搜索
机械创新设计2010-2011第2学期姓名：班级：指导教师：成绩：日期：2011年7月2008届机械设计制造专业创新设计3前言工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。气动机械手4目录摘要....................................................................5第一章机械手概况........................................................71.1机械手的组成和分类................................................7第二章机械手的设计方案.................................................132.1机械手的座标型式与自由度.........................................142.2机械手的手部结构方案设计........................................152.3机械手的手腕结构方案设计........................................152.4机械手的手臂结构方案设计........................................152.5机械手的驱动方案设计............................................162.6机械手的控制方案设计............................................162.7机械手的主要参数.................................................162.8机械手的技术参数列表.............................................17第三章手部结构设计.....................................................193．1手部设计........................................................19第四章手腕结构设计.....................................................284.1手腕的自由度.....................................................284.2手腕的驱动力矩的计算............................................29第五章手臂结构设计.....................................................335.1手臂伸缩与手腕回转部分...........................................345.2手臂升降和回转部分...............................................375.3手臂伸缩气缸的设计...............................................385.4手臂伸缩、升降用液压缓冲器.......................................425.5手臂回转用液压缓冲器.............................................43第六章气动系统设计.....................................................446.1气压传动系统工作原理图...........................................44第七章机械手的PLC控制设计.............................................467.1可编程序控制器的选择及工作过程..................................467.2可编程序控制器的使用步骤.........................................487.3机械手可编程序控制器控制方案.....................................49结论...................................................................522008届机械设计制造专业创新设计5摘要本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)气动机械手6ABSTRACTThisarticlebrieflyintroducestheconceptofindustrialrobots,robotformationandclassificationofdegreesoffreedomandthecoordinatesofthemanipulatormodel,thecharacteristicsofpneumatictechnology,PLCcontrolfeaturesandstateofdevelopmentathomeandabroad.Inthispaper,theoverallmechanicaldesigninhand,todeterminethecoordinatesofthemanipulatortypesanddegreesoffreedomtodeterminethetechnicalparametersofthemanipulator.Atthesametime,weredesignedmanipulatorgripper-typehandstructureandtheadsorptionofhandstructure;designedmanipulatorwriststructure,calculatedthewristrotationrequireddrivingtorqueandtherotarycylinderdrivingtorque;designedamanipulatorarmstructure,designedtelescopicarm,liftingthehydraulicshockabsorberandtherotaryhydraulicshockabsorberarm.Designedpneumaticmanipulatorsystem,renderingtheworkofthemechanicalhandpressuresystemschematic.Programmablelogiccontrollertocontrolthemanipulator,selecttheappropriatePLCtype,accordingtotheworkflowmanipulatordevelopedPLCcontrolprogram,drawatimingdiagrammanipulatorandladderwork,andpreparedtoprogrammedcontrollercontrolprogram.KEYWORDS:industrialrobot,robot,pneumatic,programmablelogiccontroller(PLC)2008届机械设计制造专业创新设计7机械手的组成和分类机械手的组成执行机构气动机械手第一章机械手概况1.1机械手的组成和分类1.1.1机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。图1-1机械手的组成方框图(一)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、手部气动机械手8即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机