scope May divide into the position control and the continuous path according to the path control mode controls the manipulator and