自动上下料机械手毕业设计

第６期　

２０１７年６月　自【合机眯‘－ｉ　ｆＩ动化ＪｎＪ　技术　

Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ＮＯ．６　

Ｊｕｎ．２０１７　

文章编号：ｌ００ｌ一２２６５（２０ｌ　７）０６—０ｌ５０—０４　１）ｔ】ｌ：１０．１３４６２／ｊ．（－ｌｉｋｉ．１ｎｌｌＩｔｔｔｌｎｔ．２０１７．０６．０３８　

数控加工自动上下料机械手爪设计与仿真　

刘飞飞“，孟得姣’　，高堂盼“　

（江西理工大学　电气工程学院；Ｉ１．机电工程学院，江西赣州Ｉ　３４１０００）　

摘要：针对当前数控车床加工陶瓷过程中无法实现自动上料、下料的问题，设计了一种能满足陶瓷加　工上下料要求的机械式手爪部件　首先，对陶瓷的加工工艺进行了分析，并结合其工艺要求对机械　

式手爪进行了结构设计；然后，利用ＡＮＳＹＳ　Ｗ　ｗｋｂｅｎｃｈ以及ＡＤＡＭＳ对该机械式手爪进行了静力学　

和运动学仿真分析研究了机械式手爪的抓力对陶瓷毛坯加工过程的影响，仿真结果表明：机械式　手爪能很好地完成陶瓷毛坯自动抓取动作，验证了机械式手爪结构设计的合理性与准确性，对实际　

生产具有较大的指导意义　关键词：陶瓷加工：机械式手瓜；运动学仿真　

中图分类号：　ＦＩｌ１２２；Ｔ（：６５　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒｉｐｐｅｒ　ｆｏｒ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｌｏａｄｉｎｇ　ａｎｄ　Ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　ｏｎ　ＣＮＣ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ＩＪｌＬ　ｌ　’Ｐ　—ｆ　ｉ”．ＭＥＮ（　１）ｅ—ｊｉａｏ“．ＧＡ（）Ｔａｎｇ．ｐａｎ　

（Ｉ】．　ｔ・ｌ　ｌｌ　ｏｔ　Ｅｈ　Ｉ・…ｔ・ａｌ　ｌ　；ｎｇｉｍ　ｌｌｌｇ　ｔｔｌｌｄ　Ａｕｔｏｎｍｔｉｏｎ：ｈ．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｔ’Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａＩ｜ｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｊｉａｎｇｘｉ　１ｉ、¨‘ｓｉｈ　１）ｆ’Ｓｔ・　ＩＩｔ！ｌ￣川ｌｔＩ　‘・Ｉｍｏｌｏｇｙ，（；ａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｘｉ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｌｈｅ　ｐｌ’ｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　ｏｎ　ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｃｅｒａｍ—　

２０１７年１１月　第４５卷第２１期　机床与液压　ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　ＮＯＶ．２０１７　Ｖ０ｌ＿４５　Ｎｏ．２１　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１７．２１．００６　ＰＣＢ上下料机械手设计与仿真　杨韬　，蔡长韬　，周延　，马飞达。　（１．西华大学机械工程学院，四川成都６１００３９；　２．成都金大力科技有限责任公司，四川成都６１００４１）　摘要：针对ＰＣＢ数控钻床上下料时对人力过度依赖所带来的问题，提出采用自动上下料机械手替代人工上下料。根据　上下料机械手功能需求对自动上下料机械手进行了总体设计，分析了机械手安装布局，并使用ＳｏｌｉｄＷｏ￣ｓ建立了机械手的　模型。运用Ｄ．Ｈ参数法建立机械手的运动学方程，求解出机械手末端在全局坐标系下的位置及姿态。再通过ＡＤＡＭＳ对机　械手进行运动仿真，得到并分析了机械手的末端的轨迹信息、位移信息、速度及加速度信息，验证了设计的正确性和合理　性，为机械手实际动作优化和运动控制提供了依据。　关键词：机械手；运动学分析；ＡＤＡＭＳ；仿真　中图分类号：ＴＨ１６；ＴＰ２４１．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１－３８８１（２０１７）２１－０２６－５　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＣＢ　Ｆｅｅｄｉｎｇ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ＹＡＮＧ　Ｔａｏ　。ＣＡＩ　Ｃｈａｎｇｔａｏ　。ＺＨＯＵ　Ｙａｎ　。ＭＡ　Ｆｅｉｄａ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６１００３９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｊｉｎｄａｌｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６１００４１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｏａｒｄ（ＰＣＢ）　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｎｕｍｂｅｒｃｉａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ（ｃＮｃ）ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ，ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｍａｎ—　ｕａｌ　ｌａｂｏｒ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅ　Ｏｖｅｒａｌｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｍａｎｉｐｕｌａ—　ｔｏｒ　Ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｄ—Ｈ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｔｈｅ　ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ．ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｓｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｂｏｔ＇ｓ　ｔａｉｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｌｏｂａｌ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｓｏｌｖｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ＡＤＡＭＳ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｍｏ—　ｔｉｏｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａ—　ｔｏｒ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｒｅ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ，ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｍｏｔｉｏｎ　ｏｐ－　ｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ＡＤＡＭＳ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　０前言　ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏ￣ｄ），中文名称为印制电　路板，是各种电子元件的载体，它被广泛地运用于各　种电子设备中，是电子设备不可缺少的部件。近年　来，ＰＣＢ的市场规模持续扩大。龚永林　提及根据　数个机构对ＰＣＢ市场的调查及分析，预测２０１３年到　２０１８年世界ＰＣＢ产值将从６２３亿美元达到７４３．１亿，　年均增长３．６％。在国内，２０１０年到２０１４年ＰＣＢ电　路板产量依次为１．５９、１．７５、１．９１、２．１０、２．３５亿　平方米。目前，ＰＣＢ上下料过程对人力过度依赖，　但人工操作效率低、可重复性差，导致企业面临用人　成本不断提高和市场竞争激烈的双重压力。迫使企业　不得不提高技术实力，采用自动化、智能化程度更高　的生产制造设备。近年来，全世界对机器人技术的研　究越来越重视，机器人技术已经成为对各个行业具有　重要支撑作用的高技术之一。而工业机器人也被广泛　运用于喷漆、热处理、码垛检测等作业上，工业机器　人已成为制造设备的重要组成部分　。运用机器人　技术设计自动上下料机械手以替代部分人工劳作即可　达到避免过度依赖人力提高生产效率的目的。　本文作者对ＰＣＢ上下料机械手的构造及安装布　局进行了介绍，并通过三维建模软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立　了其模型，运用Ｄ－Ｈ方法对机械手进行了运动学分　析，并采用ＡＤＡＭＳ对它进行运动仿真，获取并分析　仿真结果，　验证了该设计的正确性及合理性。　１　机械手总体设计及安装布局分析　１．１机械手总体设计分析　由于机械手需要完成从工件存放台上抓取ＰＣＢ　板然后放置在ＰＣＢ数控钻床工作台上的动作。根据　机械手需实现功能及尽量节省安装空间的需求，采用　收稿日期：２０１６—０５－２７　基金项目：四川省科技支撑计划项目（１５ＺＣ２１７６）；西华大学研究生创兴基金项目（ｙｃｊｊ２０１５０８２）　作者简介：杨韬（１９９１一），男，硕士研究生，主要研究方向为ＣＡＤ／ＣＡＥ技术。Ｅ－ｍａｉｌ：１０２０５２９３６４＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。

自动上下料机械手开题报告

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的作用。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，他能在高温、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，悠着广阔的发展前途。

2. 课题简介和设计要求

1、简介

本课题是为普通车床配套而设计的自动上下料机械手。工业机械手是 工业生产的必然产物，他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、本设计的具体要求

本课题通过应用Auto CAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用PRO/E技术对自动上下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。他能实行自动上下料运动。机械手的运动速度是按着满足生存率的要求来设定的。

3. 课题研究拟采用的手段和工作路线

课程设计方法；

设计时，认真阅读参考现有的相关技术资料，继承或借鉴前任人的设计经验和成果，但不盲目抄袭，根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆的进行改进与创新，争取拿出一个高质量的设计成果。

全面考虑现有机械手零部件的强度、刚度、工艺性、经济性和维护性等方面要求任何零部件的结构和尺寸。

设计时应尽量使用标准和规范，这样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，毕业设计中，凡是有国家标准和企业标准规范要求的，应尽量采用。

1 绪论

1.1 选题背景

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强[1]。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

1.2 设计目的

本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。

本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发

展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。