毕业论文-工业机械手设计论文1.docx
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河南科技学院
2009届本科毕业论文(设计)
论文题目:
工业机械手设计
学生姓名:
王凯
所在院系:
机电学院
所学专业:
机电技术教育
导师姓名:
王振宁
完成时间:
2009年5月20日
9
摘
要
在机械制造业中,机械手已被广泛应用,从而大大的改善了工人的劳动条件,
显著的提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐,本设计通过
对机械手各主要组成部分(手部、手腕、手臂和机身等)分析,从而确定各主要
组成部分的结构,在此基础上对机械手进行设计计算,从而确定装配总图。
通过
此次机械手设计,掌握相关机械手设计的主要步骤,对于
CAD/CAM软件应用方
面有了进一步的提高。
关键词:
机械手,设计,手部,手腕,手臂,机身,结构
TheDesignofIndustryManipulator
Abstract
Inthemechanicalmanufacturingindustry,themanipulatorhasbeenwidely
applied,
thus
the
big
improvement
worker's
work
condition,
the
remarkable
enhancement
labor
productivity,
sped
up
realizes
the
industrial
production
mechanizationandtheautomatedstep,thisdesignthroughtothemanipulatoreach
mainconstituent(hand,skill,armandfuselageandsoon)analyzes,thusdetermined
eachmainconstituentthestructure,carriesonthedesigncalculationinthisfoundation
tothemanipulator,thusdeterminationassemblyassemblydrawing.Designsthrough
thismanipulator,thegraspingcorrelationmanipulatordesignsthemainstep,hadthe
furtherenhancementregardingtheCAD/CAMsoftwareapplicationaspect.
Keywords:
Manipulator,design,hand,skill,arm,fuselage,structure
目 录
1绪论...............................1
2机械手设计要求..........................1
3机械手总体设计方案........................1
3.1机械手的组成........................1
3.1.1 执行机构.......................1
3.1.2 驱动机构.......................2
3.1.3 控制机构.......................2
3.2机械手在生产中的应用....................2
3.3机械手的主要特点......................2
3.4机械手的技术发展方向....................3
3.5机械手坐标形式与自由度选择.................4
3.5.1 机械手坐标形式选择..................4
3.5.2 机械手自由度选择...................4
3.6机械手的规格参数......................4
3.7机械手手部设计计算.....................5
3.7.1 手部设计基本要求...................5
3.7.2 手部力学分析.....................5
3.7.3 夹紧力与驱动力的计算.................7
3.7.4 手抓夹持范围计算...................9
3.7.5 手抓夹持精度的分析计算................9
3.8机械手腕部设计计算.....................10
3.8.1 腕部设计基本要求...................10
3.8.2 腕部的结构选择....................10
3.8.3 腕部回转力矩计算...................11
3.8.4 腕部工作压力计算...................13
3.8.5 液压缸盖螺钉计算...................14
3.8.6 动片和输出轴联接螺钉计算...............15
3.9机械手臂部设计计算.....................15
3.9.1 臂部设计基本要求...................15
3.9.2 臂部的结构选择....................16
3.9.3 手臂伸缩驱动力计算..................16
3.9.4 手臂伸缩液压缸参数计算................18
3.10机身升降机构计算......................19
3.10.1 手臂偏重力矩计算...................19
3.10.2 升降导向立柱不自锁条件................21
3.10.3 手臂升降驱动力计算..................21
3.10.4 手臂升降液压缸参数计算................22
3.11机身回转机构计算.....................23
3.11.1 手臂回转液压缸驱动力矩计算..............23
3.11.2 手臂回转液压缸参数计算................24
3.11.3 液压缸盖螺钉计算...................24
3.11.4 动片和输出轴间联接螺钉计算..............25
4机械手装配总图..........................26
5结论...............................27
致谢...............................27参考文献.............................28
1绪论
工业机械手设计是机械制造、机械设计等方面的一个重要的教学环节,是学
完技术基础课及有关专业课以后的一次综合设计,通过这一环节把有关课程中所
获得的理论知识在实际中综合的加以应用,使这些知识能够得到巩固和发展,并
使理论知识和生产密切的结合起来,通过设计培养学生独立思考能力,树立正确
的设计思想,掌握机械产品设计的基本方法和步骤,为自动机械设计打下良好的
基础。
2机械手设计要求
要求本设计能鲜明体现设计构思,并在规定的时间内完成以下工作:
1)拟定机械手的整体设计方案,特别是机械手各主要组成部分的方案。
2)根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部、腕部、臂部和机身的结
构。
3)各主要部件(手部、腕部、臂部)的设计计算。
4)工业机械手装配图的绘制。
5)编写设计计算说明书。
3机械手总体设计方案
3.1机械手的组成
工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。
3.1.1执行机构
1)手部
即直接与工件接触的部分,一般是回转型或平移型,(多为回转型,
因其结构简单),手部多为二指(也由多指),根据需要分为外抓式和内抓式两种,
也可以用负压式或真空式的空气吸盘和电磁吸盘。
传力机构形式也很多,常用的有:
滑槽杠杆式、连杆杠杆式、齿轮齿条式、
丝杠螺母式、弹簧式、重力式。
2)腕部
是联接手部和手臂的部件,并可用来调整被抓物体的方位,以扩大
机械手的动作范围,并使机械手变的更灵巧,适应性更强。
目前,应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压缸,它的结构紧凑、灵
巧,但回转角度小,并且要求严格密封,否则就难保证稳定的输出扭矩。
3)手臂
是支撑被抓物体手部、腕部的重要部件,并带动它们做空间运动,
它的主要作用是带动手指去抓取工件,并按预定要求将其搬运到给定的位臵,一
般手臂需要三个给定自由度才能满足要求,即手臂的伸缩、左右旋转、升降运动。
4)行走机构
有的工业机械手带有行走机构,我国正处于仿真阶段。
3.1.2驱动机构
驱动机构是工业机械手的重要组成部分,根据动力源的不同大致可分为气
动、液压、电动和机械式四种。
采用液压机构速度快,结构简单,成本低,臂力
大,尺寸紧凑,控制方便。
3.1.3控制机构
在机械手控制上,有点动控制和连续控制两种,大多数用插销板进行点动
控制,也有用PLC进行控制,主要控制的是坐标位臵。
3.2机械手在生产中的作用
机械手在工业生产中的应用极为广泛,可以归纳为以下几个方面:
1)建造旋转体零件(轴类、盘类、环类)自动线。
2)在实现单机自动化方面:
a各类半自动车床,有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能,仍需
人工上下料,装上机械手,可实现自动生产,一人看管多台机床。
b注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环,装上机械手自动装
卸工件,可实现自动生产。
c冲床有自动上下料冲压循环,装上机械手上下料,可实现冲压生产自动
化。
3.3机械手的主要特点
1)对环境的适应性强,能代替人从事危险、有害的操作,在长时间工作对
人类有害的场所,机械手不受影响,只要根据工作环境进行合理设计,选择适当
的材料和结构,机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、
放射线作用下,以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。
2)机械手能持久、耐劳,可以把人从繁重单调的劳动中解放出来,并能扩
大和延伸人的功能。
3)由于机械手的动作准确,因此可以稳定和提高产品的质量,同时又可避
免人为的操作错误。
4)机械手通用性、灵活性好,能较好的适应产品品种的不断变化,以满足
柔性生产的需要。
5)采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。
3.4机械手的技术发展方向
国内外使用的实际上是定位控制机械手,没有“视觉”和“触角”反馈。
目
前,世界各国正积极研制带有“视觉”和“触角”的工业机械手,使它能对所抓
取的工件进行分辨,选取所需要的工件,并正确的夹持工件,进而精确的在机器
中定位、定向。
为使机械手有“
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