自动上下料机械手.ppt

内容摘要：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，设计了机械手的夹持式手部结构;设计了机械手的手臂结构。

设计出了机械手的液动系统，绘制了机械手液压系统工作原理图。

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：机械手，液动，可编程序控制器(PLC)Abstract ：In this paper, hands on mechanical design of an overall program to determine the coordinates of the robot type and degree of freedom to determine the technical parameters of the manipulator. At the same time, the design of the mechanical hand gripping the hand-type structure; designed robot arm structure. Designed hydraulic manipulator system manipulator drawn schematic diagram of hydraulic system.The use of programmable logic controller to control the robot, select the appropriate PLC model, based on workflow manipulator developed a PLC control program, the mechanical hand to draw timing diagrams and ladder work and preparation that can be controller programmed control procedures.Key words: mechanical hand, hydraulic, programmable logic controller (PLC)第1章绪论工业机器人由操作机、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。

上下料机械手设计(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1 绪论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。

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。

同济大学中德学院硕士学位论文冲压生产线上下料机械手端拾器自动化设计姓名:王鹏申请学位级别:硕士专业:机械制造及其自动化指导教师:樊留群20080501摘要摘要在轿车车身零部件冲压生产线上,零部件的输送是通过一种安装在上下料机械手上的由杆件和吸盘组成的抓取机构即端拾器(Tooling来完成的。

目前, 端拾器的设计工作是由工程师直接在生产线上通过目测估计和手动调节来进行,其过程非常的繁琐,往往需要经验丰富的工程师在现场反复地进行调试装配,而端拾器的设计效率往往直接影响到新车型的投产。

此外,在端拾器搬运零部件的过程中,对零部件不合理的夹持,即不合理的端拾器吸盘布置会导致零部件的扰动与变形,引起其尺寸及形状上的变化, 进而影响到零部件的加工质量。

针对这两个问题,本课题以上海大众现有的CATIA V5R14软件系统为基础, 在建立Bilsing等公司提供的端拾器所用零部件的三维零件库的基础上,根据大众冲压生产线16线的具体情况以及该冲压线端拾器的特点,在三维环境中, 利用VB并结合其他相关软件,对CATIA V5进行二次开发,设计出适合该冲压线的端拾器自动化设计程序。

另外,利用软件Adams,在端拾器吸盘优化布置方面做一些初步的探索和研究,即对端拾器动力学特性进行分析并根据分析结果对其结构进行调整,以及提出实际建立端拾器吸盘工作状况校核测试台的设想, 包括测试台的组成和功能以及相应的测试步骤。

本文首先介绍了本课题研究的背景以及相关技术基础的情况,接着讲解了CATIA V5二次开发所涉及到的相关知识:CATIA V5二次开发的方式,开发的步骤以及开发中数据库应用等。

主体由三部分组成,即端拾器主结构的虚拟装配, 连接臂的自动化安装以及端拾器结构优化,详细地说明了系统实现的流程,步骤以及相关关键技术。

最后,对本课题进行了总结并讨论了下一步工作的方向和内容。

关键词:端拾器,CATIA V5,自动化设计,Adams,测试台AbstractABSTRACTIn the press Line parts of the Bodywork are transported by the SO-called Tooling, which is assembled on the Load/UIlload mechanical hands and consist of some poles and cups.Nowadays Engineers have to design the Tooling directly in the press Line by Eyeballingand manual Adjusting.Tllis whole Process is very complicated and experienced Engineer is needed on site to try to adjust and assemble the Tooling time after time.The Efficiency of Tooling Design can directly influence the Launch of new type of product.In addition,if in the Process of transport Tooling clamps the parts in a inappropriate Way,namely the Layout of cups is not optimized,the parts will be contorted and oscillatory,which will lead to the Change of the Shape and Size of the parts,SO that the Quality of the parts will also be influenced.Aimed at the first Problem,in the 3D Circumstance produced by Computer this Project developed a Program System for automatic Design of Tooling in computer. ThisSystem is based on CATIA V5R14System of SVW and 3D standard Parts Data Bank which Was founded by using the Material supplied by“Bilsing’’and other companies.Its key technology is using VB and other Software to develop CATIA. This Project also carries out some primary Exploration and Research in the Aspect of optimization of Cups’Layout.It is concerned、Ⅳith the Analysis of dynamic Characteristics of Tooling and the Adjustment of the Tooling’S Structure based on the Result of Analysis.As the Software“Adams”has some Limitation,the Result of Analysis is not SO accurate.So this Project plans to set up a real Test Table,and this Dissertation introduces not only the components and the Function of this Table but alSO the Test Process.Firstly this Dissertation introduce.s the Background and some related Technology of this Project.And then it explains the involved Knowledge of CATIA V5further Development,which includesMethod and Process of Development and Use of Data Bank.The main Body of the Dissertation iS consisted of three Parts:virtual AssemblyAbstractof main Structure,automatic Assembly of the connected Pole and Optimization of the Structure.It introduces the Flow,the Process and the related key Technology about how to establish such a System in detail.In the end this Dissertation also summarizes the whole aroject and points out the Orientation of the next Step.Key Words:Tooling,CATIA V5,Automatic Design,Adams,Test学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定, 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的FO,昂U本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。

数控机床上下料机械手设计专业：机械设计制造及其自动化班级：10专升本姓名：张超目录绪言1 数控机床上下料机械手设计介绍7 1.1 设计目的7 1.2 国内外研究现状和趋势71.3 设计原则82 设计方案的论证10 2.1 机械手的总体设计102.1.1 机械手总体结构的类102.1.2 设计具体采用方案12 2.2 机械手腰座结构的设计122.2.1 机械手腰座结构的设计要求132.2.2 设计具体采用方案13 2.3 机械手手臂结构的设计142.3.1 机械手手臂的设计要求162.3.2 设计具体采用方案16 2.4 工业机器人腕部的结构172.4.1 机器人手腕结构的设计要求182.4.2 设计具体采用方案18 2.5 机械手末端执行器（手爪）的结构设计192.5.1 机械手末端执行器的设计要求202.5.2 机器人夹持器的运动和驱动方式212.5.3 机器人夹持器的典型结构222.5.4 设计具体采用方案22 2.6 机械手的机械传动机构的设计232.6.1 工业机器人传动机构设计应注意的问题232.6.2 工业机器人常用的传动机构形式272.6.3 设计具体采用方案28 2.7 机械手驱动系统的设计282.7.1 机器人各类驱动系统的特点292.7.2 工业机器人驱动系统的选择原则292.7.3 机器人液压驱动系统312.7.4 机器人气动驱动系统332.7.5 机器人电动驱动系统362.7.6 设计具体采用方案36 2.8机器人手臂的平衡机构设计372.8.1 机器人平衡机构的形式372.8.2 设计具体采用的方案383 理论分析和设计计算38 3.1 液压传动系统设计计算383.1.1 确定液压系统基本方案393.1.2 拟定液压执行元件运动控制回路393.1.3 液压源系统的设计403.1.4 绘制液压系统图413.1.5 确定液压系统的主要参数463.1.6 计算和选择液压元件483.1.7 液压系统性能的验算48 3.2 电机选型有关参数计算483.2.1 有关参数的计算513.2.2 电机型号的选择524 机械手控制系统的设计52 4.1 机械手控制系统硬件设计4.1.1 机械手工艺过程与控制要求524.1.2 机械手的作业流程534.1.3 机械手操作面板布置544.1.4 控制器的选型554.1.5 控制系统原理分析564.1.6 PLC外部接线设计574.1.7 I/O地址分配58 4.2 机械手控制系统软件设计594.2.1机械手控制主程序流程图594.2.2机械手控制程序设计595 技术经济分析61结论致谢参考文献附录1附录2摘要通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科两年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。

第1章绪论1.1 工业机械手概况工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。

但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。

如：可靠性低于国外产品，机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。

影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件，硬件和机械结构。

目前工业机械手仍大量应用在制造业，其中汽车工业占第一位（占28.9%），电器制造业第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。

发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为23.4%～53%，年产每万辆汽车所拥有的机械手数为（包括整车和零部件）：日本88.0台，德国64.0台，法国32.2台，英国26.9台，美国33.8台，意大利48.0台。

世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。

在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。

随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。

机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。

上料机械手与卸料机械手相比，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。

例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业，最大抓取棒料直径达180mm，最大抓握重量可达30公斤，最大行走距离为1200mm。

自动上下料机械手的设计摘要随着机电一体化技术和计算机技术的应用，机械手的研究和开发水平获得了迅猛的发展并涉及到人类社会生产及生活的各个领域，特别是工业机械手在生产加工中的应用。

机械手是近代自动控制领域中出现的一种新型技术装备，它能模仿人体上肢某些动作，在生产中代替人搬运物体或操持工具进行动作，已成为现代机械制造系统中的一个重要组成部分。

本次设计主要设计自动上下料的机械手，该系统采用液压驱动，传动平稳，且易于控制，控制系统采用一般PLC所具有的位移寄存器和位移指令来编程。

关键词：机械手，液压驱动，控制系统目录1绪论 (1)2 工业机械手的设计方案 (2)2.1 工业机械手的组成 (2)2.2 上下料机械手的工作原理 (3)2.3 规格参数的选择 (3)2.4 设计路线与方案 (4)2.4.1 机械手的总体设计方案 (4)2.4.2 设计步骤 (4)2.4.3 研究方法和措施 (4)3 机械手各部分的计算与分析 (5)3.1 手部计算与分析 (5)3.1.1 滑槽杠杆式手部设计的基本要求 (5)3.1.2 手部的计算和分析 (5)3.2 腕部计算与分析 (12)3.2.1 腕部设计的基本要求 (12)3.2.2 腕部回转力矩的计算 (13)3.2.3 腕部摆动油缸设计 (16)3.2.4 选键并校核强度 (18)3.3 臂部计算与分析 (18)3.3.1 臂部设计的基本要求 (18)3.3.2 手臂的设计计算 (20)3.4 机身计算与分析 (28)4 液压系统设计 (29)4.1 液压系统总体设计 (29)4.2 液压元件的选择 (29)4.2.1 液压缸 (29)4.2.2 液压泵的选取要求及其具体选取 (31)4.2.3 选择液压控制阀的原则 (33)4.2.4 选择液压辅助元件的要求 (33)5 液压元件的保养与维修 (37)5.1 液压元件的安装 (37)5.2 液压系统的一般使用与维护 (37)5.3 一般技术安全事项 (37)6 结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)附录 (42)1绪论工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的。

绪论在现代工业自动化生产领域里，材料的搬运、机床的上下料、整机的装配等是十分重要的工作环节，而实现这些环节的自动化将大大提高生产效率，减少成本。

用自动化机械代替人的工作可以减少事故的发生。

工业机械手就是为了实现这些环节的自动化而设计的。

自动化上下料装置是散乱的中小型工件毛坯经过定向机构实现定向排列，然后顺次地由上、下料机构把它送到机床或工作位置去，并把工件取走。

如工件教大，形状复杂，很难实现自动定向，则往往通过人工定位后，再有上下料机构送到工作地点去。

在成批大量生产中，尤其要求在生产率很高，机动工时很短的情况下，单纯的上下料装置很难满足要求，机械手就是在上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置。

开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化。

随着应用范围不断扩大，现已用来操作工具和完成一定工作，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高生产效率。

目前我国研制使用的工业机械手大多数是属于专用机械手，仅有少量的通用机械手。

由于通用机械手改变工作程序比较方便，特别适用于多品种、小批量的生产。

通用机械手在工业生产中的应用只有二十来年的历史。

这些装置在国外得到相当重视，到七十年代，其品种和数量都有很大的发展，并且研制出了各种具有感觉器官的工业机器人。

我所设计的是生产线用上料机械手。

是为精锻机设计的配套自动送取锻料设备。

属于圆柱坐标式，全液压驱动机械手，具有手臂升降，收缩，回转和手腕回转4个自由度，执行机构由手部,手腕，手臂伸缩机构，手臂升降机构，手臂回转机构组成。

它开始工作是被加热的坯料由运输车送2到上料位置后，自动上料机械手3将热坯料搬运到立式精锻机1上锻打，其成品锻件由下料机械手4从立式精锻机上取下并送到转换机械手5上，90成水平位置，由炳烷切割装置6将两端切齐，切割完毕，转换机械手先把锻件翻转87，将锻件水平放置到下料运输装置7上，运送到车间转换机械手的手臂再水平回转外面的料仓库进行冷却。