自动上下料通用机械手系统设计与研究

论机器人的数控机床自动上下料应用系统设计2.云南省机电一体化重点实验室云南昆明650031摘要：在制造业领域，加工企业习惯以人工操作机床的方式，对上下料进行加工，此类技术工艺存在一定缺陷。

为提高工艺水平和加工效率，加工企业有必要应用机器人，对机床上下料工装进行合理设计。

本文浅析了基于机器人的数控机床上下料工装设计与应用意义，结合相关案例，探究了基于机器人的数控机床上下料工装设计与应用，以期为相关研究提供借鉴。

关键词：机器人；机床；工装设计引言：在制造业领域，加工企业越来越注重对机器人进行应用，这推动了生产加工方式的转变。

在操作数控机床的过程中，对机器人进行应用，配合机床上下料，必须做好工装设计。

工装设计要确保稳定可靠的工件定位，并保障承载力和夹持力充足。

一、基于机器人的机床上下料工装设计与应用意义在制造业领域，加工企业在加工生产单一产品时，或者生产加工少量产品时，习惯以人工操作机床的方式，完成上下料。

对于品种规格较多的产品和产量较大的产品进行加工，此类作业方式即呈现出缺陷：人工作业具有较大的劳动强度和较高的危险系数，且制造加工效率低，难以保障稳定的产品质量；专机具有较为复杂的结构，需耗费较高的运营成本，依托流水线实施自动化生产难以保障生产效能和经济效益；专机上下料仅适合对某种单一产品进行加工，难以实现柔性加工。

上述方式显然存在一定弊端，可应用机器人对之进行改进，对机床上下料形成优化设计，其意义如下：（1）能实现高效率的生产加工。

利用机器人配合数控机床，对批量较大的产品和小零部件进行加工，能通过机器人实施抓取零件、上下料、装夹、翻转、移位、调头等各项操作，比传统人工方式耗费的成本要低，并能增强生产加工的高效性。

(2)能降低运行机床耗费的成本。

对机器人进行应用，辅助机床实施上下料操作，能实现对作业区域的准确定位，并对工作频次进行调节，能良好满足各类产品的加工需求，并保障产品加工质量。

还能降低机床损耗，简化维修涉及的各项工作。

第1章绪论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。

机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。

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。

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。

目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。

为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。

机床上下料机械手的毕业设计毕业设计的主要目的是设计一个具有高效、安全、可靠的机床上下料机械手，能够满足工业生产中对于上下料操作的需求，提高生产效率和产品质量。

首先，设计要考虑机械手的结构和动力系统。

机械手的结构应该具有一定的刚性和稳定性，以保证在高速运动和负载条件下的运动精度和稳定性。

动力系统可以选择液压、气动或电动驱动方式，根据实际需求选择合适的驱动方式。

同时，也要考虑机械手的可重复定位精度和工作速度等指标的要求。

其次，设计要考虑机械手的控制系统。

控制系统一般由控制器、传感器和执行器等组成，可以选择PLC控制器或者控制卡进行控制。

传感器主要用于机械手的位置、力量和速度等参数的检测，以保证机械手的安全运行。

执行器则是实现机械手的运动控制和操作功能的关键部件。

另外，设计要考虑机械手的安全保护措施。

在机械手的设计中应该考虑到安全措施，如限位开关、急停开关和保护罩等，以确保操作人员的安全。

此外，设计要考虑机械手的编程和操作控制。

机械手的编程可以使用编程语言或者图形化编程工具进行，根据工厂的实际需求对机械手进行编程，实现自动化的上下料操作。

操作控制方面可以选择人机界面进行操作，使操作更加简便易行。

最后，需要对设计的机械手进行仿真和实验验证。

通过模拟仿真和实验验证，可以检验设计的机械手是否满足预期的要求，并进行相应的调整和改进。

综上所述，机床上下料机械手的毕业设计需要考虑到结构和动力系统、控制系统、安全保护措施、编程和操作控制等方面的考虑，同时还需要进行仿真和实验验证。

通过设计和实验验证，可以得到一个高效、安全、可靠的机床上下料机械手，提高生产效率和产品质量。

设计（论文）学生开题报告
（1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；
E—综合应用型
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；
（1）、（2）均要填，如AY、BX等。

2-2
毕业设计（论文）学生申请答辩表
学生签名：日期：毕业设计（论文）指导教师评审表
毕业设计（论文）评阅人评审表
毕业设计（论文）答辩表
毕业设计（论文）答辩记录表
毕业设计（论文）成绩评定总表
学生姓名：蔡炼专业班级：05gb机制1
毕业设计（论文）题目：数控机床上下料机械手设计
注：成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60以下)”评定等级。

其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。

上下料机械手的液压系统设计设计一种液压式上下料机械手，解决数控车床的自动上下料问题。

文章根据机械手的动作顺序，着重介绍机械手的液压传动系统的设计。

标签：机械手；动作顺序；液压系统1 引言工业机械手是近代机械自动控制领域中出现的一项技术，是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成环节。

机械手可以模仿人手和手臂的某些动作功能，按给定设计程序抓取、搬运工件与物品。

主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成，机械手按其用途可分为专用机械手和通用机械手两种，专用机械手的结构型式简单，无单独控制系统，只包含固定程序，适用于专机或大批量生产自动线作为自动上下料用。

结合设计参数要求与实际零件生产线，设计成专用型机械手。

2 机械手的结构设计本次机械手为固定式四自由度液压机械手，选用液压驱动系统作为动力源，主要由机身、手臂和手爪等主要部分组成。

该机械手采用圆柱坐标式的坐标型式。

通过手爪的开合、手臂的升降与伸缩、机身的回转等连续姿态实现机械手的抓取/释放工件的动作，以及完成数控车床的自动上下料功能。

手爪选用二指V 型滑槽杠杆式结构，有利于抓取工件时对工件进行定心；手臂应用连杆形式，各连杆之间采用销钉方式进行连接；焊接支撑架是连接手臂与机械手机身的支撑环节，为手臂提供支撑作用，通过与机身进行螺钉连接的固定，机械手的一系列动作均由回转液压缸、升降液压缸、伸缩液压缸和手指液压缸来控制实现。

3 机械手总体系统的设计考虑此次设计的机械手抓取重量较大（40kg），为得到较大的输出力和握力，同时使传动平稳，因此选用液压驱动作为机械手的控制系统。

3.1 液压系统的工作原理液压系统以压力油液为工作介质，由电动机带动油泵输出压力油，将机械能转换成油液的压力能。

压力油经管道及控制调节装置进入油缸，推动活塞杆运动，从而使机械手工作。

液压机械手的其液压传动系统概括如图1。

由图1可知，机械手液压系统由以下主要部分组成：（1）油泵它供给系统以压力油，将电动机的机械能转换为油液的压力能，并用以驱动整个液压系统工作；（2）执行油缸压力油驱动运动机构对外工作部分。

数控机床上下料机械手设计毕业论文目录绪言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。