工业机械手结构的设计Word格式文档下载.docx
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机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,操纵系统是示教形的。
1962年,美国联合操纵公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Unimate(即全能自动)。
运动系统仿照坦克炮塔,臂能够回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;
操纵系统用磁鼓作为存储装置。
很多球坐标通用机械手确实是在那个基础上进展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司归并成立全能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。
该机械手的中央立柱能够回转、起落采纳液压驱动操纵系统也是示教再现型。
尽管这两种机械手出此刻六十年代初,但都是国外工业机械手进展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子运算机进行操纵,用于装配作业,定位误差小于±
1毫米。
联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手,要紧用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手,采纳关节式结构和程序操纵。
日本是工业机械手进展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
前苏联自六十年代开始进展应用机械手,至1977年末,其中一半是国产,一半是入口。
目前,工业机械手大部份还属于第一代,要紧依托工人进行操纵;
改良的方向主若是降低本钱和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子计算操纵系统,具有视觉、触觉能力,乃至听、想的能力。
研究安装各类传感器,把感觉到的信息反馈,是机械手具有感觉性能。
第三代机械手那么能独立完成工作中进程中的任务。
它与电子运算机和电视设备维持联系,并慢慢进展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。
二、应用简况
现代工业中,生产进程的机械化,自动化已成为突出的主题。
化工等持续性生产进程的自动化已大体取得解决。
但在机械工业中,加工、装配等生产是不持续的。
因此,装卸、搬运等工序机械化的迫切性,工业机械手确实是为实现这些工序的自动化而产生的。
有资料统计:
美国偏重于毛坯生产,日本偏重于机械加工。
随着机械手技术的进展,应用的对象还会有所改变。
机械手在锻造工业中的应用能进一步进展锻造设备的生产能力,改善热、累等劳动条件。
国内机械手工业、铁路工业中第一在单机、专机上采纳机械手上下料,减轻工人的劳动强度。
国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。
并和机床一起组成一个综合的数控加工系统。
采纳机械手进行装配更始目前研究的重点,国外已研究采纳摄象机和力传感装置和微型运算机连在一路,能确信零件的方位达到镶装的目的。
3、进展趋势
目前工业机械手要紧用于机床加工、铸造、热处置等方面,不管数量、品种和性能方面仍是不能知足工业进展的需要。
在国内主若是慢慢扩大应用范围,重点进展铸造、热处置方面的机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件,在应用专用机械手的同时,相应的进展通用机械手,有条件的还要研制示教式机械手、运算机操纵机械手和组合机械手等。
将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、起落、横移、俯仰等机构和依照不同类型的加紧机构,设计成典型的通用机构,因此便依照不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构,即可组成不同用途的机械手。
既便于设计制造,有便于改换工件,扩大应用范围。
同时要提高速度,减少冲击,正确信位,以便更好的发挥机械手的作用。
另外还应大力研究伺服型、经历再现型,和具有触觉、视觉等性能的机械手,并考虑与运算机连用,慢慢成为整个机械制造系统中的一个大体单元。
在国外机械制造业中工业机械手应用较多,进展较快。
目前要紧用于机床、横锻压力机的上下料,和点焊、喷漆等作业,它可依照事前指定的作业程序来完成规定的操作。
另外,国外机械手的进展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。
使它具有必然的传感能力,能反馈外界条件的转变,作相应的变更。
如位置发生稍许误差时,即能更正并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。
目前已经取得必然成绩。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)和微型运算机。
工作是电视照相机将物体形象变成视频信号,然后送给运算机,以便分析物体的种类、大小、颜色和位置,并发出指令操纵机械手进行工作。
触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈操纵装置。
工作机会械手第一伸出手指寻觅工作,通过安装在手指内的压力灵敏元件产生触觉作用,然后伸向前方,抓住工件。
手的抓力大小通过装在手指内的灵敏元件来操纵,达到自动调整握力的大小。
总之,随着传感技术的进展机械手装配作业的能力也将进一步提高。
更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合,从而全然改变目前机械制造系统的人工操作状态。
机械手的组成
机械手要紧由执行机构、驱动机构和操纵系统三大部份组成。
其组成及彼此关系如以下图:
一、执行机构
(如下图)
图
(1)手部
手部安装在手臂的前端。
手臂的内孔装有转动轴,可把动作传给手腕,以转动、伸屈手腕,开闭手指。
本课所指的机械手仅需开闭手指。
机械手手部的机构系仿照人的手指,分为无关节,固定关节和自由关节三种。
手指的数量又能够分为二指、三指和四指等,其中以二指用的最多。
能够依照夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头,以适应操作需要。
本课所做的机械手采纳二指形状。
(2)手臂
手臂有无关节和有关节手臂之分
本课所做的机械手的手臂采纳无关节臂
手臂的作用是引导手指准确的抓住工件,并输送到所需要的位置上。
为了使机械手能够正确的工作,手臂的三个自由度都需要精准的定位。
本课题所做的机械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向的定位均采纳行程开关操纵,以保证定位的精度。
总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种,因此,它采纳的执行机构主若是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等。
躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。
二、驱动机构
驱动机构要紧有四种:
液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。
其中以液压气动用的最多,占90%以上,电动、机械驱动用的较少。
液压驱动主若是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。
它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动;
利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。
液压驱动的优势是压力高、体积小、出力大、运动平缓,可无级变速,自锁方便,并能在中间位置停止。
缺点是需要配备压力源,系统复杂本钱较高。
气压驱动所采纳的元件为气压缸、气压马达、气阀等。
一样采纳4-6个大气压,个别的达到8-10个大气压。
它的优势是气源方便,保护简单,本钱低。
缺点是出力小,体积大。
由于空气的可紧缩性大,很难实现中间位置的停止,只能用于点位操纵,而且润滑性较差,气压系统容易生锈。
为了减少停机时产生的冲击,气压系统装有速度操纵机构或缓冲机构。
电气驱动采纳的不多。
此刻都用三相感应电动机作为动力,用大减速比减速器来驱动执行机构;
直线运动那么用电动机带动丝杠螺母机构;
有的采纳直线电动机。
通用机械手那么考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。
电气驱动的优势是动力源简单,保护,利用方便。
驱动机构和操纵系统能够采纳统一形式的动力,出力比较大;
缺点是操纵响应速度比较慢。
机械驱动只用于固定的场合。
一样用凸轮连杆机构实现规定的动作。
它的优势是动作确实靠得住,速度高,本钱低;
缺点是不易调整。
本课题所做的机械手采纳电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降方面。
采纳手臂的左转、右转、手臂的夹紧、放松方面。
3、操纵系统
机械手操纵系统的要素,包括工作顺序、抵达位置、动作时刻和加速度等。
操纵系统可依照动作的要求,设计采纳数字顺序操纵。
它第一要编制程序加以存储,然后再依照规定的程序,操纵机械手进行工作。
应用机械手的意义
随着科学技术的进展,机械手也愈来愈多的地被应用。
在机械工业中,铸、焊、铆、冲、压、热处置、机械加工、装配、查验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。
其他部门,如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。
在机械工业中,应用机械手的意义能够归纳如下:
一、以提高生产进程中的自动化程度
应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的改换和机械的装配等的自动化的程度,从而能够提高劳动生产率和降低生产本钱。
二、以改善劳动条件,幸免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有尘埃、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染和工作空间狭小的场合中,用人手直接操作是有危险或全然不可能的,而应用机械手即可部份或全数代替人平安的完成作业,使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复,专门是较笨重的操作中,以机械手代替人进行工作,能够幸免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
三、能够减轻人力,并便于有节拍的生产
应用机械手代替人进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械手能够持续的工作,这是减少人力的另一个侧面。
因此,在自动化机床的综合加工自动线上,目前几乎都没有机械手,以减少人力和更准确的操纵生产的节拍,便于有节拍的进行工作生产。
综上所述,有效的应用机械手,是进展机械工业的必然趋势。
第二章整体技术方案及系统组成
原始数据
负载重量:
10kg
重复定位精度:
±
1mm
自由度:
3(Z的移动,R轴的平动,θ轴的转动)
Z:
大臂的起落
R:
大臂的伸缩
θ:
腰轴
各轴最大运动速度:
Z轴上下:
200mm/s
θ轴回转:
30°
/s
R轴伸缩:
各轴最大运动范围:
550mm
90°
400mm
工作要求:
机械手的工艺流程:
机械手原位→机械手前伸→机械手上升→机械手抓取并夹紧→机械手后退→机械手前进(小车)→小车停止→机械手左转90°
→机械手前伸→机械手松开→机械手后退(小车)→机械手下降→机械手右转90°
→小车后退→退至原位
机构简图
系统组成
本基械手系统由机体,传送机构,动力源和操纵装置四部份组成。
其中机体由小车及本体等部份组成;
传送机构要紧由伸缩臂及抓紧机构所组成;
动力源由液压驱动和机械驱动两种形式组成操纵装置要紧由自动操纵和手动操纵两部份组成。
整体技术方案
毕业设计的目的确实是要把咱们所学的比较分散的知识综合起来,并进行灵活运用。
此刻的进展趋势是机电一体化,因此,咱们的毕业设计是要咱们将“机”、“电”、“液”三者归并起来。
“机”即是指机械,机械手的动作进程能够分五部份,即机械手的上升下降、机械手的前伸后缩、机械手的加紧放松、机械手的左转右转、小车的前进后退。
这五部份中咱们靠机械完成机械手的上升下降动作,即本课题所做的机械手采纳电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降方面。
滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠,使螺纹间产生转动摩擦。
丝杆传动是带动滚珠沿螺纹轨道转动。
滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其他直线运动副相较,有以下特点:
1)传动效率高一样滚珠丝杠副的传动效率达85%-98%,为滑动丝杠副的3-4倍。
2)运动平稳转动摩擦系数接近常数,启动与工作摩擦力矩不同很小。
启动时无冲击,低速时无爬行。
3)能源预紧预紧后可排除间隙产生过盈,提高接触刚度和传动精度。
同时增加的摩擦力矩相对不大。
4)工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度、高精度,具有较长的工作寿命和精度维持性。
寿命约为滑动丝杠副的4-10倍以上.
5)定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杠副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙,通过预紧进行预拉伸的补偿的膨胀,因此,能够达到较高的定位精度和重复定位精度。
6)同步性好用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的运动部件。
能够取得较好的同步运动。
7)靠得住性高润滑密封装置结构简单,维修方便。
8)不自锁用于垂直运动,必需在系统中附加自锁或制动装置。
9)经济性差,本钱高由于结构工艺复杂,故制造本钱高价钱往往以mm计。
通过计算,选择如下:
电动机型号:
Y802-2
功率:
丝杠型号:
Tr40×
7
动作分析
工业机械手的机械机构是指它的执行系统,是机械手抓持工件、进行操作及各类运动的机械部件。
机械部件要紧包括手部,手臂前后伸缩部份,手臂上下起落部份腰转部份和机座和行走机构。
手部
手部:
包括杠杆手指,单向作用式握紧油缸等。
其工作原理:
物体进入手指后,拉杆手油缸作用,通过拉杆带动杠杆手指回转,实现握紧或松开动作。
1)手臂的前后伸缩部份
手臂的前后伸缩部份由直线油缸带动实现。
当直线油缸工作时通度日塞杆行程的转变,完成手臂的伸缩运动。
2)手臂的上下起落部份
手臂的上下起落部份是由电动机、丝杆传动副、立柱等部份组成。
当电动机工作时,通过联轴器转动丝杆,由于丝杆螺母周受到立柱的径向转动限制,使得螺母及手臂架只能作上下运动。
3)腰转部份
腰转部份要紧由转盘和回转油缸组成。
当压力油进入回转油缸时,回转油缸的回转轴回转,通度日塞杆的伸缩带动转盘的转动,从而实现机械手的左右转动,
4)行走机构
行走机构主若是由电动机、齿轮、带轮等组成。
当电动机工作时,通过齿轮、带轮的传动,带动小车的轮子转动,从而实现行走。
第三章机械手的液压部份
“机、电、液”中的“液”即指液压系统。
液压系统相关于机械传动来讲,是一门新兴的技术。
人类利用水力机械及液压技术尽管已有很长的历史,可是液压技术在机械领域中得以应用并取得迅速进展那么是本世纪,专门是第二次世界大战以来的事。
由于液压传动具有许多突出的优势,因此目前已普遍的应用在工、农业机械、机床、交通运输、路地行走设备、船舶操纵、火炮操纵、飞机、导弹等各方面。
液压系统的工作原理
所谓液压系统确实是以液体为介质,依托运动者的液体的压力能来传递力的。
液压系统工作是,液压泵把电动机传来的回转式机械能转变成油液的压力能:
油液被输送到液压缸(或液压马达)后,又由液压缸(或液压马达)把油液的压力能变成直线式(或回转式)的机械能输出。
液压系统中的油液在受调剂、操纵的状态下进行工作的因此液压传动和液压操纵在那个意义上来讲难以截然分开。
液压系统必需知足起执行元件在力和速度方面的要求。
液压传动的工作特性
液压系统工作是,外界负载越大(在有效承压面积必然的前提下)所需要的压力也越大,反之亦然。
因此液压系统的由压力(简称系统的压力,下同)大小取决于外界负载。
负载大,系统压力大;
负载小,系统压力小;
负载为零,系统压力为零。
另外,活塞或工作台的运动速度(简称系统的速度,下同)取决于单位时刻通过节流阀进入液压缸中油液的体积即流量。
流量越大(在有效承压面积必然的前提下)系统的速度越快,反之亦然。
流量为零,系统的速度亦为零。
液压系统的压力和外在负载,,速度和流量的这两个关系称作液压传动的两个工作特性。
液压系统的组成
液压系统由以下五个部份组成:
1)动力元件它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置。
液压泵即为动力元件。
2)执行元件它是将液体的压力能转换为机械能的装置,以驱动部件。
液压缸和液压马达即为执行元件。
3)操纵调剂元件操纵调剂元件是指各类阀类元件,它们的作用是操纵液压系统中油液的压力、流量和方向,以保证执行元件完成预期的工作运动。
4)辅助元件辅助元件是指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量表等。
5)工作介质在液压系统中利用液压油(一样为矿物油)。
液压系统的优、缺点
液压系统与机械、电力等传动相较。
有以下特点:
1)能方便的进行无级调速,调速范围大。
2)体积小,、重量轻、功率大。
一方面,在相同输出功率的前提下,其体积小、重量轻、惯性小、动作灵敏,这关于液压自动操纵系统有重要的意义。
另一方面,在体积或重量相近的情形下,其输出功率大,能传递较大的扭矩或推力(如万吨水压力等)。
3)操纵和调剂简单、方便、省力,易实现自动化操纵和过载爱惜。
4)可实现无间隙传动,运动平稳。
5)因为传动介质为油液,故液体元件有自我润滑作用,利用寿命长。
6)液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和推行利用。
7)能够采纳大推力的液压缸和大扭矩的液压马达直接带动负载,从而失去了中间的减速装置,使传动简化。
液压传动的要紧缺点:
1)漏由于作为传动介质的液体是在必然的压力下,有时是在较高的压力下工作的,因此在有相对运动的表面间不可幸免要产生泄漏。
同时,由于油液并非是不能够紧缩的,油管等也回产生弹性变形,因此液压传动不宜用在传动比要求较严格的场合。
2)震液压传动中的“液压冲击和空穴现象”会产生专门大的震动和噪声。
3)热在能量转换和传递进程中,由于存在机械摩擦、压力损失、泄漏损失,因此易使油液发烧,总效率降低,故液压传动不宜远距离转动。
4)液压传动性能对温度比较灵敏,故不宜在高温及低温下工作。
液压传动装置对油液的污染也较灵敏,故要求有良好的过滤设施。
5)液压元件加工要求高一样情形下又要求有独立的能源(如液压泵站),这些可能使产品本钱提高。
6)液压系统显现鼓故障时不宜追查缘故,不宜迅速排除。
综上所述,液压传动由于其优势比较突出,故在工、农业各个部门取得普遍的应用。
它的某些缺点随着生产技术的不断进展、提高,正在慢慢取得克服。
由于液压传动相关于机械传动有以上几个突出的优势,因此确信机械手的前伸后退、左转右转、夹紧放松着三部份动作用液压传动来实现。
第四章回转装置的整体组成及结构设计
回转装置的组成
回转装置要紧由执行件、传递件、驱动件及操纵系统四大部份组成。
执行件
本设计选用的是回转台与传递件——链轮共用的一个长平键的心轴。
驱动件驱动传递件——链轮传动,链轮通过共用件将回转运动直接传递给与心轴件联接的回转台,并使之旋转。
传递件
本课题中机械手要求作间歇往复回转运动,因此,考虑采纳回转曲线传动。
回转传动可分为齿轮传动、带传动和链传动。
齿轮传动尽管效率高,工作靠得住,寿命长,结构紧凑,圆周速度及功率范围广,但制造和安装精度要求较高,不能缓冲,无过载爱惜,低精度时噪声大。
由于本课题中机械手回转精度要求不高,因此,不予考虑。
链传动无弹性滑动和打滑现象,工作靠得住,具有准确的平均传动比,传动效率较高,在传动相同功率的情形下,结构较为紧凑,链条张紧力小,作用于链轮轴的力也较小,故链传动能够在低速重载的条件下利用。
与齿轮传动相较,链传动制造和安装精度要求较低链传动的要紧缺点是不能维持恒定的瞬时传动比,传动平稳性较差,工作时有冲击和噪声,磨损后易发生跳齿,传动中有周期性的重载荷和啮合冲击,不适合载荷转变专门大和急速反向转动的场合。
带传动是一种应用很广的机械传动,尽管结构简单,制作本钱低,传动平稳,无需润滑,制造和安装精度要求不高,噪声小,能缓冲吸震,有过载爱惜作用。
同步带传动是一种啮合型带传动。
它具有齿轮传动和摩擦带传动的特点。
还具有传递功率大,传动比准确等特点。
故多用于要求传动平稳,传动精度较高的场合。
因此回转装置中的运动传递本设计利用同步带传动。
驱动件
驱动件要紧有四种:
气动驱动、电气驱动、机械驱动和液压驱动。
其中以液压、气动用的最多,占90%以上;
电动、机械驱动用的较少。
气驱动采纳的不多。
通用机械手那么考虑采纳同一种形式的动力,出力比较大;
缺点是不易调整
本课题设计采纳液压驱动。
利用液压缸带动带动链轮、链条实现回转运动。
设计配有液压总站,与回转装置并排置于小车之上。
操纵系统
本课题采纳电机驱动。
利用电动机带动带轮、带轮传动通过齿轮和轴的公用件实现小车的行走运动。
第五章机械传动方案的设计与计算
小车的要紧组成部份
一、驱动系统
采纳步进电动机带动同步带与带轮驱动小车沿导轨作径向往复运动。
二、执行机构
互换工作台的送
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- 工业 机械手 结构 设计