自動上料機(jī)械手設(shè)計研究

1、自動上料機(jī)械手設(shè)計研究引言人工成本的不斷上升，機(jī)器代替人工己經(jīng)成為很多公司轉(zhuǎn)型升 級的主要手段。應(yīng)用自動化生產(chǎn)線以搬運機(jī)械手代替人工完成物料 運輸，與人工相比，它具有能夠按照一定節(jié)拍精確穩(wěn)定地不間斷地 重復(fù)完成一項工作、能夠運輸人工無法運輸?shù)妮^重物料，并能有效 避免惡劣工作環(huán)境下人丄作業(yè)可能帶來的人身傷害，己是制造生產(chǎn) 工業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的必然選擇，被廣泛應(yīng)用。以往人工上料過程 中，人的重復(fù)勞動不僅給人帶來乏味勞累，而且作業(yè)效率不高。近 年來，隨著電子技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)器人已經(jīng)逐步應(yīng)用到生產(chǎn) 領(lǐng)域，幫助人們完成了一些難度比較高以及枯燥的工作，極大地降 低了勞動強度，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，同

2、時在需要精確定位的工 位中需借助機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次定位。因此，木文研究設(shè)計自動上料 機(jī)械手，減少工人操作，提高作業(yè)效率與產(chǎn)品定位精度。1自動上料機(jī)械手工作環(huán)境機(jī)械手是一種模仿人手動作按照提前設(shè)定的程序、軌跡和要求 代替人手抓取的自動化設(shè)備，準(zhǔn)確性高，造價相對經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡單 且易操作。自動上料機(jī)械手主要用于轉(zhuǎn)子涂敷生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)子上料, 為滿足整條生產(chǎn)線技術(shù)要求以及工藝流程，合理安排自動生產(chǎn)線中 上料機(jī)構(gòu)與其他工位機(jī)構(gòu)的布局，使得控制系統(tǒng)更簡單、操作更加 方便，上料機(jī)械手與其他生產(chǎn)工位布局如圖1所示。其工作流程是: 轉(zhuǎn)子通過上料輸送線把轉(zhuǎn)子送到定位機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)子定位到 上料位，上料機(jī)械手自動拾取

3、，運輸?shù)矫商捉M裝工位，將組裝好的 轉(zhuǎn)子取岀，把未組裝的轉(zhuǎn)子放入組裝工位，并把組裝好的轉(zhuǎn)子運送 到涂敷機(jī)的上料位。機(jī)械手上配有兩套夾具，其中一套夾具未組裝的轉(zhuǎn)子，另外一套夾具夾取組裝好的轉(zhuǎn)子，使其機(jī)構(gòu)配備更合理, 工作效率更高；同時夾具上還配有檢測傳感器，實時檢測夾取的轉(zhuǎn) 子在高速運送過程是否掉料。通過自動上料機(jī)械手能實現(xiàn)設(shè)備在生 產(chǎn)過程中物料中的點對點的快速轉(zhuǎn)換，提高整體的生產(chǎn)效率，節(jié)約 生產(chǎn)成本。2自動上料機(jī)械手設(shè)計要求轉(zhuǎn)子涂敷生產(chǎn)線中定位機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)子定位到上料位，上料機(jī)械手 將未裝蒙套的轉(zhuǎn)子搬送到蒙套組裝工位，同時把組裝好的轉(zhuǎn)子搬送 到涂敷機(jī)上料位處，整個過程要求穩(wěn)定可靠，故有以下幾點要求:

4、（1）夾具在取放過程中不得夾傷產(chǎn)品;（2）在運送過程中有掉料檢 測；（3）機(jī)械手取放位置可調(diào)；（4）機(jī)械手具有手、自動控制切換 功能；（5）機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、運動平穩(wěn)可靠；（6）生產(chǎn)節(jié)拍為 9s 03自動上料機(jī)械手設(shè)計根據(jù)自動上料機(jī)械手工作環(huán)境和設(shè)計要求，設(shè)計一種直角坐標(biāo) 上料機(jī)械手，上料機(jī)械手主要負(fù)責(zé)把輸送線的轉(zhuǎn)子搬送到蒙套組裝 機(jī)構(gòu)，同時把組裝好的轉(zhuǎn)子取岀，搬運到涂覆機(jī)內(nèi)。其中這種直角 坐標(biāo)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中比較常見，被廣泛應(yīng)用。上料機(jī)械手的組 成分別為：控制系統(tǒng).驅(qū)動模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng) 主要負(fù)責(zé)發(fā)送邏輯指令給到驅(qū)動模塊，由驅(qū)動模塊驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn) 行搬運.拾取、放置等動作

5、；檢測系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)在執(zhí)行 過程中進(jìn)行實時的監(jiān)測，并把監(jiān)測結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)。31機(jī)械手主要部件選型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動機(jī)構(gòu)是機(jī)械手的重要組成部分，機(jī)械手的 性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)機(jī)械手取放位H可調(diào)以及要實現(xiàn)多位置取放的設(shè)計要求，選擇采用伺服電機(jī) 帶動絲桿作為機(jī)械手的驅(qū)動模塊，同時結(jié)合取放要求尾端手抓采用 氣缸的形式抓取。根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍為9S,伺服額定轉(zhuǎn)速為3000r/min 啟動與停止時間為約02s； X軸位移分別為550mm. 63mm與 500mm； Y軸補償行程約250mmt與X軸同步進(jìn)行，不計入節(jié)拍內(nèi);Z軸最低與最高位之間高度差為243mm。根據(jù)上述的

6、設(shè)計數(shù)據(jù)初步 選定，X軸絲桿導(dǎo)程為20mm, Y軸導(dǎo)程也是20mm, Z軸導(dǎo)程為 10mm0根據(jù)：可得X軸，550mm用時075s； 500mm用時07s；當(dāng)X軸運動63mm時，為避免X軸加速度過大而導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，同 時啟動與停止時間也按02S計算，可得用時04S,此段加速度為 1575mm/s2o同理可得Z軸走250mm用時07s；其中氣缸取放時間 約為04S。因此整體節(jié)拍時間為86S,滿足生產(chǎn)需求。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量 約為200g,同時取2個，共約400g；單個氣缸約為270g,需要4 個，共約1080g；氣缸安裝板約350g；夾具約150g,需8個，共約 1200g； Z軸實際最大負(fù)載約為3

7、430go因此根據(jù)模組生產(chǎn)廠家給出 的數(shù)據(jù)（圖2）,同時結(jié)合節(jié)拍要求，選擇導(dǎo)程為10mm,垂直負(fù)載 為5kg的模組，同時考慮到實際應(yīng)用的情況，保留一定安全可調(diào)行 程，選擇有效行程為300mm的模組。同樣的計算可以選出Y軸的行 程為300mm水平負(fù)載40kg； X軸的行程為1250mm,水平負(fù)載 83kg。32自動上料機(jī)械手關(guān)鍵部位設(shè)計上下料的過程是否安全、可靠，與機(jī)械手的穩(wěn)定性有著極為密 切的關(guān)聯(lián)，由于機(jī)械手抓取的工件規(guī)格、尺寸、形狀存在一定的差 異，從而使得機(jī)器手的樣式較多，其中比較常見的有鉗式和吸附式 兩種手抓設(shè)計。根據(jù)設(shè)計要求，為保證產(chǎn)品在運動過程中不會掉落,要求機(jī)械手抓的夾取要穩(wěn)當(dāng)，同

8、時又不能夾傷產(chǎn)品，結(jié)合到選擇的 型號進(jìn)行手抓設(shè)計。轉(zhuǎn)子的外形為圓柱體，因此在設(shè)計夾具時采用V形面夾取轉(zhuǎn)子，同時為了避免制造的誤差導(dǎo)致夾取不穩(wěn)，在中部 做避空位，設(shè)計如圖3所示。根據(jù)選擇的模組型號得知，X軸跨度 較大，為了保證機(jī)械手在運行過程中的穩(wěn)定，選擇截而為 lOOmmxloOmm,壁厚為4mm的方通設(shè)計機(jī)械手的安裝柱。由于機(jī) 械手安裝高度在1000mm左右，同時為保證在機(jī)械手啟停的過程中 rti于加速度過大導(dǎo)致基礎(chǔ)件的搖晃，在其底部焊接兩塊加強筋。由 于整個安裝柱采用的是焊接工藝拼接在一起的，為了減少焊接后應(yīng) 力不均而引起的變形，整體焊接釆用交錯段焊，同時在焊接完成后 整體需進(jìn)行退火工藝，減少應(yīng)力，最后對上下的焊接鋼板進(jìn)行機(jī)加 工，使其滿足機(jī)械手安裝的平直度要求。機(jī)械手連接中，為減少因 加工與裝配引起的累計誤差，每個零部件之間的必須有定位銷進(jìn)行 定位，再由螺栓連接。同時各連接零部件滿足機(jī)械手的剛度與強度 等設(shè)計要求，設(shè)