减震器盖装配线自动给料机械手设计学士学位论文(编辑修改稿)

减震器盖装配线自动给料机械手设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

工业发展的需要。 在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示哈尔滨远东理工学院学士学位论文 3 教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。 将机械手各 运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。 既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。 同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。 此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。 目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊 、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。 此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。 使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。 如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。 目前已经取得一定成绩。 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 4 第 2 章 确定总体方案 机械手的概念 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取或操作的自动机械装置。 在工业生产中应用的机械手被称为 “工业机械手 ”。 图 21。 图 21 工 业机械手 机械手的组成及其分类 机械手的组成 机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统等部分组成各系统相互之间的关系如图22 所示。 图 22 机械手各系统之间的关系 执行机构 执行机构是机械手完成握持工件实现所需的各种运动的机械部件，包括如下几个部分： （ 1）手部：即与物件接触的部件。 根据与物件接触的不同形式，可分为夹持式和吸附式。 执行系统（包括、机身、臂部、腕部、手部） 驱动系统 控制系统 被抓去对象 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 5 （ 2）手腕：是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位。 一些简易的机械手， 也有不设手腕部件，将手部直接装在手臂部件的端部。 （ 3）手臂：是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。 手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。 （ 4）机身：是机械手中用来支撑手臂的部件，安装驱动装置和其他装置的部件。 驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。 常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。 控制系统 控制系统是通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作 ，并检测其正确与否的一些装置。 一般包括程序控制部分和行程检测反馈部分。 机械手的分类 按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种： （ 1）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、使用可靠和造价低等特点适用于大批量的自动化生产。 （ 2）通用机械手：它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活的机械手。 在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用 ,驱动系统和控制系统是独立的。 通用 机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。 按驱动方式分 （ 1）液压传动机械手：是以液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。 其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。 但对密封装置要求 严格，否则油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。 （ 2）气压传动机械手：是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手 ,其主要特点是：介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。 但是，由于空气具有可压缩的 特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30 公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 （ 3）机械传动机械手：由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动的机械手。 它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。 它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构庞大，动作程序不可变。 它常被用于工作主机的上、下料。 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 6 （ 4）电力传动机械手：有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动 的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。 其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。 此类机械手目前还不多，但有一定发展前途。 按机械手的臂力大小分 按臂力（即被传送物件的重量）的大小，可将机械手分为如下四类： （ 1）微型机械手：臂力小于 1 公斤。 （ 2）小型机械手：臂力为 110 公斤。 （ 3）中型机械手：臂力为 1030 公斤。 （ 4）大型机械手：臂力大于 30 公斤。 机械手的设计原则 设计机械手的原则是：充分考虑作业对象的作业技术要求，拟定较为合理的作业工序和工艺，并 满足系统功能要求和环境条件；明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性。 本次设计的机械手是搬运机械手，是一种适用于成批或中、小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。 机械手的坐标型式与自由度的选用 考虑机械手手臂的不同运动形式及组合情况，本机械手在上下料时具有手臂的升降动作及手指在夹持物件时的开闭运 动。 在设计中机械手的坐标型式采用直角坐标型式，相应的机械手具有三个自由度。 机械手的结构方案设计 手臂的升降运动是通过气缸或液压缸来实现的，横向移动即为手臂的横移。 手臂的各种运动均由相应的气缸或液压缸来实现。 为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成 V 型槽式可更换结构，使用的是夹持式手部。 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 7 方案一 图 23 结构方案一 该机械手的工作原理：机械手的初始位在上料架的正上方。 在上料过程中，首 先小臂的升降油缸 2 驱动小臂下降，手 4 抓取工件，小臂上升复位。 然后，大臂的伸缩油缸 1 驱动手臂横向移动，把工件送到托盘的正上方后，小臂的升降油缸 2 下降，把工件送至托盘位上，手 4 放开工件，小臂 2 上升，大臂的伸缩油缸 1 驱动手臂横向移动，将工件送到料架的正上方，机械手完成一个工作周期。 该结构原理简单，但结构尺寸过大，从而机械手的运动时间过长，降低了机械手的工作效率。 横向的导轨采用滚轮，定位不准确，精度差。 方案二 图 24 结构方案二 该机械手工作原理与方案一相同，但整体尺寸缩小，结构紧凑，且横向使用导杆定位，哈尔滨远东理工学院学士学位论文 8 定位精度准确，因此，该方案为可执行方案。 机械手的驱动方案设计 气动技术 —这个被誉为工业自动化之 “肌肉 ”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。 目前，伴随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用为目标，得到了前所未有的发展。 另一方面，气动技术作为 “廉价的自动化技术 ”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应 用于现代工业生产领域。 在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。 工业机器人使用最多的一种驱动方式是电机驱动。 但是由于这类机器人价格昂贵，限制了在一些场合的广泛应用。 因此，人们开始寻求其它一些经济适用的机器人驱动方式。 直角坐标的气动机械手的三种形式，如图 25。 1 立柱型气动机械手 2 门架型气动机械手 3 滑块型气动机 械手 图 25 直角坐标的气动机械手的三种形式 随着气动技术获得了快速发展，其中利用成本性能比低廉及同时具有许多优点的气动机械手设备来满足社会生产实践需要也越来越多的受到重视，气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。 气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点，表 25 给出了各种控制方式的比较。 由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉，加之减振器盖抓取载荷较轻，因此，本机械手采用气压 传动方式。 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 9 机械手的控制方案设计 考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们 PLC 对机械手进行控制。 当机械手的动作流程改变时，只需改变 PLC 程序即可实现，非常便捷。 机械手的主要参数 主要参数如下： （ 1）主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，为 60 克。 （ 2）基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。 操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。 而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂 表 21 各种驱动方式比较 项目 气压传动 液压传动 电气传动 机械传动 系统结构 简 单 复杂 复杂 较复杂 安装自由度 大 大 中 小 输出力 稍大 大 中 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 动作速度 大 很大 大 小 响应速度 慢 快 快 中 清洁度 清洁 可能有污染 清洁 较清洁 维护 简单 比气动复杂 需专门技术 简单 价格 一般 稍高 高 一般 技术要求 较低 较高 最高 较低 控制自由度 大 大 中 小 危险性 几乎无问题 注意着火 一般无问题 无特殊问题 伸缩及升降的速度。 （ 3）该机械手最大移动速度设计为 m/s，最小为平均移动速度为。 （ 4）除了运动速度以外，机械手的基本参数还有工作空间。 大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。 过大的工作空间，必然引起偏重力矩增大而使刚性降低。 根据统计和比较，横向伸缩行程约 800，手臂升降行程约为 500mm。 (5)定位精度也是基本参数之一，该机械手的精度为 177。 本章小结 本章主要介绍了机械手的概念，机械手的分类、组成，确定了机械手的结构方案，初步介绍了机械手驱动方案、控制方案的设计，确定了机械手的主要参数。 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 10 第 3 章 机械手的结构设计 机 械手的手部设计 机械手的手部是用来直接抓取物件的机构，是机械手的重要组成部件之一。 由手指、传力（或增力）机构和驱动装置组成。 根据被抓取物件的材质、形状、尺寸、重量以及其它一些特性（如易碎性、导磁性、表面光洁度等）的不同，手部的种类也不一样。 手部的种类及设计注意事项 手部的种类 （ 1）根据手指的种类不同分类 夹持式手部 吸附式手部 （ 2）根据手指的多少分类 单指手部是由各种单个吸盘所组成的手部。 多指手部是由多个机械式手指或多个吸盘所组成的手部，其中由两个机械式手指所组成的手 部用的较多。 图 31 手部的种类 夹持式是较常见的一种手部形式，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式：按手指夹持工件的部位又可分为内卡式和外夹式两种；按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型，其中以二支点回转型为基本型式。 当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指；同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。 回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛因此，本系统 采用回转型两指式外夹持手部。 设计注意事项 （ 1）手指间应具有一定的开闭角 两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。 手指的开闭角应能保证被抓物件顺利进入或脱开，其大小直接与工件和手指的形状、尺寸及手部接近被抓物件的路线等因素有关，同时还要注意路线周围的环境。 手部 夹持器 吸附式 外夹式 内撑式 气吸式 磁吸式 平移型 回转型 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 11 若夹持不同直径的物件，采用较大的开闭范围会增大驱动。