1314-機器人送料機械手設計,機器人,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 ...........................................................................................................................................227.2 機械手分類 ...........................................................................................................................................24第八章 機械手 Solidworks 三維造型 .........................................................................................258.1 上手爪造型 ...........................................................................................................................................268.2 螺栓的繪制 ...........................................................................................................................................30畢業(yè)設計感想 ...............................................................................................................................35參考資料 .......................................................................................................................................361送料機械手 設計及 Solidworks 運動仿真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(chǎn)的必然產(chǎn)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(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化,推動工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)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,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,運用Solidworks 技術對上料機械手進行三維實體造型,并進行了運動仿真,使其能將基本的運動更具體的展現(xiàn)在人們面前。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(chǎn)率的要求來設定。關鍵字 機械手,AutoCAD,Solidworks 。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)的一般工程技術問題的獨立工作能力,拓寬和深化學生的知識。 2二、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(shù)據(jù)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(chǎn),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(shù)據(jù)及資料(1、 )原始數(shù)據(jù):a、 生產(chǎn)綱領:100000 件(兩班制生產(chǎn))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 ±180o(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、機械手三維造型d、動作模擬仿真e、設計計算說明書(一份) (3、 )技術要求主要參數(shù)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(chǎn)率滿足生產(chǎn)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。3(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4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?shù)膴A緊力手部在工作時,應具有適當?shù)膴A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53、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(jù)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=(π/4)D2P (2.1)=(π/4) 0.52 25 103?=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位,查出當量夾緊力計算公式為:F1=(2b/a) (cosα′)2N′ (2.2)其中 N′=4 98N=392N,帶入公式 2.2 得:?F1=(2b/a) (cosα′)2N′?=(2 150/50) (cos30o)2 392?=1764N則實際加緊力為 F 1實際=PK1K2/η (2.3)=1764 1.5 1.1/0.85=3424N?6經(jīng)圓整 F1=3500N3、計算手部活塞桿行程長 L,即L=(D/2)tgψ (2.4)=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取 l=25mm4、確定“V”型鉗爪的 L、β。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 2α=120o,則偏轉角 β 按最佳偏轉角來確定,查表得:β=22o39′5、機械運動范圍(速度) 【1】(1)伸縮運動 V max=500mm/sVmin=50mm/s(2)上升運動 V max=500mm/sVmin=40mm/s(3)下降 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)=60πr2=60×3.14×252=1177.5mm3/s7、手部工作壓強P= F1/S (2.8)=3500/1962.5=1.78Mpa72.2 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±90o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 M1〖4〗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)FSF圖 2.3 腕部受力簡圖2、油缸(伸縮)及其配件的估算扭矩 M2〖4〗F=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 〖4〗F 摩=300(N) (估算值)S=20mm (估算值)M 摩=F 摩×S=6(N·M)工件84、擺動缸的總摩擦力矩 M〖4〗M=M1+M2+M 摩 (2.10)=30.5(N·M) 5.由公式T=P×b(ΦA12-Φmm2)×10 6/8 (2.11)其中: b—葉片密度,這里取 b=3cm;ΦA1—擺動缸內徑, 這里取 ΦA1=10cm;Φmm—轉軸直徑, 這里取 Φmm=3cm。所以代入(2.11)公式P=8T/b(ΦA12-Φmm2)×10 6=8×30.5/0.03×(0.12-0.032)×10 6=0.89Mpa又因為W=8Q/(ΦA12-Φmm2)b所以 Q=W(ΦA12-Φmm2)b/8=(π/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】9Q=sv=200×π×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)/π×402=0.26Mpa3、繪制機構工作參數(shù)表如圖 2.4 所示:圖 2.4 機構工作參數(shù)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 32—70ml/r 之間,可以滿足需要。5、驗算腕部擺動缸:T=PD(ΦA12-Φmm2)ηm×10 6/8 (2.13)10W=8θηv/(ΦA12-Φmm2)b (2.14)式中:Ηm—機械效率?。? 0.85~0.9Ηv—容積效率?。? 0.7~0.95所以代入公式(2.13)得:T=0.89×0.03×(0.12-0.032)×0.85×10 6/8=25.8(N·M)T
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