畢業(yè)設計送料機械手設計說明書

1、送料機械手設計目錄摘要1第一章 機械手設計任務書11.1畢業(yè)設計目的11.2本課題的內容和要求2第二章 抓取機構設計42.1手部設計計算42.2腕部設計計算72.3臂伸縮機構設計8第三章 液壓系統(tǒng)原理設計及草圖113.1手部抓取缸113.2腕部擺動液壓回路123.3小臂伸縮缸液壓回路133.4總體系統(tǒng)圖14第四章 機身機座的結構設計154.1電機的選擇164.2減速器的選擇174.3螺柱的設計與校核17第五章 機械手的定位與平穩(wěn)性195.1常用的定位方式195.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素195.3機械手運動的緩沖裝置20第六章 機械手的控制21第七章 機械手的組成與分類227.1機械手組成2

2、27.2機械手分類24畢業(yè)設計感想25參考資料26送料機械手設計摘要本課題是為普通車床配套而設計的上料機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產的必然產物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作

3、，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。本課題通過應用autocad 技術對機械手進行結構設計和液壓傳動原理設計，它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產率的要求來設定。關鍵字 機械手，autocad 。第一章 機械手設計任務書1.1畢業(yè)設計目的畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。其主要目的：一、 培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問

4、題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。 二、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。三、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。四、 培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。1.2本課題的內容和要求 （一、）原始數據及資料（1、）原始數據：a、 生產綱領：100000件（兩班制生產）b、 自由度（四個自由度）臂轉動180º臂上下運動 500mm臂伸長（收縮）500mm手部轉動 ±180&#

5、186; （2、）設計要求：a、上料機械手結構設計圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）b、液壓原理圖（一張）c、設計計算說明書（一份） （3、）技術要求主要參數的確定：a、坐標形式：直角坐標系b、臂的運動行程：伸縮運動500mm，回轉運動180º。c、運動速度：使生產率滿足生產綱領的要求即可。d、控制方式：起止設定位置。e、定位精度：±0.5mm。f、手指握力：392ng、驅動方式：液壓驅動。（二、）料槽形式及分析動作要求（ 1、）料槽形式由于工件的形狀屬于小型回轉體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖1.1所示，該裝置結構簡單，不需要其它動力源和特殊裝置，所以本課題

6、采用此種輸料槽。圖1.1機械手安裝簡易圖（2、）動作要求分析如圖1.2所示動作一：送 料動作二：預夾緊動作三：手臂上升動作四：手臂旋轉動作五：小臂伸長動作六：手腕旋轉 預夾緊手臂上升 手臂旋轉 小臂伸長 手腕旋轉手臂轉回圖1.2 要求分析第二章 抓取機構設計2.1手部設計計算一、對手部設計的要求1、有適當的夾緊力手部在工作時，應具有適當的夾緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調節(jié)，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開閉范圍夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回

7、轉型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2.1所示。圖2.1 機械手開閉示例簡圖3、力求結構簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結構，重量和體積直接影響整個機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結構簡單，重量輕，體積小。4、手指應有一定的強度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊機械手，根據工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結構較為簡單，制造

8、方便。二、拉緊裝置原理如圖2.2所示【4】：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。圖2.2 油缸示意圖1、右腔推力為fp=（4）d²p （2.1）=（4）0.5²2510³=4908.7n2、根據鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為：f1=（2ba）（cos）²n （2.2） 其中 n=498n=392n，帶入公式2.2得：f1=（2ba）（cos）²n =(2150/50)（cos30º）²392 =1764n則實際加緊力為 f1實際=pk1k2/ （2.3）=17641.51.1/0.85=34

9、24n經圓整f1=3500n3、計算手部活塞桿行程長l,即l=（d/2）tg （2.4） =25×tg30º =23.1mm經圓整取l=25mm4、確定“v”型鉗爪的l、。取l/rcp=3 （2.5）式中： rcp=p/4=200/4=50 （2.6）由公式（2.5）（2.6）得：l=3×rcp=150取“v”型鉗口的夾角2=120º，則偏轉角按最佳偏轉角來確定，查表得：=22º395、機械運動范圍（速度）【1】（1）伸縮運動 vmax=500mm/svmin=50mm/s（2）上升運動 vmax=500mm/svmin=40mm/s（3）下降

10、vmax=800mm/svmin=80mm/s（4）回轉wmax=90º/swmin=30º/s所以取手部驅動活塞速度v=60mm/s 6、手部右腔流量q=sv （2.7）=60r²=60×3.14×25²=1177.5mm³/s7、手部工作壓強p= f1/s （2.8） =3500/1962.5=1.78mpa2.2腕部設計計算腕部是聯(lián)結手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉動慣性小。本課題腕部具有回轉這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉缸驅動的腕部結構。要求：回轉±90

11、6; 角速度w=45º/s以最大負荷計算：當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。如圖2.3所示。1、計算扭矩m14設重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩m1為：m1=f×s （2.9）=10×9.8×0.2=19.6（n·m） 工件 f s f 圖2.3 腕部受力簡圖2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩m24f=5kg s=10cm帶入公式2.9得m2=f×s=5×9.8×0.1 =4.9（n·m） 3、擺動缸的摩擦力矩m摩4f摩=300（n）（估算

12、值）s=20mm （估算值）m摩=f摩×s=6（n·m）4、擺動缸的總摩擦力矩m4m=m1+m2+m摩 （2.10） =30.5（n·m） 5.由公式t=p×b（a1²-mm²）×106/8 （2.11）其中： b葉片密度，這里取b=3cm；a1擺動缸內徑, 這里取a1=10cm；mm轉軸直徑, 這里取mm=3cm。所以代入（2.11）公式p=8t/b（a1²-mm²）×106=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106=0.89m

13、pa又因為w=8q/（a1²-mm²）b所以 q=w（a1²-mm²）b/8 =（/4）（0.1²-0.03²）×0.03/8 =0.27×10-4m³/s =27ml/s2.3臂伸縮機構設計手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復雜。 機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導向裝置和定位

14、方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為200m/s行程l=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】q=sv =200××40² =1004800mm³/s =0.1/10²m³/s =1000ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得：4 p=f/s （2.12）式中：f取工件重和手臂活動部件總重，估算 f=10+20=30kg， f摩=1000n。所以代入公式（2.12）得： p=（f+ f摩）/s =（30×9.8+1000）/×40² =0.26mpa3、繪制機構工作參數表如圖2.

15、4所示：圖2.4機構工作參數表4、由初步計算選液壓泵4所需液壓最高壓力 p=1.78mpa所需液壓最大流量 q=1000ml/s選取cb-d型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為10mpa，轉速為1800r/min，工作流量q在3270ml/r之間，可以滿足需要。5、驗算腕部擺動缸：t=pd（a1²-mm²）m×106/8 （2.13）w=8v/（a1²-mm²）b （2.14）式中：m機械效率?。?0.850.9v容積效率?。?0.70.95所以代入公式（2.13）得：t=0.89×0.03×（0.1²-0.03

16、78;）×0.85×106/8 =25.8（n·m）t<m=30.5（n·m）代入公式（2.14）得：w=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03 =0.673rad/sw</40.785rad/s因此，取腕部回轉油缸工作壓力 p=1mpa 流量 q=35ml/s圓整其他缸的數值：手部抓取缸工作壓力p=2mpa 流量q=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力p=0.25mpa 流量q=1000ml/s 第三章 液壓系統(tǒng)原理設計及草圖3.1手部抓取缸 圖 3.1手

17、部抓取缸液壓原理圖71、手部抓取缸液壓原理圖如圖3.1所示2、泵的供油壓力p取10mpa，流量q取系統(tǒng)所需最大流量即q=1300ml/s。因此，需裝圖3.1中所示的調速閥，流量定為7.2l/min，工作壓力p=2mpa。采用： yf-b10b溢流閥 2frm5-20/102調速閥 23e1-10b二位三通閥3.2腕部擺動液壓回路 圖 3.2腕部擺動液壓回路71、腕部擺動缸液壓原理圖如圖3.2所示2、工作壓力 p=1mpa流量 q=35ml/s采用：2frm5-20/102調速閥34e1-10b 換向閥yf-b10b 溢流閥3.3小臂伸縮缸液壓回路 圖 3.3小臂伸縮缸液壓回路71、小臂伸縮缸液

18、壓原理圖如圖3.3所示2、工作壓力 p=0.25mpa流量 q=1000ml/s采用： yf-b10b 溢流閥2frm5-20/102 調速閥23e1-10b二位三通閥3.4總體系統(tǒng)圖 圖 3.4總體系統(tǒng)圖71、總體系統(tǒng)圖如圖3.4所示2、工作過程 小臂伸長手部抓緊腕部回轉小臂回轉小臂收縮手部放松3、電磁鐵動作順序表 元件動作1dt2dt3dt4dt5dt小臂伸長+-手部抓緊+-腕部回轉+-+-小臂收縮-手部放松-+-卸荷±±±±圖 3.5總體系統(tǒng)圖4、確電機規(guī)格：液壓泵選取cb-d型液壓泵，額定壓力p=10mpa，工作流量在3270ml/r之間。選取8

19、0l/min為額定流量的泵，因此：傳動功率 n=p×q/ （3.1）式中：=0.8 （經驗值）所以代入公式（3.1）得： n=10×80×103×106/60×0.8=16.7kn選取電動機jqz-61-2型電動機，額定功率17kw，轉速為2940r/min。第四章 機身機座的結構設計機身的直接支承和傳動手臂的部件。一般實現臂部的升降、回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者就直接構成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結構和受力情況就愈復雜，機身既可以是固定式的，也可以是行走式的,如圖4.1所示。圖4.1機身機座結

20、構圖臂部和機身的配置形式基本上反映了機械手的總體布局。本課題機械手的機身設計成機座式，這樣機械手可以是獨立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動，也可具有行走機構。臂部配置于機座立柱中間，多見于回轉型機械手。臂部可沿機座立柱作升降運動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉。由螺柱配合導致了手臂的上下運動。手臂的回轉由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉帶動了機身的旋轉，從而達到了自由度的要求。4.1電機的選擇機身部使用了兩個電機，其一是帶動臂部的升降運動；其二是帶動機身的回轉運動。帶動臂部升降運動的電機安裝在肋板上，帶動機身回轉的電機安裝在混凝土地基上。1、帶動臂部升降的電機：10初

21、選上升速度 v=100mm/s p=6kw所以n=（100/6）×60=1000轉/分選擇y90s-4型電機，屬于籠型異步電動機。采用b級絕緣，外殼防護等級為ip44，冷卻方式為i（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380v，額定功率為50hz。如圖4.1 y90s-4電動機技術數據所示：型號額定功率kw滿載時堵轉電流堵轉轉矩最大轉矩電流a轉速r/min效率%功率因素額定電流額定轉矩額定轉矩y90s-41.12.71400790.786.52.22.2圖4.1 y90s-4電動機技術數據2、帶動機身回轉的電機：10初選轉速 w=60º/s n=1/6轉/秒=10轉/分由于

22、齒輪 i=3減速器 i=30所以n=10×3×30=900轉/分選擇y90l-6型籠型異步電動機電動機采用b級絕緣。外殼防護等級為ip44，冷卻方式為i（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380v，額定功率為50hz。如圖4.2 y90s-6電動機技術數據所示：圖4.2 y90l-6電動機技術4.2減速器的選擇減速器的原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。用來降低轉速和增轉矩，以滿足工作需要。6初選wd80型圓柱蝸桿減速器。wd為蝸桿下置式一級傳動的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為38simnmo調質蝸輪的材料為zqa19-4中心矩a=80ms×q=4.0

23、×11 （4.1）傳動比i=30傳動慣量0.265×10³kg·m²4.3螺柱的設計與校核螺桿是機械手的主支承件，并傳動使手臂上下運動。螺桿的材料選擇：6從經濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距 p=6mm 梯形螺紋螺紋的工作高度 h=0.5p （4.2）=3mm螺紋牙底寬度 b=0.65p=0.65×6=3.9mm （4.3）螺桿強度 = s/35 （4.4）=150/35=3050mpa螺紋牙剪切=40彎曲b=45551、當量應力6 (4.5)式中 t傳遞轉矩n·mm螺桿材料的許用應力 所以代入公式（4.5）得：=

24、（4×200×9.8/d1²）²+3（200×9.8×0.6/0.2d1³）² = （2495/ d1²）²+3（61.2/ d1³）²3050×106=（2495/ d1²）²+3（61.2/ d1³）²9002500×1012 =6225025/d14+11236/d169002500×10126225025d12+11236900d16×10126225025×0.0292+112

25、36900×0.0296×1012即16471pa535340pa合格2、剪切強度6z=h/p=160/6 （旋合圈數） （4.6）=f/d1bz （4.7） =200×9.8/×0.029×3.9×（160/6）×10-3 =206.8×103pa =0.206mpa=40mpa3、彎曲強度6b=3fh/d1b2z =3×200×9.8×3/×2.9×3.92×（160/6） =0.48mpa=45mpa合格第五章 機械手的定位與平穩(wěn)性5.1常用的定位方

26、式機械擋塊定位是在行程終點設置機械擋塊。當機械手經減速運行到終點時，緊靠擋塊而定位。若定位前已減速，定位時驅動壓力未撤除，在這種情況下，機械擋塊定位能達到較高的重復精度。一般可高于±0.5mm，若定位時關閉驅動油路而去掉工作壓力，這時機械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低。5.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素機械手能否準確地工作，實際上是一個三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的。影響單個線量或角量定位誤差的因素如下：（1、）定位方式不同的定位方式影響因素不同。如機械擋塊定位時，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關

27、。（2、）定位速度定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運動部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅動系統(tǒng)使運動部件適時減速。（3、）精度機械手的制造精度和安裝調速精度對定位精度有直接影響。（4、）剛度機械手本身的結構剛度和接觸剛度低時，因易產生振動，定位精度一般較低。（5、）運動件的重量運動件的重量包括機械手本身的重量和被抓物的重量。運動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運動件重量增加時，定位精度降低。因此，設計時不僅要減小運動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。（6、）驅動源液壓、氣壓的壓力波

28、動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機械手的重復定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時，用溫度、壓力補償流量控制閥控制。（7、）控制系統(tǒng)開關控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。這不僅是因為各種控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無有關。本課題所采用的定位精度為機械擋塊定位5.3機械手運動的緩沖裝置緩沖裝置分為內緩沖和外緩沖兩種形式。內緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機械元件和液壓緩沖器。內緩沖的優(yōu)點是結構簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點是安置位置靈活，簡便，緩沖性能

29、好調等，但結構較龐大。本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。當活塞運動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產生臨時背壓阻力，以使運動減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置。在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。設計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時，amax（最大加速度）、pmax（緩沖腔最大沖擊壓力）和vr（殘余速度）三個參數是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個參數，然后校驗其余兩個參數。步驟如下： 選擇最大加速度通常，amax值按機械手類型和結構特點選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機械手，-

30、 amax取5m/s2以下，對于輕載高速機械手，-amax取510 m/s2 計算沿運動方向作用在活塞上的外力f水平運動時： f=psa-ff （5.1） =0.25×103××3.62-7=138n 計算殘余速度vrvr=vo/ 1-amaxm/f （5.2） =0.1/0.64=0.15m/s第六章 機械手的控制控制系統(tǒng)是機械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機械手的手部、腕部、臂部等的動作以及相關機械的協(xié)調動作都是通過控制系統(tǒng)來實現的。主要控制內容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。機械手要用來代替人完成某些操作，通常需

31、要具有圖6.1所示的機能3。實現上述各種機能的控制方式有多種多樣。機械手的程序控制方式可分為兩大類，即固定程序控制方式和可變程序控制方式。本課題所用的是固定程序控制類別的機械式控制。常用凸輪和杠桿機構來控制機械手的動作順序、時間和速度。一般常與驅動機構并用，因此結構簡單，維修方便，壽命較長，工作比較可靠。適用于控制程序步數少的專用機械手。 裝卸工件 狀別識別 環(huán)境識別操作機能檢測、識別機能 控制機能示教機能 動作控制機能動作順序控制機能運動控制機能圖6.1機械手的控制機能第七章 機械手的組成與分類7.1機械手組成機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。9（1、）執(zhí)行機構：包括手部、手腕、

32、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構如7.1所示。圖7.1機構簡圖 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構所構成，手指與工件接觸而傳力機構則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務。 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調整或改變工件方位的作用。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱通常為固定不動的。 機座：是機械手的基礎部分。機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支承和聯(lián)接的作用。（2、）驅動系統(tǒng)：機械手的驅動系統(tǒng)是驅動執(zhí)行運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。（3、）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構按規(guī)定的要求進行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電器與電子回路控制，計算機控制系統(tǒng)也不斷增多。7.2機械手分類 （1、）根據所承擔的作業(yè)的特點，工業(yè)機械手可分為以下三類： 承擔搬運工作的機械手：這種機械手在主要工藝設備運行時，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 生產工業(yè)用機械手：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 通用工業(yè)機械手：其用途廣泛，可以