液压上料机械手设计(全套cad图+sw模型+说明书)液压上料机械手设计(全套cad图+sw模型+说明书)

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液压 机械手 设计 全套 cad sw 模型 说明书
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液压上料机械手设计(全套CAD图+SW模型+说明书)
../机械手动作仿真动画
../../机械手总装配体附动画.avi
../../机械手手部夹紧动画.avi
../../机械手腕部转动.avi
../../机械手臂部动画.avi
../机械是三维模型Solidworks2010
../../1.SLDPRT
../../1轴承.SLDPRT
../../2.SLDPRT
../../4个螺钉.SLDPRT
../../AFBMA 20.1 - 82-20 - Full,DE,AC,Full_68.sldprt
../../dxd.SLDPRT
../../swxJRNL.swj
../../V型块.SLDPRT
../../x.SLDPRT
../../上手爪修.SLDASM
../../上盖.SLDPRT
../../下手爪修.SLDASM
../../两个螺栓.SLDPRT
../../两根导柱.SLDPRT
../../保持板.SLDPRT
../../内套.SLDPRT
../../动叶片.SLDPRT
../../动叶螺钉.SLDPRT
../../动叶销钉.SLDPRT
../../回转油缸.SLDPRT
../../回转油缸8个螺钉.SLDPRT
../../回转油缸端盖.SLDPRT
../../回转缸右端盖.SLDPRT
../../回转缸底盖.SLDPRT
../../回转缸端盖.SLDPRT
../../固定叶片.SLDPRT
../../固定叶片螺钉.SLDPRT
../../固定叶片销钉.SLDPRT
../../垫圈.SLDPRT
../../大齿轮.SLDPRT
../../大齿轮轴.SLDPRT
../../小弹簧.SLDPRT
../../小臂后盖.SLDPRT
../../小臂活塞.SLDPRT
../../小臂活塞缸.SLDPRT
../../小螺钉.SLDPRT
../../小齿轮.SLDPRT
../../小齿轮轴.SLDPRT
../../工件.SLDPRT
../../底座.SLDPRT
../../开口销.SLDPRT
../../弹性挡圈.SLDPRT
../../总支撑板.SLDPRT
../../手爪修.SLDASM
../../手腕部装配体1.SLDASM
../../手部1.SLDPRT
../../手部2.SLDPRT
../../手部与腕部连结修.SLDASM
../../手部活塞.SLDPRT
../../手部装配体修.SLDASM
../../手部驱动油缸.SLDPRT
../../支撑板.SLDPRT
../../支撑板上盖.SLDPRT
../../最底下座.SLDPRT
../../机械手总装配体附.SLDASM
../../机身装配体3修.SLDASM
../../滚珠装配体6139后.SLDASM
../../腕部装配体修.SLDASM
../../腕部装配体修2.SLDASM
../../腕部连结.SLDASM
../../臂部装配体2.SLDASM
../../臂部装配体2附.SLDASM
../../螺柱.SLDPRT
../../螺栓.SLDPRT
../../螺母.SLDPRT
../../螺钉.SLDPRT
../../轴承2.SLDPRT
../../销轴.SLDPRT
../../销轴1.SLDPRT
../../键.SLDPRT
../../零件11.SLDPRT
../手腕部装配体.dwg--点击预览
../手腕部装配体.png--点击预览
../手臂部装配体.dwg--点击预览
../手臂部装配体.png--点击预览
../摘要和目录.png--点击预览
../新建 文本文档.txt
../机械手SW模型.png--点击预览
../机械手外观图.dwg--点击预览
../机械手外观图.png--点击预览
../机械手文献.doc--点击预览
../机械手机身装配图.dwg--点击预览
../机械手机身装配图.png--点击预览
../机械手爪装配图.dwg--点击预览
../机械手爪装配图.png--点击预览
../活塞.dwg--点击预览
../活塞1.dwg--点击预览
../活塞2.dwg--点击预览
../液压上料机械手毕业设计开题报告.doc--点击预览
../液压系统图.dwg--点击预览
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资源描述:
近 20 年来,液压技术的应用领域迅速拓宽,尤其是在各种自 动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与液压技 术相结合,使整个系统自动化程度更高,控制方式更灵活, 性能更加可靠;液压机械手、柔性自动生产线的迅速发展,对 液压技术提出了更多更高的要求;微电子技术的引入,促进 了电-液压比例伺服技术的发展;现代控制理论的发展,使液 压技术从开关控制进入闭环比例伺服控制,控制精度不断提 高;由于液压脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和 成本低廉等特点,国内外都在大力开发研究。随着微电子技 术、PLC 技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发 展与应用,液压技术已成为实现现代传动与控制的关键技术 之一。从液压技术及液压机械手的发展过程、液压机械手的 应用现状和发展前景及方向 3 个方面阐述了液压机械手。在 液压技术及液压机械手部分介绍了液压机械手的产生、发展 过程和几种不同的、典型的液压机械手及它们所用到的核心 技术。从它们中间可以看出液压机械手的应用领域和发展方 向。 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程 序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人 的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下 操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电 子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件 (或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料 和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型 等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运 动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动 机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自 由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有 6 个自 由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多,机 械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专 用机械手有 2~3 个自由度。 机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、液压式、电动式、 机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手 两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制 机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床 或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等, 一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵, 如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为 机械手。 1 毕业设计(论文)开题报告 课题名称: 液压机械手设计液压机械手设计 专 业: 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 2 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 1.课题研究的意义 对实现工业生产自动化,推动工业生产的进一步发展起着重要作用。 因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明,工业机械 手可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,改善劳动条件, 提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和 长期频繁、单调的操作,采用机械手是有效的。此外,它能在高温、低温、 深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作,更显示其优 越性,有着广阔的发展前途。 2.课题简介和设计要求 1、 、简简介介 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的 必然产物,它是一种模仿人体上肢的部分功能,按照预定要求输送工件或 握持工具进行操作的自动化技术设备,对实现工业生产自动化,推动工业 生产的进一步发展起着重要作用 2、本、本设计设计的具体要求的具体要求 本课题通过应用 AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原 理设计,运用 Solidworks 技术对上料机械手进行三维实体造型,并进行了 运动仿真,使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动 上料运动;在安装工件时,将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手 的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 3 3.课题研究拟采用的手段和工作路线 课程课程设计方法设计方法:: 1)独立思考,继承和创新 设计时,要深入设计现场,深入了解现有物料现状,认真阅读参考 现有的相关技术资料,继承或借鉴前人的设计经验和成果,但不能 盲目地全盘抄袭,应根据具体的设计条件和要求,独立思考,大胆 地进行改进和创新。只有这样,才能做出高质量的设计成果。 2) 全面考虑现有机械手零部件地强度、刚度、工艺性、经济性和维 护性等方面要求任何零部件的机构和尺寸,除去考虑它的强度刚 度外,还应该综合考虑零件本身及整个部件的工艺性要求、经济 性要求、使用要求等才能确定。 3) 使用标准和规范 设计时应尽量使用标准和规范,这有利于零件的互换性和工艺性, 同时也可减少设计工作量、节省设计时间,对于国家标准或部门规 范,一般都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少,是 评价设计质量的一项重要指标。因此,在毕业设计中,凡是有国家 标准和企业标准规范要求的,应该尽量采用。 工作路线工作路线:: 1) 设计准备 了解设计任务书,明确设计要求、工作条件、设计内容的步骤;通 过查阅有关设计资料,参观实物征询操作人员的建议等,了解设计 对象的性能、结构及工艺性;准备好设计需要资料、绘图工具;拟 定设计计划等。 2)机械手草图设计 绘制机械手各部件装配草图;进行机械手总体结构设 计和部件设计。 3)编写设计说明书 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。 4 4.课题研究计划进程 一、二周:接受毕业设计课题,根据课题内容了解课题研究的现状,并 进行实地考察,完成开题报告; 三、四周:进行有关的计算。包括:起升架起升装置的设计计算、机架 的设计计算、传动装置的计算、电动机的选择。 五---八周:有关图纸的绘制。 九 周:对课程设计进行检查、纠正、整理、综合;最后打印,交指 导老师复查。 5.课题成果。 设计说明书(√) 图纸(√) 产品或作品( ) 应用程序( ) 其它: 指导教师意见: 指导教师(签名): 年 月 日 教研室主任意见: 教研室主任(签名): 年 月 日 目录 摘要.1 第一章 机械手设计任务书.1 1.1 毕业设计目的 .1 1.2 本课题的内容和要求 .2 第二章 抓取机构设计.4 2.1 手部设计计算 .4 2.2 腕部设计计算 .7 2.3 臂伸缩机构设计 .8 第三章 液压系统原理设计及草图.11 3.1 手部抓取缸 .11 3.2 腕部摆动液压回路 .12 3.3 小臂伸缩缸液压回路 .13 3.4 总体系统图 .14 第四章 机身机座的结构设计.15 4.1 电机的选择 .16 4.2 减速器的选择 .17 4.3 螺柱的设计与校核 .17 第五章 机械手的定位与平稳性.19 5.1 常用的定位方式 .19 5.2 影响平稳性和定位精度的因素 .19 5.3 机械手运动的缓冲装置 .20 第六章 机械手的控制.21 第七章 机械手的组成与分类.22 7.1 机械手组成 .22 7.2 机械手分类 .24 第八章 机械手 Solidworks 三维造型.25 8.1 上手爪造型 .26 8.2 螺栓的绘制 .30 毕业设计感想.35 参考资料.36 送料机械手送料机械手设计设计及及 Solidworks 运运动动仿真仿真 摘要摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产 的必然产物,它是一种模仿人体上肢的部分功能,按照预定要求输送工件或 握持工具进行操作的自动化技术设备,对实现工业生产自动化,推动工业生 产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视 和欢迎。实践证明,工业机械手可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的 劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常 出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作,采用机械手是有效的。此 外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下 进行操作,更显示其优越性,有着广阔的发展前途。 本课题通过应用 AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设 计,运用 Solidworks 技术对上料机械手进行三维实体造型,并进行了运动仿 真,使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动; 在安装工件时,将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是 按着满足生产率的要求来设定。 关关键键字字 机械手,AutoCAD,Solidworks 。 第一章第一章 机械手机械手设计设计任任务书务书 1.1 毕业设计毕业设计目的目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环 节,是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范 围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工 作和未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的: 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力, 拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想,设计构思和创新思维,掌握工程设计 的一般程序规范和方法。 三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图 册工具书进行设计计算,数据处理,编写技术文件等方面的工作能力。 四、培养学生进行调查研究,面向实际,面向生产,向工人和技术人员学 习的基本工作态度,工作作风和工作方法。 1.2 本本课题课题的内容和要求的内容和要求 (一、 )原始数据及资料 (1、 )原始数据: a、生产纲领:100000 件(两班制生产) b、自由度(四个自由度) 臂转动 180º 臂上下运动 500mm 臂伸长(收缩)500mm 手部转动 ±180º (2、 )设计要求: a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图(一套) b、液压原理图(一张) c、机械手三维造型 d、动作模拟仿真 e、设计计算说明书(一份) (3、 )技术要求 主要参数的确定: a、坐标形式:直角坐标系 b、臂的运动行程:伸缩运动 500mm,回转运动 180º。 c、运动速度:使生产率满足生产纲领的要求即可。 d、控制方式:起止设定位置。 e、定位精度:±0.5mm。 f、手指握力:392N g、驱动方式:液压驱动。 目录 摘要.1 第一章 机械手设计任务书.1 1.1 毕业设计目的 .1 1.2 本课题的内容和要求 .2 第二章 抓取机构设计.4 2.1 手部设计计算 .4 2.2 腕部设计计算 .7 2.3 臂伸缩机构设计 .8 第三章 液压系统原理设计及草图.11 3.1 手部抓取缸 .11 3.2 腕部摆动液压回路 .12 3.3 小臂伸缩缸液压回路 .13 3.4 总体系统图 .14 第四章 机身机座的结构设计.15 4.1 电机的选择 .16 4.2 减速器的选择 .17 4.3 螺柱的设计与校核 .17 第五章 机械手的定位与平稳性.19 5.1 常用的定位方式 .19 5.2 影响平稳性和定位精度的因素 .19 5.3 机械手运动的缓冲装置 .20 第六章 机械手的控制.21 第七章 机械手的组成与分类.22 7.1 机械手组成 .22 7.2 机械手分类 .24 第八章 机械手 Solidworks 三维造型.25 8.1 上手爪造型 26 8.2 螺栓的绘制 .30 毕业设计感想.35 参考资料.36 1 送料机械手设计及送料机械手设计及 SolidworksSolidworks 运动仿真运动仿真 摘要摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物, 它是一种模仿人体上肢的部分功能,按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动 化技术设备,对实现工业生产自动化,推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而 具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明,工业机械手可以代替人手的 繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率和自动化水平。 工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作,采用机械手是有效的。 此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作, 更显示其优越性,有着广阔的发展前途。 本课题通过应用 AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计,运用 Solidworks 技术对上料机械手进行三维实体造型,并进行了运动仿真,使其能将基本的 运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动;在安装工件时,将工件送入卡 盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 关键字关键字 机械手,AutoCAD,Solidworks 。 2 第一章第一章 机械手设计任务书机械手设计任务书 1.1 毕业设计目的毕业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节,是使 学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问 题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有 一定意义。 其主要目的: 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力,拓宽和 深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想,设计构思和创新思维,掌握工程设计的一般程 序规范和方法。 三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书 进行设计计算,数据处理,编写技术文件等方面的工作能力。 四、培养学生进行调查研究,面向实际,面向生产,向工人和技术人员学习的基本 工作态度,工作作风和工作方法。 1.2 本课题的内容和要求本课题的内容和要求 (一、 )原始数据及资料 (1、 )原始数据: a、生产纲领:100000 件(两班制生产) b、自由度(四个自由度) 臂转动 180º 臂上下运动 500mm 臂伸长(收缩)500mm 手部转动 ±180º (2、 )设计要求: a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图(一套) b、液压原理图(一张) c、机械手三维造型 d、动作模拟仿真 3 e、设计计算说明书(一份) (3、 )技术要求 主要参数的确定: a、坐标形式:直角坐标系 b、臂的运动行程:伸缩运动 500mm,回转运动 180º。 c、运动速度:使生产率满足生产纲领的要求即可。 d、控制方式:起止设定位置。 e、定位精度:±0.5mm。 f、手指握力:392N g、驱动方式:液压驱动。 (二、 )料槽形式及分析动作要求 ( 1、 )料槽形式 由于工件的形状属于小型回转体,此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图 1.1 所示,该装置结构简单,不需要其它动力源和特殊装置,所以本课题采用此种输料槽。 图 1.1 机械手安装简易图 (2、 )动作要求分析如图 1.2 所示 动作一:送 料 动作二:预夹紧 动作三:手臂上升 动作四:手臂旋转 动作五:小臂伸长 动作六:手腕旋转 4 预夹紧 手臂上升 手臂旋转 小臂伸长 手腕旋转 手臂转回 图 1.2 要求分析 第二章第二章 抓取机构设计抓取机构设计 2.1 手部设计计算手部设计计算 一、对手部设计的要求 1、有适当的夹紧力 手部在工作时,应具有适当的夹紧力,以保证夹持稳定可靠,变形小,且不损坏工 件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节,对于笨重的工 件应考虑采用自锁安全装置。 2、有足够的开闭范围 夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时,一个手指开闭位置以最大变化量 称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围,可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手 指开闭范围的要求与许多因素有关,如工件的形状和尺寸,手指的形状和尺寸,一般来 说,如工作环境许可,开闭范围大一些较好,如图 2.1 所示。 5 图 2.1 机械手开闭示例简图 3、力求结构简单,重量轻,体积小 手部处于腕部的最前端,工作时运动状态多变,其结构,重量和体积直接影响整个 机械手的结构,抓重,定位精度,运动速度等性能。因此,在设计手部时,必须力求结 构简单,重量轻,体积小。 4、手指应有一定的强度和刚度 5、其它要求 因此送料,夹紧机械手,根据工件的形状,采用最常用的外卡式两指钳爪,夹紧方 式用常闭史弹簧夹紧,松开时,用单作用式液压缸。此种结构较为简单,制造方便。 二、拉紧装置原理 如图 2.2 所示【4】:油缸右腔停止进油时,弹簧力夹紧工件,油缸右腔进油时松开工 件。 6 图 2.2 油缸示意图 1、右腔推力为 FP=(π/4)D²P (2.1) =(π/4) 0.5² 25 10³ =4908.7N 2、根据钳爪夹持的方位,查出当量夹紧力计算公式为: F1=(2b/a) (cosα′)²N′ (2.2) 其中 N′=4 98N=392N,带入公式 2.2 得: F1=(2b/a) (cosα′)²N′ =(2 150/50) (cos30º)² 392 =1764N 则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/η (2.3) =1764 1.5 1.1/0.85=3424N 经圆整 F1=3500N 3、计算手部活塞杆行程长 L,即 L=(D/2)tgψ (2.4) =25×tg30º =23.1mm 经圆整取 l=25mm 4、确定“V”型钳爪的 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”型钳口的夹角 2α=120º,则偏转角 β 按最佳偏转角来确定, 查表得: β=22º39′ 5、机械运动范围(速度) 【1】 7 (1)伸缩运动 Vmax=500mm/s Vmin=50mm/s (2)上升运动 Vmax=500mm/s Vmin=40mm/s (3)下降 Vmax=800mm/s Vmin=80mm/s (4)回转 Wmax=90º/s Wmin=30º/s 所以取手部驱动活塞速度 V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv (2.7) =60πr² =60×3.14×25² =1177.5mm³/s 7、手部工作压强 P= F1/S (2.8) =3500/1962.5=1.78Mpa 2.2 腕部设计计算腕部设计计算 腕部是联结手部和臂部的部件,腕部运动主要用来改变被夹物体的方位,它动作灵 活,转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度,可采用具有一个活动度的回转缸 驱动的腕部结构。 要求:回转±90º 角速度 W=45º/s 以最大负荷计算: 当工件处于水平位置时,摆动缸的工件扭矩最大,采用估算法,工件重 10kg,长度 l=650mm。如图 2.3 所示。 1、计算扭矩 M1〖4〗 设重力集中于离手指中心 200mm 处,即扭矩 M1 为: M1=F×S (2.9) =10×9.8×0.2=19.6(N·M) 工件 8 F S F 图 2.3 腕部受力简图 2、油缸(伸缩)及其配件的估算扭矩 M2〖4〗 F=5kg S=10cm 带入公式 2.9 得 M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9(N·M) 3、摆动缸的摩擦力矩 M 摩〖4〗 F 摩=300(N) (估算值) S=20mm (估算值) M 摩=F 摩×S=6(N·M) 4、摆动缸的总摩擦力矩 M〖4〗 M=M1+M2+M 摩 (2.10) =30.5(N·M) 5.由公式 T=P×b(ΦA1²-Φmm²)×106/8 (2.11) 其中: b—叶片密度,这里取 b=3cm; ΦA1—摆动缸内径, 这里取 ΦA1=10cm; Φmm—转轴直径, 这里取 Φmm=3cm。 所以代入(2.11)公式 P=8T/b(ΦA1²-Φmm²)×106 =8×30.5/0.03×(0.1²-0.03²)×106 =0.89Mpa 又因为 W=8Q/(ΦA1²-Φmm²)b 所以 Q=W(ΦA1²-Φmm²)b/8 9 =(π/4) (0.1²-0.03²)×0.03/8 =0.27×10-4m³/s =27ml/s 2.3 臂伸缩机构设计臂伸缩机构设计 手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部,并带动它们在空间运 动。 臂部运动的目的,一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上,从臂部的受力情 况看,它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷,而且自身运动又较多, 故受力较复杂。 机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和 定位方式就显得尤其重要了。 手臂的伸缩速度为 200m/s 行程 L=500mm 1、手臂右腔流量,公式(2.7)得:【4】 Q=sv =200×π×40² =1004800mm³/s =0.1/10²m³/s =1000ml/s 2、手臂右腔工作压力,公式(2.8) 得:〖4〗 P=F/S (2.12) 式中:F——取工件重和手臂活动部件总重,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 =0.26Mpa 3、绘制机构工作参数表如图 2.4 所示: 10 图 2.4 机构工作参数表 4、由初步计算选液压泵〖4〗 所需液压最高压力 P=1.78Mpa 所需液压最大流量 Q=1000ml/s 选取 CB-D 型液压泵(齿轮泵) 此泵工作压力为 10Mpa,转速为 1800r/min,工作流量 Q 在 32—70ml/r 之间,可以 满足需要。 5、验算腕部摆动缸: T=PD(ΦA1²-Φmm²)ηm×106/8 (2.13) W=8θηv/(ΦA1²-Φmm²)b (2.14) 式中:Ηm—机械效率取: 0.85~0.9 Ηv—容积效率取: 0.7~0.95 所以代入公式(2.13)得: T=0.89×0.03×(0.1²-0.03²)×0.85×106/8 =25.8(N·M) TM=30.5(N·M) 代入公式(2.14)得: W=(8×27×10-6)×0.85/(0.1²-0.03²)×0.03 =0.673rad/s Wπ/4≈0.785rad/s 因此,取腕部回转油缸工作压力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 11 圆整其他缸的数值: 手部抓取缸工作压力 PⅠ=2Mpa 流量 QⅠ=120ml/s 小臂伸缩缸工作压力 PⅠ=0.25Mpa 流量 QⅠ=1000ml/s 第三章第三章 液压系统原理设计及草图液压系统原理设计及草图 3.1 手部抓取缸手部抓取缸 12 图 3.1 手部抓取缸液压原理图〖7〗 1、手部抓取缸液压原理图如图 3.1 所示 2、泵的供油压力 P 取 10Mpa,流量 Q 取系统所需最大流量即 Q=1300ml/s。 因此,需装图 3.1 中所示的调速阀,流量定为 7.2L/min,工作压力 P=2Mpa。 采用: YF-B10B 溢流阀 2FRM5-20/102 调速阀 23E1-10B 二位三通阀 13 3.2 腕部摆动液压回路腕部摆动液压回路 4 图 3.2 腕部摆动液压回路〖7〗 1、腕部摆动缸液压原理图如图 3.2 所示 2、工作压力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 采用: 2FRM5-20/102 调速阀 34E1-10B 换向阀 YF-B10B 溢流阀 14 3.3 小臂伸缩缸液压回路小臂伸缩缸液压回路 臂部伸缩缸 5 2 图 3.3 小臂伸缩缸液压回路〖7〗 1、小臂伸缩缸液压原理图如图 3.3 所示 2、工作压力 P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s 采用: YF-B10B 溢流阀 2FRM5-20/102 调速阀 23E1-10B 二位三通阀 15 3.4 总体系统图总体系统图 图 3.4 总体系统图〖7〗 1、总体系统图如图 3.4 所示 2、工作过程 小臂伸长→手部抓紧→腕部回转→小臂回转→小臂收缩→手部放松 3、电磁铁动作顺序表 元件 动作 1DT 2DT3DT4DT5DT 小臂伸长- ++-- 手部抓紧- +--- 腕部回转- +-+- 小臂收缩- ---- 手部放松- -+-- 卸荷+ ±±±± 图 3.5 总体系统图 16 4、确电机规格: 液压泵选取 CB-D 型液压泵,额定压力 P=10Mpa,工作流量在 32~70ml/r 之间。选 取 80L/min 为额定流量的泵, 因此:传动功率 N=P×Q/η (3.1) 式中:η=0.8 (经验值) 所以代入公式(3.1)得: N=10×80×103×106/60×0.8 =16.7KN 选取电动机 JQZ-61-2 型电动机,额定功率 17KW, 转速为 2940r/min。 第四章第四章 机身机座的结构设计机身机座的结构设计 机身的直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱 动装置或传动件都安装在机身上,或者就直接构成机身的躯干与底座相连。因此,臂部 的运动愈多,机身的结构和受力情况就愈复杂,机身既可以是固定式的,也可以是行走 式的,如图 4.1 所示。 图 4.1 机身机座结构图 臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。本课题机械手的机身设计 17 成机座式,这样机械手可以是独立的,自成系统的完整装置,便于随意安放和搬动,也 可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间,多见于回转型机械手。臂部可沿机座立柱 作升降运动,获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致 了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转, 从而达到了自由度的要求。 4.1 电机的选择电机的选择 机身部使用了两个电机,其一是带动臂部的升降运动;其二是带动机身的回转运动。 带动臂部升降运动的电机安装在肋板上,带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。 1、带动臂部升降的电机:〖10〗 初选上升速度 V=100mm/s P=6KW 所以 n=(100/6)×60=1000 转/分 选择 Y90S-4 型电机,属于笼型异步电动机。采用 B 级绝缘,外壳防护等级为 IP44, 冷却方式为 I(014)即全封闭自扇冷却,额定电压为 380V,额定功率为 50HZ。 如图 4.1 Y90S-4 电动机技术数据所示: 满载时堵转电 流 堵转转 矩 最大转 矩 型号额定功 率 KW电流 A转速 r/min 效率%功率因 素 额定电 流 额定转 矩 额定转 矩 Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2 图 4.1 Y90S-4 电动机技术数据 2、带动机身回转的电机:〖10〗 初选转速 W=60º/s n=1/6 转/秒 =10 转/分 由于齿轮 i=3 减速器 i=30 所以 n=10×3×30=900 转/分 18 选择 Y90L-6 型笼型异步电动机 电动机采用 B 级绝缘。外壳防护等级为 IP44,冷却方式为 I(014)即全封闭自扇冷 却,额定电压为 380V,额定功率为 50HZ。 如图 4.2 Y90S-6 电动机技术数据所示: 图 4.2 Y90L-6电动机技术 4.2 减速器的选择减速器的选择 减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增 转矩,以满足工作需要。〖6〗 初选 WD80 型圆柱蜗杆减速器。 WD 为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。 蜗杆的材料为 38siMnMo 调质 蜗轮的材料为 ZQA19-4 中心矩 a=80 Ms×q=4.0×11 (4.1) 传动比 I=30 传动惯量 0.265×10ˉ³kg·m² 4.3 螺柱的设计与校核螺柱的设计与校核 螺杆是机械手的主支承件,并传动使手臂上下运动。 螺杆的材料选择:〖6〗 从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。 螺距 P=6mm 梯形螺纹 螺纹的工作高度 h=0.5P (4.2) 19 =3mm 螺纹牙底宽度 b=0.65P=0.65×6=3.9mm (4.3) 螺杆强度 [σ]= σs/3~5 (4.4) =150/3~5 =30~50Mpa 螺纹牙剪切[τ]=40 弯曲[σb]=45~55 1、当量应力〖6〗 (4.5)                      2 3 1 2 2 1 2 . 0 3 4 d T d F 式中 T——传递转矩 N·mm [σ]——螺杆材料的许用应力 所以代入公式(4.5)得: σ= (4×200×9.8/πd1²)²+3(200×9.8×0.6/0.2d1³)² = (2495/ d1²)²+3(61.2/ d1³)²≤30~50×106 =(2495/ d1²)²+3(61.2/ d1³)²≤900~2500×1012 =6225025/d14+11236/d16≤900~2500×1012 6225025d12+11236≤900d16×1012 6225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012 即 16471pa<535340pa 合格 2、剪切强度〖6〗 Z=H/P=160/6 (旋合圈数) (4.6) τ=F/πd1bz (4.7) =200×9.8/π×0.029×3.9×(160/6)×10-3 =206.8×103pa =0.206Mpa<[τ]=40Mpa 3、弯曲强度〖6〗 σb=3Fh/πd1b2z =3×200×9.8×3/π×2.9×3.92×(160/6) 20 =0.48Mpa<[σ]=45Mpa 合格 第五章第五章 机械手的定位与平稳性机械手的定位与平稳性 5.1 常用的定位方式常用的定位方式 机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当机械手经减速运行到终点时,紧靠挡 块而定位。 若定位前已减速,定位时驱动压力未撤除,在这种情况下,机械挡块定位能达到较 高的重复精度。一般可高于 ±0.5mm,若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力,这时机械手可能被挡块碰回一个微小 距离,因而定位精度变低。 5.2 影响平稳性和定位精度的因素影响平稳性和定位精度的因素 机械手能否准确地工作,实际上是一个三维空间的定位问题,是若干线量和角量定 位的组合。在许多较简单情况下,单个量值可能是主要的。影响单个线量或角量定位误 差的因素如下: (1、 )定位方式 不同的定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时,定位精度与挡块的刚度和碰 接挡块时的速度等因素有关。 (2、 )定位速度 定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不同时,必须耗散的运动部件的 能量不同。通常,为减小定位误差应合理控制定位速度,如提高缓冲装置的缓冲性能和 缓冲效率,控制驱动系统使运动部件适时减速。 (3、 )精度 机械手的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。 (4、 )刚度 机械手本身的结构刚度和接触刚度低时,因易产生振动,定位精度一般较低。 (5、 )运动件的重量 运动件的重量包括机械手本身的重量和被抓物的重量。 21 运动件重量的变化对定位精度影响较大。通常,运动件重量增加时,定位精度降低。 因此,设计时不仅要减小运动部件本身的重量,而且要考虑工作时抓重变化的影响。 (6、 )驱动源 液压、气压的压力波动及电压、油温、气温的波动都会影响机械手的重复定位精度。 因此,采用必要的稳压及调节油温措施。如用蓄能器稳定油压,用加热器或冷却器控制 油温,低速时,用温度、压力补偿流量控制阀控制。 (7、 )控制系统 开关控制、电液比例控制和伺服控制的位置控制精度是个不相同的。这不仅是因为 各种控制元件的精度和灵敏度不同,而且也与位置反馈装置的有无有关。 本课题所采用的定位精度为机械挡块定位 5.3 机械手运动的缓冲装置机械手运动的缓冲装置 缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装置和缓冲回 路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简单,紧凑。但 有时安置位置有限;外缓冲的优点是安置位置灵活,简便,缓冲性能好调等,但结构较 庞大。 本课题所采用的缓冲装置为油缸端部缓冲装置。 当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。利用节 流的原理使缓冲室产生临时背压阻力,以使运动减速直至停止,而避免硬性冲击的装置, 称为油缸端部缓冲装置。 在缓冲行程中,节流口恒定的,称为恒节流式油缸端部缓冲装置。 设计油缸端部恒节流缓冲装置时,amax(最大加速度) 、Pmax(缓冲腔最大冲击压力) 和 Vr(残余速度)三个参数是受工作条件限制的。通常采用的办法是先选定其中一个参 数,然后校验其余两个参数。步骤如下: ① 选择最大加速度 通常,amax值按机械手类型和结构特点选取,同时要考虑速度与载荷大小。对于重载 低速机械手,- amax取 5m/s2以下,对于轻载高速机械手,-amax取 5~10 m/s2 ② 计算沿运动方向作用在活塞上的外力 F 水平运动时: F=PSA-Ff (5.1) =0.25×103×π×3.62-7 22 =138N ③ 计算残余速度 Vr Vr=VO/ 1-amaxm/F (5.2) =0.1/0.64=0.15m/s 第六章第六章 机械手的控制机械手的控制 控制系统是机械手的重要组成部分。在某种意义上讲,控制系统起着与人脑相似的 作用。机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调动作都是通过控制系统 来实现的。主要控制内容有动作的顺序,动作的位置与路径、动作的时间。 机械手要用来代替人完成某些操作,通常需要具有图 6.1 所示的机能〖3〗。 实现上述各种机能的控制方式有多种多样。机械手的程序控制方式可分为两大类, 即固定程序控制方式和可变程序控制方式。 本课题所用的是固定程序控制类别的机械式控制。 常用凸轮和杠杆机构来控制机械手的动作顺序、时间和速度。一般常与驱动机构并 用,因此结构简单,维修方便,寿命较长,工作比较可靠。适用于控制程序步数少的专 用机械手。 操作机能检测、识别机能 控制机能 示教机能 动作控制机能 动作顺序控制机能 运动控制机能 23 图 6.1 机械手的控制机能 第七章第七章 机械手的组成与分类机械手的组成与分类 7.1 机械手组成机械手组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统组成。〖9〗 (1、 )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如 7.1 所 示。 24 图 7.1 机构简图 ① 手部:是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同,可分为夹持式和吸 附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料,所以采用夹持式。由手指和传力机构所 构成,手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。 ② 手腕:是联接手部和手臂的部件,起调整或改变工件方位的作用。 ③ 手臂:支承手腕和手部的部件,用以改变工件的空间位置。 ④ 立柱:是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械 手的立柱通常为固定不动的。 ⑤ 机座:是机械手的基础部分。机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上, 故起支承和联接的作用。 (2、 )驱动系统:机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。常用的有液压传动、 气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。 (3、 )控制系统:控制系统是机械手的
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