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上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 1 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題 目 某一瓶類工件上下料機 械手的設(shè)計 學(xué) 號 姓 名 班 級 專 業(yè) 學(xué) 院 入學(xué)時間 指導(dǎo)教師 日 期 年 月 日 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 2 畢業(yè)設(shè)計 論文 獨創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進行的工作及取得的成 果 除文中已經(jīng)注明的內(nèi)容外 本論文不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫 過的研究成果 對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中 作了明確說明并表示謝意 作者簽名 日期 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 3 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于某一瓶類零件上下料機械手的設(shè)計 首先分析了某一瓶類 零件上下料機械手的意義和設(shè)計內(nèi)容 闡述了上下料機械手的結(jié)構(gòu)組成 工作原理 國內(nèi)外同類設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r 接著對某一瓶類零件上下料機械手作了簡單的概述 然后又分析了某一瓶類零件上下料機械手的設(shè)計計算方法 然后根據(jù)這些設(shè)計準(zhǔn)則 與計算選型方法按照給定參數(shù)要求進行選型設(shè)計 接著對所選擇的上下料機械手的 各主要零部件進行了校核 某一瓶類零件上下料機械手主要由六個主要部分組成 環(huán)形鏈輸送線 零件夾具 旋轉(zhuǎn)裝置 旋轉(zhuǎn)卸料裝置 電控系統(tǒng) 氣控系統(tǒng) 其中 前四個部分是本次設(shè)計的重要環(huán)節(jié) 電控系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)對某一瓶類零件上下料機 械手進行了有效地控制 使某一瓶類零件上下料機械手自動化程度更高 最后簡單 的說明了輸送機的安裝與維護 某一瓶類零件上下料機械手的設(shè)計大大的提高了生 產(chǎn)過程的效率和質(zhì)量 目前我國與國外先進水平相比仍有較大差距 國內(nèi)在設(shè)計制造 上下料機械手過程中存在著很多不足 關(guān)鍵詞 瓶類零件 上下料 機械手 安裝 維護 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 4 Abstract The graduation project is about a bottle of Parts unloading robot design Firstly the loading and unloading of a bottle of Parts manipulator meaning and design content Describes the loading and unloading robot structures works development of domestic and foreign similar equipment Parts of a bottle then unloading robot briefly outlined then analyzes the calculation method of the class of a bottle of parts loading and unloading robot then calculated based on these design criteria and selection methods in accordance with the requirements of the given parameters selected design then all the major components of the selected unloading robot was checked Parts of a bottle of unloading robot mainly consists of six major components an endless chain conveyor line part fixture rotary device rotate unloading equipment electronic control systems pneumatic control systems Of which the first four parts is an important part of this design electronic control systems and pneumatic systems for loading and unloading of a bottle of Parts manipulator were effectively controlled so that the upper and lower parts of a bottle of class higher degree of hand feeding automated machinery Finally a brief description of the installation and maintenance of the conveyor Parts of a bottle of class loading and unloading robot design greatly improves the efficiency and quality of the production process our country and foreign advanced level there is still a wide gap between the country there are many deficiencies in the design and manufacture of robotic loading and unloading process Key words Bottle Parts Loading and unloading machine hand installation maintenance 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 5 目 錄 摘要 2 ABSTRACT 3 第一章 緒論 7 1 1 選題的意義 7 1 2 主要設(shè)計內(nèi)容 8 第二章 上下料機械手的概述 9 2 1 某一瓶類零件上下料機械手的組成 9 2 2 國內(nèi)同類設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r 9 2 3 某一瓶類零件上下料機械手的工作原理 10 2 4 某一瓶類零件上下料機械手的結(jié)構(gòu)和布局形式 11 2 4 1 某一瓶類零件上下料機械手的結(jié)構(gòu) 11 2 4 2 布局形式 12 2 5 某一瓶類零件上下料機械手設(shè)計依據(jù) 12 2 5 1 生產(chǎn)節(jié)拍 12 2 5 2 輸送輸送線性能 13 2 5 3 上下料機械手的尺寸依據(jù) 13 第三章 某一瓶類零件上下料機械手的設(shè)計計算 14 3 1 上下料機械手輸送線的設(shè)計計算 14 3 1 1 鏈條的設(shè)計計算 14 3 1 2 鏈輪的設(shè)計計算 16 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 6 3 1 3 電機的選擇 16 3 1 4 減速器的選擇 16 3 2 機械手設(shè)計 17 3 2 1 機械手總體結(jié)構(gòu)的類型 17 3 2 2 機械手手臂的設(shè)計要求 19 3 2 3 機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 20 2 機器人氣動驅(qū)動系統(tǒng) 20 3 2 4 手部設(shè)計計算 22 3 2 5 手臂的設(shè)計計算 22 第四章 某一瓶類零件上下料機械手部件的選用和設(shè)計 24 4 1 導(dǎo)軌 24 4 2 機架 25 4 3 墊鐵 26 4 4 鏈板 26 第五章 傳感器的選擇 27 5 1 傳感器的介紹 27 5 2 傳感器的比較與選擇 28 第六章 電器元件的選擇 30 6 1 低壓斷路器 30 6 2 熔斷器 32 6 3 熱繼電器 33 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 7 6 4 行程開關(guān) 34 6 4 交流接觸器 35 小 結(jié) 36 致謝 37 參考文獻 38 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 8 第一章 緒論 1 1 選題的意義 伴隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展 企業(yè)引進自動化生產(chǎn)線所帶來的優(yōu)勢表現(xiàn)的越來越 明顯 自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)不僅提高了產(chǎn)品生產(chǎn)率 縮短生產(chǎn)周期 提高產(chǎn)品質(zhì)量 更直接提高企業(yè)的經(jīng)濟效益 在人員成本越來越高的今天 企業(yè)實現(xiàn)無人自動化生 產(chǎn)更是刻不容緩 直接影響著企業(yè)的發(fā)展 企業(yè)的未來 某一瓶類零件上下料機械手是人和機器的有效組合 最充分體現(xiàn)設(shè)備的靈活性 它將輸送系統(tǒng) 隨行夾具和機械手有機的組合 以滿足多品種產(chǎn)品的輸送要求 輸 送生產(chǎn)線的傳輸方式有同步傳輸?shù)囊部梢允欠峭絺鬏數(shù)?根據(jù)配置的選擇 實現(xiàn) 手工輸送或半自動輸送 上下料機械手在企業(yè)的批量生產(chǎn)中不可或缺 上下料機械 手是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械 上下料機械手可進行水平 傾 斜和垂直輸送 也可組成空間輸送線路 上下料機械手線路一般是固定的 上下料 機械手輸送能力大 運距長 還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作 所以應(yīng)用 十分廣泛 在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中 對于一些加工工序較多的工件 為保證加工質(zhì)量 提高生產(chǎn)效率和降低成本 往往把加工輸送一次排列 并用一些輸送裝置與輔助裝 置將它們連接成一個整體 使之能夠完成工件的制定加工過程 合理地規(guī)劃設(shè)計某 一瓶類零件上下料機械手可以更好地實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度 高效率 高柔性和高質(zhì)量 選擇上下料機械手這種通用機械的設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計的選題 能培養(yǎng)我們獨立解決 工程實際問題的能力 通過這次畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)基本理論和專業(yè)知識的一次綜合 運用 也使我們的設(shè)計 計算和繪圖能力都得到了全面的訓(xùn)練 1 2 主要設(shè)計內(nèi)容 本設(shè)計所設(shè)計的機械手臂通過圓柱坐標(biāo)和四自由度的定位上 利用手部 腕部 臂部的合理轉(zhuǎn)動 利用氣動等壓力手段使機器有效的完成了試驗工件的上下料移動 和定位 其中利用了回轉(zhuǎn) 升降的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成了工件的移動和定位 氣缸運動中 利用定位塊等方式來達到準(zhǔn)確定位和精度的問題 在手部上可拆卸式工作塊可以自 由拆卸可以更換不同的機械手指來達到不同的抓卸任務(wù) 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 9 根據(jù)鏈條上安裝的承載面的不同 可分 鏈條式 鏈板式 鏈網(wǎng)式 板條式 鏈斗 式 托盤式 臺車式 此外 也常與其他輸送機 升降裝置等組成各種功能的生產(chǎn)線 其中有間歇傳送 間歇傳送是指工件在上下料機械手上按節(jié)拍進行傳送 工件靜止 時進行輸送作業(yè) 工件和生產(chǎn)線可以精確定位 輸送精度高 也易于實現(xiàn)輸送作業(yè) 自動化 間歇傳送又可以分為同步間歇傳送和非同步間歇傳送 傳送線的基本形式 有回轉(zhuǎn)型 直進型 和環(huán)型 本次設(shè)計是選用同步間歇傳送 通過電控系統(tǒng)來控制 其同步性和非同步性 生產(chǎn)節(jié)拍等 選用直線型輸送線輸送工件 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 10 第二章 上下料機械手的概述 2 1 某一瓶類零件上下料機械手的組成 某一瓶類零件上下料裝置一般是指由輸送設(shè)備 空中懸掛和地面 和專用設(shè)備 如舉升 翻轉(zhuǎn) 檢測 螺栓螺帽的緊固設(shè)備等 構(gòu)成的有機整體 輸送設(shè)備 某 一瓶類零件上下料機械手的輸送設(shè)備主要是鏈板式輸送機構(gòu)成 它構(gòu)成了一個循環(huán) 系統(tǒng) 提高了生產(chǎn)效率降低了勞動強度 專用設(shè)備 旋轉(zhuǎn)機械手負責(zé)工件的 360 旋轉(zhuǎn) 機械手負責(zé)工件的下料放平 隨行夾具對某一瓶體零件進行定位有利于輸送和輸送時的定位 輸送線的問世使機 械行業(yè)高速發(fā)展 生產(chǎn)出更具個性化大批量的產(chǎn)品 所以我們在某一瓶類零件上下 料機械手的研究上能獲取更多利益 上下料機械手采用鏈條為輸送介質(zhì) 拖動金屬面板作循環(huán)往復(fù)運行 鏈板式上下 料機械手輸送的速度可調(diào) 根據(jù)產(chǎn)量對線體的長度進行選擇 由于線體結(jié)構(gòu)及輸送 介質(zhì)較為堅固 所以一般用在較重物品的輸送和輸送作業(yè)現(xiàn)場 每米的最大承重可達 到 500Kg 線體的輸送速度可調(diào) 有電磁調(diào)速 變頻調(diào)速 機械調(diào)速等各種調(diào)速方式 一 般最快速度在 15M min 以內(nèi) 由于工作環(huán)境以及生產(chǎn)工藝的需要 該線體也可做成 90 度或 180 度轉(zhuǎn)彎型的 在面板上可設(shè)置各種工裝夾具 以滿足工件的夾緊 旋轉(zhuǎn) 及輸送 檢測等 在需要對工件表面進行防護的 面板可采用塑料材質(zhì)或是在金屬面 板表面貼膠 線體的主體結(jié)構(gòu)主要有鋼架結(jié)構(gòu)和鋁型材結(jié)構(gòu)兩種 傳送鏈條的節(jié)距 從 38 1mm 到 200mm 可供選擇 是重型物品輸送輸送作業(yè)現(xiàn)場最為理想的設(shè)備 2 2 國內(nèi)同類設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r 目前上下料機械手已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)經(jīng)濟各個部門 近年來在汽車整車 發(fā) 動機 變速器等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用 其中汽車工業(yè)應(yīng)用最廣泛 隨著汽車工業(yè)的發(fā) 展 上下料機械手正由剛性輸送線向柔性輸送線方向發(fā)展 柔性輸送線的特點是輸 送節(jié)拍可以在一定的范圍內(nèi)自由調(diào)整 可以實現(xiàn)多品種混流生產(chǎn)并適應(yīng)生產(chǎn)綱領(lǐng)的 變化 又由于在輸送作業(yè)時輸送對象和輸送工人保持相對靜止?fàn)顟B(tài) 對保證輸送的 高質(zhì)量及采用專門的輸送設(shè)備提供了方便的條件 便于實現(xiàn)輸送的自動化 因此國 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 11 內(nèi)引進的上下料機械手均采用了柔性輸送線 目前國內(nèi)用于發(fā)動機輸送非同步上下 料機械手主要型式有 縱置單滾杠式 摩擦式機動輥道式 雙鏈滾輪式和鱗板式等 一般從美國和日本引進的非同步上下料機械手為摩擦式機動輥道式 如一汽二發(fā)和 天內(nèi) 從德國引進的發(fā)動機非同步輸送線為縱置單滾杠式 如上海大眾和一汽大眾 板鏈?zhǔn)缴舷铝蠙C械手應(yīng)用于重件的輸送 常用于各類摩托車輸送線 汽車總裝輸送 線及焊接輸送線 各類制動器 發(fā)動機鏈板輸送機 起動機鏈板機 磁電器門鏈板 輸送機 發(fā)電機鏈板輸送機 電焊機 鏈板輸送機等輸送 該輸送設(shè)備為摩托車和 汽車制造廠整車輸送車間必不可少的設(shè)備 通過流水線操作 對工廠的輸送工藝進 行有效的調(diào)整 合理分配每道工序 并可在上下料機械手上隨意添置在線檢測及自動 輸送專機 實施有效的產(chǎn)品質(zhì)量控制及設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控 為現(xiàn)代化的大生產(chǎn)提供必 要的保障 2 3 某一瓶類零件上下料機械手的工作原理 某一瓶類零件上下料機械手其主要部件是鏈板式輸送線 旋轉(zhuǎn)裝置 機械手 某一瓶類零件上下料機械手的工作原理如圖 2 1 所示 1 鏈板式輸送機 2 工件夾具 3 旋轉(zhuǎn)裝置 4 卸料放平裝置 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 12 圖 2 1 某一瓶類零件上下料機械手簡圖 某一瓶類零件上下料機械手的輸送機通過步進減速電機傳動 速度可以調(diào)節(jié) 輸送時 某一瓶體裝在隨行夾具上面 使工件穩(wěn)定水平 通過環(huán)形型輸送線形成連 續(xù)運動的輸送物流 在卸載點卸載 當(dāng)輸送線上的某一瓶體輸送到 3 時通過傳感器 傳遞信號 將受到的信號反饋到信號處理中心 信號處理中心驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置將工件 旋轉(zhuǎn) 360 完成后繼續(xù)輸送 到達下一工位時 再通過傳感器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置使工 件旋轉(zhuǎn) 360 下一工位依然重復(fù)上一動作 然后繼續(xù)輸送 到達卸載點時 卸料 機械手動作卸料 動作完成 2 4 某一瓶類零件上下料機械手的結(jié)構(gòu)和布局形式 2 4 1 某一瓶類零件上下料機械手的結(jié)構(gòu) 2 2 曲軸輸送線的結(jié)構(gòu)三維圖 某一瓶類零件上下料機械手的結(jié)構(gòu)主要是由輸送線輸送的物料 工件決定 本 次設(shè)計采用環(huán)形送料生產(chǎn)線 在連續(xù)傳送時 上下料機械手的旁邊的機械手和旋轉(zhuǎn) 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 13 裝置必須考慮相對性 板面上的隨行夾具必須考慮其回轉(zhuǎn)面得回轉(zhuǎn)可行性 2 4 2 布局形式 上下料機械手的布局形式多種多樣 它由生產(chǎn)類型 工件結(jié)構(gòu)形式 工件輸送 方式 產(chǎn)間條件 生產(chǎn)綱領(lǐng)等因素決定 它的布局形式有回轉(zhuǎn)型 直進型 環(huán)行型 采用何種類型主要取決于工業(yè)布置和輸送工作頭香對輸送對象的工作方向 回轉(zhuǎn)型 的輸送工位及給料裝置沿工作臺圓周布置 結(jié)構(gòu)緊湊 但輸送工作的安排受到圓周 長度的限制 直進型用于直線配置的上下料機械手 各工位沿直線配列 輸送對象 沿直線導(dǎo)軌移動 本次設(shè)計選用環(huán)型 2 5 某一瓶類零件上下料機械手設(shè)計依據(jù) 2 5 1 生產(chǎn)節(jié)拍 生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍是指連續(xù)完成相同的兩個產(chǎn)品之間的間隔時間 換句話說 即指完成一個產(chǎn)品所需的平均時間 生產(chǎn)節(jié)拍的計算公式 t 式中 T 為年基N 60 本工時 一般規(guī)定 按一班制工作時為 2360h 年 按兩班制工作時為 4650h 年 為復(fù)雜系數(shù) 一般取 0 65 0 85 復(fù)雜的生產(chǎn)線因故障導(dǎo)致開工率低些應(yīng)取低值 N 為生產(chǎn)線加工工件的年生產(chǎn)綱領(lǐng) 本次設(shè)計的某一瓶類零件上下料機械手的生產(chǎn) 綱領(lǐng)為一千萬每年 取 0 65 通過生產(chǎn)節(jié)拍公式 t 的出生產(chǎn)節(jié)拍為 33sN T60 2 5 2 輸送輸送線性能 輸送基件的大小 中小型輸送基件 輸送方向 上 下 橫向 傳送方式 同 步間歇和非同步間歇傳送 輸送工位數(shù) 一般在 30 個以下 本次設(shè)計是 6 個工位 與前后生產(chǎn)流程的連接 方便 本次設(shè)計的曲軸 箱體輸送線就是依據(jù)直進型輸送 機設(shè)計的 所以上下料機械手的性能和直進輸送機性能差不多 2 5 3 上下料機械手的尺寸依據(jù) 相鄰不需要接近的運動部件的間距 可小于 250mm 或大于 600mm 當(dāng)取間距在 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 14 250mm 660mm 時 應(yīng)設(shè)置防護罩 對于需要調(diào)整但不運動的相鄰部件之間的距離 一般取 700mm 生產(chǎn)線最低點的高度一般取 750mm 850mm 本次設(shè)計的高度選取 800mm 兩生產(chǎn)線相距距離選取 400mm 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 15 第三章 某一瓶類零件上下料機械手的設(shè)計計算 3 1 上下料機械手輸送線的設(shè)計計算 3 1 1 鏈條的設(shè)計計算 按給定的工作條件 輸送的有效距離為 2800mm 鏈條的選擇應(yīng)根據(jù)輸送物的重 量 尺寸 種類 以及要求的輸送類型 輸送距離 輸送速度 選擇鏈輪齒數(shù)為 12 的鏈輪 查 輸送鏈與特種鏈 表 5 11 鏈號為 M20 的輸送 鏈查表 5 11 輸送鏈 節(jié)距 P 40mm 抗拉載荷為 20Q kN 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 15mm 內(nèi)鏈節(jié)外寬 22mm 外鏈節(jié)內(nèi)寬 22 2mm 鏈板高度 19mm S 型滾子外徑 12 5mm 鏈節(jié)數(shù) np 2800 40 2 12 2 152 2 304 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 16 3 1 K1 型附件 查表 輸送鏈與特種鏈 表 2 3 得 d4 6 6mm f 54mm h4 16mm 總寬 b9 84mm 鏈條選用 M S 40 152 K1 GB8350 1987 3 1 2 鏈輪的設(shè)計計算 鏈輪齒數(shù) z 12 鏈輪分度圓直徑 d d 154 5mmz180sinp 鏈輪齒頂圓直徑 d d p 0 54 cot 167mm 0 鏈輪齒根圓直徑 d d 根 d d1 式中 d1 為鏈輪滾子直徑 S 型滾子直徑為 12 5mm 則 d 根 142mm 鏈輪齒寬 b 由于內(nèi)鏈板內(nèi)寬為 15mm 齒寬 b 15 0 95 14 25mm 3 1 3 電機的選擇 輸送線的輸送速度 V 8m min P 601 FV 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 17 P 箱體 52 6W601 FV P 曲軸 48 1W 通過上面的計算 在根據(jù)具體的輸送要求 可以確定電機的選型 電動機額定轉(zhuǎn)速根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定 一般情況下電動機的轉(zhuǎn)速不低 500r min 因為功率一定時 電動機的轉(zhuǎn)速低 其尺寸愈大 價格愈貴 而效率 低 若電機的轉(zhuǎn)速高 則極對數(shù)少 尺寸和重量小 價格也低 本設(shè)計上下料機械 手所需要的功率分別為 52 6W 和 48 1W 由于要經(jīng)過減速器減速 則他們存在功率 消耗 功率因素為 0 84 所以需選用功率為 74 5W 的電機 3 1 4 減速器的選擇 減速器是按載荷平穩(wěn) 每天工作時間一定和少量啟停次數(shù)的情況設(shè)計的 減速 器在原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用 在現(xiàn)代機械中 應(yīng)用極為廣泛 減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類 兩者的設(shè)計 制造和使用特點各不相同 20 世紀(jì) 70 80 年代 世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā) 展 且與新技術(shù)革命的發(fā)展緊密結(jié)合 減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式 傳動裝置 用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩 以滿足工作需要 在某些場合也用來增速 稱為增速器 輸送線的減速器選擇 V d n 則 n 16 4 取整的 n1 17d V 傳動比 i i 1390 17 81 7 取整得 i 82n12 查設(shè)計手冊選擇為 S57 的渦輪減速器 傳動比為 82 3 2 機械手設(shè)計 本設(shè)計通過對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識進行整合 完成一個特定功能 特殊要求的某一瓶類零件上下料機械手機械手的設(shè)計 能夠比 較好地體現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平 實踐動手能力以 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 18 及專業(yè)精神和態(tài)度 具有較強的針對性和明確的實施目標(biāo) 能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的 有機結(jié)合 目前 在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上裝卸工件仍由人工完成 勞動強度大 生產(chǎn) 效率低 為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 降低成本 并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系 統(tǒng) 適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn) 針對具體生產(chǎn)工藝 利用機器人技術(shù) 設(shè)計用一臺裝卸機 械手代替人工工作 以提高勞動生產(chǎn)率 本機械手主要與加熱裝置箱體輸送線曲軸輸送線組合最終形成某一瓶類零件上 下料機械手 實現(xiàn)加工過程的自動化 無人化 目前 我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展 越來越多的資金流向制造業(yè) 越來越多的廠商加入到制造業(yè) 本設(shè)計能夠應(yīng)用到加 工工廠車間 滿足加工過程安裝 卸載加工工件的要求 從而減輕工人勞動強度 節(jié)約加工輔助時間 提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力 3 2 1 機械手總體結(jié)構(gòu)的類型 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 某一瓶坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種 各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點 分別介紹如下 1 直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的 如圖 a2 1 由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制 所以 直角坐標(biāo)機器人有可能達到很高 的位置精度 m 級 但是 這種直角坐標(biāo)機器人的運動空間相對機器人的結(jié)構(gòu)尺 寸來講 是比較小的 因此 為了實現(xiàn)一定的運動空間 直角坐標(biāo)機器人的結(jié)構(gòu)尺 寸要比其他類型的機器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多 直角坐標(biāo)機器人的工作空間為一空間長方體 直角坐標(biāo)機器人主要用于輸送作 業(yè)及搬運作業(yè) 直角坐標(biāo)機器人有懸臂式 龍門式 天車式三種結(jié)構(gòu) 2 某一瓶坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 某一瓶坐標(biāo)機器人的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的 如 圖 2 1 b 這種機器人構(gòu)造比較簡單 精度還可以 常用于搬運作業(yè) 其工作空間 是一個某一瓶狀的空間 3 球坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機器人的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的 如圖 2 1 c 這種機器人結(jié)構(gòu)簡單 成本較低 但精度不很高 主要應(yīng)用于搬運作業(yè) 其工 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 19 作空間是一個類球形的空間 4 關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機器人的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的 如圖 2 1 d 關(guān)節(jié)型機器 人動作靈活 結(jié)構(gòu)緊湊 占地面積小 相對機器人本體尺寸 其工作空間比較大 此種機器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛 如焊接 噴漆 搬運 輸送等作業(yè) 都廣泛采 用這種類型的機器人 關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu) 有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種 圖 3 2 四種機器人坐標(biāo)形式 3 2 2 機械手手臂的設(shè)計要求 機器人手臂的作用 是在一定的載荷和一定的速度下 實現(xiàn)在機器人所要求的 工作空間內(nèi)的運動 在進行機器人手臂設(shè)計時 要遵循下述原則 1 應(yīng)盡可能使機器人手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行 相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一 點 這樣可以使機器人運動學(xué)正逆運算簡化 有利于機器人的控制 2 機器人手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機器人工作空間的要求 工作空間的形狀和大 小與機器人手臂的長度 手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系 但機器人手臂末端工 作空間并沒有考慮機器人手腕的空間姿態(tài)要求 如果對機器人手腕的姿態(tài)提出具體 的要求 則其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間 3 為了提高機器人的運動速度與控制精度 應(yīng)在保證機器人手臂有足夠強度和 剛度的條件下 盡可能在結(jié)構(gòu)上 材料上設(shè)法減輕手臂的重量 力求選用高強度的 輕質(zhì)材料 通常選用高強度鋁合金制造機器人手臂 目前 在國外 也在研究用碳 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 20 纖維復(fù)合材料制造機器人手臂 碳纖維復(fù)合材料抗拉強度高 抗振性好 比重小 其比重相當(dāng)于鋼的 1 4 相當(dāng)于鋁合金的 2 3 但是 其價格昂貴 且在性能穩(wěn) 定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題 故還未能在生產(chǎn)實際中推廣應(yīng)用 目前比較有效的辦法是用有限元法進行機器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 在保證所需強 度與剛度的情況下 減輕機器人手臂的重量 4 機器人各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小 以減小機械間隙所造成的運動誤差 因此 各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠 便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機構(gòu) 5 機器人的手臂相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡 這對減小電機負載 和提高機器人手臂運動的響應(yīng)速度是非常有利的 在設(shè)計機器人的手臂時 應(yīng)盡可 能利用在機器人上安裝的機電元器件與裝置的重量來減小機器人手臂的不平衡重量 必要時還要設(shè)計平衡機構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量 6 機器人手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開關(guān)和具有一定緩沖能力的機械限 位塊 以及驅(qū)動裝置 傳動機構(gòu)及其它元件的安裝 3 2 3 機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機器人的手臂運動 給出了機器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運動位置 而 安裝在機器人手臂末端的手腕 則給出了機器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運動 姿態(tài) 機器人手腕是機器人操作機的最末端 它與機器人手臂配合運動 實現(xiàn)安裝 在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運動軌跡與運動姿態(tài) 完成所需要的作業(yè)動作 1 機器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求 1 機器人手腕的自由度數(shù) 應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計 機器人手腕自由度數(shù)目愈 多 各關(guān)節(jié)的運動角度愈大 則機器人腕部的靈活性愈高 機器人對對作業(yè)的適應(yīng) 能力也愈強 但是 自由度的增加 也必然會使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜 機器人的控制更 困難 成本也會增加 因此 手腕的自由度數(shù) 應(yīng)根據(jù)實際作業(yè)要求來確定 在滿 足作業(yè)要求的前提下 應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少 一般的機器人手腕的自由度數(shù)為 2 至 3 個 有的需要更多的自由度 而有的機器人手腕不需要自由度 僅憑受臂和 腰部的運動就能實現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù) 因此 要具體問題具體分析 考慮機器人的 多種布局 運動方案 選擇滿足要求的最簡單的方案 2 機器人腕部安裝在機器人手臂的末端 在設(shè)計機器人手腕時 應(yīng)力求減少其 重量和體積 結(jié)構(gòu)力求緊湊 為了減輕機器人腕部的重量 腕部機構(gòu)的驅(qū)動器采用 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 21 分離傳動 腕部驅(qū)動器一般安裝在手臂上 而不采用直接驅(qū)動 并選用高強度的鋁 合金制造 3 機器人手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián) 因此 要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭 結(jié)構(gòu)上要便 于裝卸末端執(zhí)行器 4 機器人的手腕機構(gòu)要有足夠的強度和剛度 以保證力與運動的傳遞 5 要設(shè)有可靠的傳動間隙調(diào)整機構(gòu) 以減小空回間隙 提高傳動精度 6 手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動要有限位開關(guān) 并設(shè)置硬限位 以防止超限造成機械損壞 2 機器人氣動驅(qū)動系統(tǒng) 氣動機器人采用壓縮空氣為動力源 一般從工廠的壓縮空氣站引到機器人作業(yè) 位置 也可以單獨建立小型氣源系統(tǒng) 由于氣動機器人具有氣源使用方便 不污染 環(huán)境 動作靈活迅速 工作安全可靠 操作維修簡便以及適宜在惡劣環(huán)境下工作等 特點 因此它在沖壓加工 注塑及壓鑄等有毒或高溫條件下作業(yè) 機床上 下料 儀表及輕工行業(yè)中 小型零件的輸送和自動輸送等作業(yè) 食品包裝及運輸 電子產(chǎn) 品輸送 自動插接 彈藥生產(chǎn)自動化等方面獲得大量應(yīng)用 氣動驅(qū)動系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實現(xiàn)兩位式的或有限點位控制的中 小機器 人中的 這類機器人多是某一瓶坐標(biāo)型和直角坐標(biāo)型或二者的組合型結(jié)構(gòu) 3 5 個 自由度 負荷在 200N 以下 速度 300 1000mm s 重復(fù)定位精度為 0 1 0 5mm 控制裝置目前多數(shù)選用可編程控制器 PLC 在易燃 易爆的場合下可采用氣動邏 輯元件組成控制裝置 氣動驅(qū)動系統(tǒng)大體由以下幾部分組成 1 氣源 由總壓縮空氣站提供 氣源部分包括空氣壓縮機 儲氣罐 氣水分 離器 調(diào)壓器 過濾器等 如果沒有壓縮空氣站的條件 可以按機器人及配套的其 他氣動設(shè)備需要配置相應(yīng)供氣量的氣源設(shè)備 2 氣動三聯(lián)件 由分水濾氣器 調(diào)壓器 油霧器三大件組成 可以是分離式 也可以是三聯(lián)組裝式的 多數(shù)情況下用三聯(lián)組裝式結(jié)構(gòu) 不論是由壓縮空氣站供氣 還是用單獨的氣源 氣動三聯(lián)件是必備的 雖然用無潤滑氣缸可以不用油霧器 但 是一般情況下 建議也在氣路上裝上油霧器 以減少氣缸摩擦力 增加使用壽命 3 氣動閥 氣動閥的種類很多 在工業(yè)機器人的氣動驅(qū)動系統(tǒng)中 常用的閥 件有電磁氣閥 節(jié)流調(diào)速閥 減壓閥等 4 氣動執(zhí)行機構(gòu) 多數(shù)情況下使用氣缸 直線氣缸或擺動氣缸 直線氣缸分 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 22 單動式和雙動式兩類 除個別用單動式氣缸外 如手爪機構(gòu)上用的 多數(shù)采用雙動 氣缸 為實現(xiàn)端部緩沖 要選用雙向端點位置緩沖的氣缸 氣缸的結(jié)構(gòu)形式以及與 機器人機構(gòu)的連接方式 如法蘭連接 尾部鉸接 前端或中間鉸接 氣缸桿的螺紋 連接或鉸接等 由設(shè)計機器人時根據(jù)結(jié)構(gòu)要求而定 氣缸的內(nèi)徑 行程大小可根據(jù) 對機器人的運動分析和動力分析進行計算 為了確保氣缸的密封要求 同時又要盡量降低摩擦力 密封材料要選用橡膠和 氟化塑料組合的密封環(huán) 無接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用 這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán) 通過磁感應(yīng) 使在氣缸外面安裝的非接觸 磁性接近開關(guān)動作發(fā)訊 進行位置檢測 除了直線氣缸外 機器人中用得比較多還 有有限角擺動氣缸 這種擺動缸多用于手腕機構(gòu)上 5 制動器 氣動機器人的定位問題很大程度上是如何實現(xiàn)停點的制動 氣缸 活塞的運動速度容許達 1 5m s 如果氣缸以 1m s 的速度計算 電磁氣閥以較大關(guān) 閉時間 70ms 計 那么氣缸活塞兩個停點的距離約為 70mm 兩個停點的步長應(yīng)大于 這個數(shù)值 對于小流量的電磁氣閥 吸合關(guān)閉時間較小 停點的步長也要相應(yīng)縮短 因此對機器人一個單自由度而言 停點數(shù)目最多 6 9 個 為增加定位點數(shù) 除采用 多位置氣缸外可采用制動的方法還有 反壓制動 制動裝置制動 6 限位器 氣動機器人各運動軸的制動和定位點到位發(fā)訊 可由編程器發(fā)指 令 或由限位開關(guān)發(fā)訊 根據(jù)要求和條件 如果選用無接觸感應(yīng)式氣缸 其限位開 關(guān)是無接觸接近開關(guān) 這種開關(guān)的反映時間小于 20ms 在機器人中應(yīng)用比較理想 當(dāng)氣缸活塞運動到定位點時 為保證定位精度 需要將運動軸鎖緊 常用的限位機 構(gòu)是由電磁閥控制的氣缸帶動鎖緊機構(gòu) 插鎖 滑塊等 將機器人運動機構(gòu)鎖定 再啟動時 事先打開鎖緊機構(gòu) 3 2 4 手部設(shè)計計算 手部要能抓起工件必須滿足 GkN321 式中 為所需夾持力 安全系數(shù) 通常取 1 2 2 1 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 23 為動載系數(shù) 主要考慮慣性力的影響可按 估算 為機械手2k gak 12 在搬運工件過程的加速度 為重力加速度 2 sm2 8 9sa g 方位系數(shù) 查表選取 3k 13 k 被抓持工件的重量 30 G 帶入數(shù)據(jù) 計算得 N 1200N 3 2 5 手臂的設(shè)計計算 手臂伸縮采用鏈傳動及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等 還在克服啟動過程中 的慣性力 其驅(qū)動力可 可按下式計算 13 伸 縮F maf 伸 縮 式中 各支承處的的摩擦阻力 N 其大小可按下式估算 fF NfFG 式中 G 運動部件所受的重力 外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力 其大小可按下式計算 NF 手 腕手 部工 件FN 摩擦系數(shù) 取 0 1 詳見機械設(shè)計手冊表 23 4 1 啟動過程中的慣性力 其大小可按下式估算 aF t vgGFa 總 式中 重力加速度 取 9 8 g2 sm 速度變化量 如果臂部從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度 時 則v v 這個過程的速度變化量就等于臂部的工作速度 啟動或制動時間 一般為 0 1 對輕載低速運動部件取小t ss5 0 值 對重載高速部件取大值 行走機械一般取 0 5 1 5 tvm 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 24 經(jīng)過計算得 294168 590 1 NfFG N7 tvga 總 7 62NFmaf 935 0 17 62 伸 縮 上下料機械手結(jié)構(gòu)如圖 3 3 所示 3 3 上下料機械手 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 25 第四章 某一瓶類零件上下料機械手部件的選用和設(shè)計 4 1 導(dǎo)軌 導(dǎo)軌的的功用是承受載荷和導(dǎo)向 它承受安裝在導(dǎo)軌上的運動部件及工件的重 力和切削力 運動部件可以沿導(dǎo)軌運動運動的導(dǎo)軌稱為動導(dǎo)軌 不動的導(dǎo)軌稱為靜 導(dǎo)軌或支撐導(dǎo)軌 導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式可以分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要 求如下 精度高 承載能力大 剛度好 摩擦阻力小 運動平穩(wěn) 精度保持性好 壽命長 結(jié)構(gòu)簡單 工藝性好 便于加工 安裝 調(diào)整和維修 成本低 直線運動 導(dǎo)軌的截面形狀主要有四種 矩形 三角形 燕尾形和某一瓶形 并可互相組合 每種導(dǎo)軌副之中還有凹凸之分 矩形導(dǎo)軌有凹型和凸型之分 凸型導(dǎo)軌容易清除切 屑 但不易存留潤滑油 凹型導(dǎo)軌具有承載能力大 剛度搞高制造簡便檢驗和維修 方便等優(yōu)點 但存在側(cè)向間隙 本次設(shè)計的輸送導(dǎo)軌選用滑動矩形導(dǎo)軌 滑動導(dǎo)軌 摩擦屬于具有一定動壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài) 導(dǎo)軌材料和熱處理方法對導(dǎo)軌性能 精度有直接影響 要合理地選擇 以便降低摩擦系數(shù) 提高導(dǎo)軌的耐磨性 降低成 本 導(dǎo)軌的材料有鑄鐵 鋼 有色金屬 塑料等 本次設(shè)計的導(dǎo)軌選用 Q235 作為材 料 支撐導(dǎo)軌選用淬火的熱處理方式 鑲條用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌的間隙 4 1 1 鏈條導(dǎo)軌的支撐方式 輸送鏈的滾子支撐方式 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 26 4 2 機架 某一瓶類零件上下料機械手的支承件是指相互固定聯(lián)接成的基礎(chǔ)和框架 某一 瓶類零件上下料機械手的其他零部件可以固定在支承件上 或者工作時在支承件的 導(dǎo)軌上運動 因此 機架的主要功能是保證某一瓶類零件上下料機械手各零部件之 間的相互位置和相對運動精度 并保證某一瓶類零件上下料機械手有足夠的靜剛度 抗振性 熱穩(wěn)定性和耐用度 機架的主要指標(biāo)是剛度 其次是強度和抗震性能 機 架的結(jié)構(gòu)尺寸決定于安裝在它上面的外部結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸及其相互配置 受力與 運動情況等 設(shè)計時應(yīng)使安裝在機架上的零件便于安裝和拆卸 機架用材料為鑄鋼 焊接而成 許用載荷為 300kg 規(guī)格為 b 40 h 20 的方管 提高機架的靜剛度和固 有頻率能增加機架的性能 4 3 墊鐵 調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形狀如圖 4 1 圖 4 1 調(diào)節(jié)器 FJFNV 型號的腳輪調(diào)整塊 材料為 SS400 和 FC250 規(guī)格為 M10 螺栓 高度 100 重 量 322g 單價 80 元每個 每個調(diào)整塊的支撐負載為 150kg 調(diào)整塊要進行時效處理 熱處理 光澤處理 調(diào)節(jié)塊的作用是 通過旋動螺母調(diào)節(jié)機架的高度 使某一瓶類零 件上下料機械手水平布置調(diào)節(jié)塊的安裝是通過在機架上焊接塊 在將塊開通孔進行連 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 27 接 4 4 鏈板 鏈 板 材 質(zhì) 不 銹 鋼 和 工 程 塑 料 碳 鋼 熱 塑 鏈 根 據(jù) 您 的 產(chǎn) 品 的 需 要 可 選 取 不 同 寬 度 不 同 形 狀 的 鏈 板 來 完 成 平 面 輸 送 平 面 轉(zhuǎn) 彎 提 升 下 降 等 要 求 箱 體 輸 送 線 和 曲 軸 輸 送 線 輸 送 的 工 件 都 是 輕 載 型 它 主 要 是 支 承 箱 體 和 曲 軸 鏈 板 上 面 也 可 以 安 置 隨 行 夾 具 下 推 車 托 板 等 附 近 使 輸 送 更 加 平 穩(wěn) 有 效 鏈 板 的 尺 寸 長 400mm 寬 60mm 高 20mm 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 28 第五章 傳感器的選擇 5 1 傳感器的介紹 為了檢測輪胎在傳送帶上的位置 從而為電動機是否需要轉(zhuǎn)動 正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn) 抓胎機構(gòu)是否可以準(zhǔn)確抓胎以及連續(xù)生產(chǎn)和保障設(shè)備安全提供必要參數(shù) 需要在傳 送線的適當(dāng)位置安裝適當(dāng)?shù)膫鞲衅?可供選擇的傳感器主要有物理傳感器 物理傳感 器是檢測物理量的傳感器 它是利用某些物理效應(yīng) 把被測量的物理量轉(zhuǎn)化成為便 于處理的能量形式 的信號的裝置 其輸出的信號和輸入的信號有確定的關(guān)系 主要 的物理傳感器有光電式傳感器 壓電傳感器 壓阻式傳感器 電磁式傳感器 熱電 式傳感器 光導(dǎo)纖維傳感器等 1 光電式傳感器 這種傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成為電信號 它直接檢測來自物體的 輻射信息 也可以轉(zhuǎn)換其他物理量成為光信號 其主要的原理是光電效應(yīng) 當(dāng) 光照射到物質(zhì)上的時候 物質(zhì)上的電效應(yīng)發(fā)生改變 這里的電效應(yīng)包括電子發(fā)射 電 導(dǎo)率和電位電流等 顯然 能夠容易產(chǎn)生這樣效應(yīng)的器件成為光電式傳感器 的主要部件 比如說光敏電阻 2 光導(dǎo)纖維傳感器 光纖傳感器基本由紅外光發(fā)射器 光導(dǎo)纖維 紅外光接收器組成 紅外發(fā)射器內(nèi) 的發(fā)光二極管發(fā)射脈沖調(diào)制的紅外光 此紅外光沿光纖向前傳播 最后到達光接收 器 3 電容式物位計傳感器 它直接把物位變化量轉(zhuǎn)換成電容的變化量 原理是插入料倉的電極與料倉壁之間 構(gòu)成電容器 當(dāng)倉內(nèi)物料料位變化引起電容量的變化時可以通過轉(zhuǎn)換電路而得到相 應(yīng)的檢測信號 由于電容式物位計傳感器 光導(dǎo)纖維傳感器結(jié)構(gòu)都相對復(fù)雜 而光電傳感器在檢測物 塊的有無方面更加可靠 且相對較為簡單經(jīng)濟 根據(jù)比較選擇光電式傳感器 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 29 5 2 傳感器的比較與選擇 1 光電開關(guān)的分類與選擇 光電開關(guān) 光電傳感器 是光電接近開關(guān)的簡稱 它是利用被檢測物對光束的遮 擋或反射 由同步回路選通電路 從而檢測物體有無的 物體不限于金屬 所有能 反射光線的物體均可被檢測 光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出 接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進行探測 1 吸收式 在恒定光源與光電元件之間設(shè)置被測物 光源的部分光子通量是由被測 物吸收 剩余的投影到光電元件上如圖 5 1 所示 被吸收的光子量與被 測物的透明程度有關(guān) 圖 5 1 吸收式光電開關(guān) 2 遮光式 光源發(fā)出的光子通量被測物遮去了其中一部分 是作用在光電 元件上的光子通量減弱 如圖 5 2 所示減弱的程度與被測物的光學(xué)通路中的 位置有關(guān) 圖 5 2 遮光式光電開關(guān) 3 反射式 光源發(fā)出的光投射到被測物上 被測物把部分光子通量反射到 光電元件上 如圖 5 3 所示 反射的光子通量取決于反射表面的性質(zhì) 狀態(tài) 與光源間的距離 光電 元件 光源 被測 對象 光電 元件 光源 被測 對象 光電 元件 光源 被測 對象 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 30 圖 5 3 反射式光電開關(guān) 4 輻射式 如圖 5 4 所示 被測物體是光源 它可以直接照射在光點元件上 也 可以通過一點的光路后作用到光電元件上 圖 5 4 輻射式光電開關(guān) 5 對射式 如圖 6 25 所示 其輸出信號對應(yīng)光電元件 有 跟 無 受到光照兩 種狀態(tài) 即通與斷的開關(guān)信號 常用于檢測物體的有無 它包含了在結(jié)構(gòu)上相互 分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器 發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器 當(dāng) 被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時 光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號 當(dāng)檢測物體為不透明時 對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置 圖 5 5 對射式光電開關(guān) 結(jié)合本設(shè)計選擇對射式光電開關(guān) 型號為 HPJ T11 臥式對射式如圖 5 6 檢測 距離為 1 5M NPN 暗 ON 輸出 光電 元件 被測 對象 光電 元件 光源 被測 對象 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 31 圖 5 6 3HPJ T11 臥式對射式光電開關(guān) 第六章 電器元件的選擇 6 1 低壓斷路器 低壓斷路器 如圖 6 1 所示 曾稱為自動空氣開關(guān)或自動開關(guān) 它相當(dāng)于刀開 關(guān) 熔斷器 熱繼電器 過電流繼電器和欠電壓繼電器的組合 是一種既可以手動 開關(guān)作用又能自動進行欠電壓 失電壓 過載和短路保護的電器 它是低壓配電網(wǎng) 絡(luò)中非常重要的保護電器 且在正常條件下 也可以用于不頻繁地接通和分?jǐn)嚯娐?及頻繁地啟動電動機 圖 6 1 低壓斷路器 低壓斷路器按其用途及結(jié)構(gòu)特點可分為萬能式 塑料外殼式 直流快速式和限 流式等 萬能式斷路器主要勇于配電網(wǎng)絡(luò)的保護開關(guān) 而塑料外殼式斷路器除用于 配電網(wǎng)絡(luò)中的保護開關(guān)外 還可用于電動機的控制開關(guān) 有的還帶有漏電保護功能 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 32 低壓熔斷器的選擇應(yīng)遵循以下原則 1 斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)大于線路 設(shè)備的正常工作電壓和總做 電流 2 斷路器的極限通斷能力大于或等于電路最大短路電流 3 欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓 4 過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負載電流 本設(shè)計選用了十六個 Y132M 8 三相異步交流電動機額定電壓為 380V 額定 電流為 7 7A 一個 Y90L 6 三相異步交流電動機額定電壓為 380V 額定電流 為 3 2A 線路中的總電流為 AI 4 126 37 16 總 按照以上原則 QF 可選用 DZX10 200 脫扣器的額定電流為 140A 欠電壓脫 扣器的欠電壓為 AC380V QF1 可選用 DZ5 20 220 脫扣器的額定電流 3A 額定電壓 380V QF2 至 QF17 可選用 DZ15L 40 390 脫扣器的額定電流 10A 額定電壓 380V 17 6 2 熔斷器 熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 價格低廉的保護電器 廣泛用于供電線路 和電氣設(shè)備的短路保護 熔斷器由熔體和安裝熔體的外殼兩部分組成 熔體是熔斷 器的核心 通常用低熔點的鉛錫合金 鋅 銅 銀的絲狀或片狀結(jié)構(gòu) 當(dāng)通過熔斷 器的電流超過一定數(shù)值并經(jīng)過一定的時間后 電流在容體上產(chǎn)生的熱量使熔斷體某 出熔化而分?jǐn)嚯娐?從而保護了電路和設(shè)備 熔斷器按其結(jié)構(gòu)形式有插入式 螺旋式 管式 如圖 6 2 等 品種規(guī)格很多 在電氣控制系統(tǒng)中經(jīng)常選用螺旋式熔斷器 它有明顯的分?jǐn)嘀甘竞筒挥萌魏喂ぞ呔?可取下或更換熔體等優(yōu)點 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 33 a 管式 b 插式 c 螺旋式 圖 6 2 熔斷器 熔斷器的選擇主要是選擇熔斷器的種類 額定電壓 熔斷器額定電流和熔斷體 額定電流等 熔斷器的種類主要由電控系統(tǒng)整體設(shè)計時確定 熔斷器的額定電壓應(yīng) 大于或等于實際電路的工作電壓 因此確定熔斷體電流是選擇熔斷器的主要任務(wù) 其中保護一臺異步電動機時 考慮電動機沖擊電流的影響 熔體的額定電流按下式 計算 NfNII 5 2 1 式中 為電動機的額定電流 NI 功率為 3kW 的電動機熔體的額定電流 AIFUN39 18035 2 f 7 2 確定選用 1A 30 熔體的額定電流為 30A 共 19 組 一組三個 CR 功率為 1 1kW 的電動機熔體的額定電流 AIFUN18 430 152 f 6 9 確定選用 1A 10 熔體的額定電流為 10A 共 1 組 CR 保護多臺異步電動機是 若各臺電動機不同時起動 則應(yīng)按下式計算 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 34 NNfNIIImax 5 2 1 式中 為容量最大的一臺電動機的額定電流 maxNI 為其余電動機額定電流的總和 AIfN 95 1372 67 5 1 確定選用 1A 200 熔體的額定電流為 200A 共 1 個 FUCR 注意 熔斷器一般做成標(biāo)準(zhǔn)熔體 更換熔片或熔絲時應(yīng)切斷電源 并換上相同額定 電流的熔體 不得隨意加大 加粗熔體或用其它材料代替 6 3 熱繼電器 熱繼電器 如圖 6 3 所示 是利用電流流過熱元件時產(chǎn)生的熱量 使雙金屬片 發(fā)生彎曲而推動執(zhí)行機構(gòu)動作的一種保護電器 它主要用于交流電動機的過載保護 斷相及電流不平衡運動的保護及其他電器設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制 電動機在實際運行 中 常會遇到過載的情況 但只要過載不嚴(yán)重 時間短 繞組不超過允許的溫升 這種過載是允許的 但如果過載情況嚴(yán)重 時間長 則會加速電動機絕緣的老化 甚至燒毀電動機 因此 必須對電動機進行長期過載保護 圖 6 3 熱繼電器 在三相異步電動機的電路中 一般采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器 即在兩相主電路中 串接熱元件 如果發(fā)生三相電源嚴(yán)重不平衡 電動機繞組內(nèi)部短路或絕緣不良等故 障 使電動機某一相的線電流比其他兩相要高 而這一相沒有串接熱元件的話 熱 繼電器也不能起保護作用 這是需要采用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器 由于熱慣性的原因 熱繼電器不能用于短路保護 因為發(fā)生短路事故時 要求 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 35 電路立即斷開 而熱繼電器卻不能立即動作是因為熱慣性在電動機啟動或短時過載 時 使繼電器不會動作 從而保證了電動機的正常工作 熱繼電器的選擇主要根據(jù)電動機的額定電流來確定其型號及熱元件的額定電流 等級 熱繼電器的整定電流通常等于或稍大于電動機的額定電流 每一種額定電流 的熱繼電器可裝入若干種不同額定電流的熱元件 根據(jù)以上原則 FR1 選用 JR16B 20 3D 熱元件的額定電流為 3 5A 刻度電流調(diào)節(jié)范圍值為 2 2 3 5A FR2 至 FR17 選用 JR16 20 3D 熱元件的額定電流為 11 0 刻度電流調(diào)節(jié)范圍值為 6 8 11 0A 6 4 行程開關(guān) 行程開關(guān) 如圖 6 4 是依據(jù)生產(chǎn)機械的行程發(fā)出指令 以控制其運動方向和 行程長短的主令電器 行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點行程開關(guān)和電 氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān) 機械機構(gòu)的接觸式行程開關(guān)是依靠移動機械上的撞塊 碰撞其可動部件使常開觸頭閉合 常閉觸頭斷開來實現(xiàn)對電路控制的 當(dāng)工作機械 上的撞塊離開可動部件時 行程開關(guān)復(fù)位 觸頭恢復(fù)其原始狀態(tài) 結(jié)合本設(shè)計選用 18 型號為 LX32 3 的行程開關(guān) 圖 6 4 行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖 6 4 交流接觸器 用來頻繁地遠距離接通和切斷主電路或大容量控制電路的控制電器 但它本身 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 36 不能切斷短路電流和過負荷電流 其結(jié)構(gòu)主要由觸點 電磁操作機構(gòu)和滅弧裝置等 三部分組成 如圖 6 5 所示 圖 6 5 交流接觸器結(jié)構(gòu)圖 選用原則 選用交流接觸器時 應(yīng)使主觸點電壓大于或等于所控制回路電壓 主觸點電流大于 或等于負載額定電流 結(jié)合本設(shè)計選用型號為 CJ0 10A 的接觸器 共 5 個 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 論文 正文樣式 37 小 結(jié) 以上就是本次設(shè)計計算的全過程 這次設(shè)計不僅使我對所設(shè)計的設(shè)備有了更深 的了解 還使我學(xué)到了許多在書本上學(xué)不到的東西 這對我以后走上社會 走向工 作崗位都有十分重要的意義 畢業(yè)設(shè)計是綜合運用所學(xué)知識進行設(shè)計實踐的環(huán)節(jié) 為對我們在生產(chǎn)實際中進 行調(diào)查研究的能力 觀察問題 分析問題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要 通過畢業(yè)設(shè)計的鍛 煉 我們運用所學(xué)知識的能力 解決問題的能力 創(chuàng)新設(shè)計的能力都得到了很好的 鍛煉和加強 畢業(yè)設(shè)計使我學(xué)到了不少新知識和研究方法 完善了知識結(jié)構(gòu) 它使我在大學(xué) 里所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識 專業(yè)技術(shù)知識得到了融會貫通 通過設(shè)計上下料機械手 使我增強了解決實際生產(chǎn)問題的能力 讓我深刻認識到了理論與實踐相結(jié)合的重要 性 幾個月的畢業(yè)設(shè)計使我感悟甚深 首先 讓我了解到理論與實踐相結(jié)合的重要性 以前在學(xué)習(xí)理論課 基礎(chǔ)課的 時候 自己不十分注意理論聯(lián)系實際 眼高手底 忽略了很多問題 通過畢業(yè)設(shè)計 某一瓶類工件上下料機械手的設(shè)計 38 使我認識到只有把所學(xué)知識運用到實踐中去才能發(fā)揮知識的最大魅力 畢業(yè)設(shè)計運 用到了以前所學(xué)基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識 使得我們對自己所欠缺的部分得到了補 充 因此畢業(yè)設(shè)計也是對以前所學(xué)知識的總結(jié) 其次 團隊協(xié)作精神 我們組每個人的設(shè)計任務(wù)是不相同的 但是所運用到的 知識還是有共同之處的 我們在一起的時候經(jīng)常交流自己設(shè)計部分的進展情況 互 相提供有用的資料 在相互幫助中 我們也解決了許多難題 可以說每個人的設(shè)計 部分都和其他人的幫助使分不開的 小組成員集體討論對我?guī)椭卮?讓我深深感 到團隊的力量 培養(yǎng)了我的團隊 協(xié)作精神 它將對我以后的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生深遠 影響 再次 獨立思考問題 解決問題的能力 小組集體討論固然重要 但個人的獨 立思考問題 解決問題的能力也必不可少 在做畢業(yè)設(shè)計期間 從方案的論證到具 體的設(shè)計 查閱了很多的資料 豐富了自己的知識面 同時通過畢業(yè)設(shè)計使我掌握 做好一個設(shè)備的流程和所需考慮的主要問題 為以后的工作奠定了基礎(chǔ) 在那上面 畢業(yè)設(shè)計讓我從傳統(tǒng)的被動性學(xué)習(xí) 轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃有詫W(xué)習(xí) 從閉門讀書 死記硬背模 式學(xué)習(xí) 轉(zhuǎn)