通用液压机械手设计
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机械手设计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);机械手设计第一章绪论1.1机械手概述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。
仲恺农业工程学院《机械系统》课程设计说明书设计题目:工业机械手设计—臂部伸缩指导老师:张日红关秋菊院系:机电工程学院班级:机械072班姓名:蔡钟文学号:200710824224前言 (3)一、设计要求及主要参数: (3)二、机械手臂伸缩机构设计 (4)1、结构初设计 (4)2、结构改进 (5)3、手臂伸缩驱动力计算 (5)4、手臂伸缩液压缸参数计算 (6)三、液压传动与控制系统设计 (9)四、机械手的控制 (11)1、电气控制系统: (11)2、机械手可编程顺序控制 (11)五.总结 (17)六.参考文献 (17)前言机械工业是国民的装备部,是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产品。
不论是传统产业,还是新兴产业,都离不开各种各样的机械装备,机械工业所提供的性能,质量和成本,都对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的影响。
机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。
因此,世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手是工业机器人的一个重要分支。
它能模仿人手的某些动作功能,按照编程来完成各种预期的作业任务。
在某些方面它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,显著地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,采用机械手是最有效的。
不仅如此,机械手还能在高温、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,具有强大的生命力。
随着机械手在工业的各个领域地广泛应用,对实现工业生产自动化,推动工业生产的进一步发展将起着重要的作用。
一、设计要求及主要参数:1、运动简图:2、抓重:50N,100N,150N,200N,250N,300N3、自由度:4个4、臂部运动参数:5、腕部参数:6、定位方式:电位器(或接近开关等)设定,点位控制;7、手指夹持范围:棒料直径ø50~ø70mm ,长度450~1200mm8、驱动方式:液压(中、低压系统)9、定位精度:+/-3mm10、控制方式:PLC控制此次设计我们以5人为一小组的形式对机械手执行机械进行设计,本人负责的是手臂伸缩机械的设计,下文将就这部分进行说明。
具有五个自由度的机械手设计摘要随着工业自动化发展的需要,机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计计算过程。
首先,本文介绍机械手的作用,机械手的组成和分类,说明了自由度和机械手整体座标的形式。
同时,本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
机械手采用液压传动,使传动系统简单可靠;选用可编程控制器对机械手的动作进行控制,使控制程序简单,系统维护方便。
设计过程中,对机械手和液压缸部分做了详细的设计计算。
同时,对机械手的通用性主要是采用可更换式手部结构来实现,通过更换手部,可使机械手抓取外圆零件和内圆零件,从而实现了系统的多功能化。
机械手总体结构能够实现手臂的水平伸缩、垂直升降、旋转和抓取等功能,这些动作都是可编程控制器控制,用液压缸驱动机械手来完成的。
文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。
全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。
最后使用软件对机械手PLC控制仿真。
关键词:机械手;液压传动;液压缸;PLC仿真;AbstractThe applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first,The paper introduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. Manipulator use system can be simple and reliable. The manipulator and in this paper. The movements of mechanical be convenient. And the universal ability of manipulator is based on the interchangeability of the grasp cylindrical parts and inner parts through the replacement of and captures the semifinished materials. All those movements are controlled by programmable controller and realized by industry manipulator's design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion ,which the major structural design computation. Finally uses the software to carry out the PLC control simulation for manipulator's ;Hydraulic cylinder;Programmable logic Controller simulation;目录1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2 工业机械手的简史 (1)1.3工业机械手在生产中的应用 (3)1.4 机械手的组成 (4)1.5工业机械手的发展趋势 (5)2 机械手的总体设计方案 (7)2.1 机械手基本形式的选择 (7)2.2机械手的主要部件及运动 (7)2.3驱动机构的选择 (8)2.4 机械手的技术参数列表 (8)3 机械手手部的设计计算 (9)3.1 手部设计基本要求 (9)3.2 典型的手部结构 (9)3.3机械手手抓的设计计算 (9)3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (13)3.5弹簧的设计计算 (14)4 腕部的设计计算 (17)4.1 腕部设计的基本要求 (17)4.2 腕部的结构以及选择 (17)4.3 腕部的设计计算 (18)5 臂部的设计及有关计算 (23)5.1 臂部设计的基本要求 (23)5.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (24)5.3 手臂直线运动的驱动力计算 (24)5.4 液压缸工作压力和结构的确定 (27)6 机身的设计计算 (29)6.1 机身的整体设计 (29)6.2 机身回转机构的设计计算 (30)6.3 机身升降机构的计算 (34)6.4 轴承的选择分析 (37)7 液压驱动系统设计 (38)7.1液压驱动的特点 (38)7.2液压系统设计 (39)8 PLC控制系统设计 (40)8.1 PLC的特点 (40)8.2 PLC的选择及IO分配 (40)8.3 PLC程序设计及仿真 (42)结论 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录 (53)1.绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。
热处理上下料机械手的液压系统设计摘要作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段,液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。
与其他传动控制技术相比,液压技术具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势,因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。
液压机械手主要用于将沉重的零件或者是重复简单的劳动的设备,适用于热处理炉的上下料和一般工件工序的自动化生产。
本文根据热处理上下料机械手的用途﹑特点和要求,利用液压传动的基本原理,拟定出合理的液压系统图,再经过必要的计算来确定液压系统的参数,然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。
热处理上下料机械手的设计是轨道小车移动,液压支撑架的上下移动,结构简单,方便快捷,并应用自动电气控制,达到机电液一体化的生产,自动化程度高。
关键词液压系统;过载保护;机电液一体化Heat Treatment Unloading ManipulatorHydraulic SystemAbstractAs one of the modern machinery equipment transmission and control important technical means, hydraulic technology in the field of national economy has been widely used. Compared with other transmission control technology, hydraulic technology has high energy density, flexible and convenient configuration, large speed range, rapid and smooth work ability, easy to be controlled and overload protection, easily realized automation and electromechanical integration ,system integration design ,easy maintenance in manufacturing operation and other significant advantages in technology , which make it become the basic technology of modern mechanical engineering and the basic technology of modern control engineering.The hydraulic press and pressure machine is the main equipment for molding plastic injection and repressing material formation, such as stamping, bending, flanging, metal sheet drawing, etc. Also it can be engaged in the adjustment, the mounting indentation, the grinding wheel formation, the swaging metal parts formation, the plastic products and the powder products suppressed formation. This article according to the usage, characteristics and requirements of the purposes of the YB32-150 type hydraulic pressure press machine uses the basic principle of hydraulic transmission, draws up a reasonable hydraulic system and undergoes the necessary calculation to determine the parameters of hydraulic system which determine to choose hydraulic components and system structure of the specification. The hydraulic system of YB32-150 hydraulic pressure press Machine is rectangulararrangement .its' external appearance is new and original beautiful, the driving force system adopts hydraulic pressure system that makes the structure simple and compact, the action quick and reliable. This machine is equipped with the foot switch which can realize the semiautomatic craft movement circulation.Keywords hydraulic system;overload protection;electromechanical integration目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (6)1.1 液压传动的发展概况 (6)1.2 液压传动在机械行业中的应用 (6)1.3 液压机械手的发展及工艺特点 (7)1.4 液压系统的基本组成 (8)1.5 本章小结 (8)第2章液压系统的计算和元件选型 (9)2.1 确定液确定液压缸主要参数 (9)2.1.1 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 (9)2.1.2 液压缸实际所需流量计算 (10)2.2 液压元件的选择 (10)2.2.1 确定液压泵规格和驱动电机功率 (10)2.2.2 阀类元件及辅助元件的选择 (12)2.2.3 管道尺寸的确定 (12)2.3 液压系统的验算 (16)2.3.1 系统温升的验算 (17)2.4 本章小结 (17)第3章机械手的液压系统原理设计 (19)3.1 热处理上下料机械手的基本结构 (19)3.2 确定液压系统原理 (19)3.2.1 液压油的选择 (19)3.2.2 确定供油方式 (19)3.2.3 同步回路的设计 (20)3.2.4 保压回路的设计 (20)3.3 液压系统图的总体设计 (21)3.3.1 升降缸运动工作循环 (21)3.3.2 伸缩缸运动工作循环 (22)3.3.3 夹紧缸工作循环 (22)3.4 本章小结 (23)第4章液压站结构设计 (24)4.1液压站的结构型式 (24)4.2 液压泵的安装方式 (24)4.3 液压油箱的设计 (24)4.3.1液压油箱有效容积的确定 (24)4.3.2 液压油箱的外形尺寸设计 (25)4.3.3 液压油箱的结构设计 (25)4.4 液压站的结构设计 (27)4.4.1 电动机与液压泵的联接方式 (27)4.4.2 液压泵结构设计的注意事项 (28)4.4.3 电动机的选择 (28)4.5 本章小结 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)第1章绪论1.1液压传动的发展概况液压传动和气压传动称为流体传动,是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术,是工农业生产中广为应用的一门技术。
轴瓦体机械手液压系统设计摘要轴瓦体机械手是模仿人的手部动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。
它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中,以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业,因此获得日益广泛的应用。
机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成,智能机械手还具有感觉系统和智能系统。
本篇介绍的工业机械手属圆柱坐标式、全液压驱动机械手。
本篇根据液压系统设计的一般程序,分四步详细地介绍了工业机械手液压系统设计过程,其中第3步拟定液压系统原理图是重点。
关键词机械手;液压;电气目录摘要...... . (I)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 机械手的定义与分类 (2)1.3 机械手应用及组成结构 (3)1.4 机械手的发展趋势 (4)1.5 轴瓦体 (5)第2章机械手的工作特点及基本动作 (6)2.1 机械手的工况特点及要求 (6)2.2 轴瓦体传送机械手的基本动作 (6)2.3 液压系统分析 (9)第3章液压系统原理设计 (10)3.1 手部抓取缸 (10)3.2 腕部摆动液压回路 (11)3.3 小臂伸缩缸液压回路 (12)3.4 总体系统图 (13)第4章抓取机构设计 (15)4.1 手部设计计算 (15)4.1.1 对手部设计的要求 (15)4.1.2 拉紧装置原理 (15)4.2 腕部设计计算 (17)4.3 臂伸缩机构计算 (18)第5章机身机座的机构设计 (21)5.1 常用的定位方式 (21)5.2 影响平稳性和定位精度的因素 (21)5.3 机械手运动的缓冲装置 (22)第6章机械手的控制 (23)致谢 (24)参考文献 (25)第1章绪论1.1课题背景随着现代工业技术的发展,工业自动化技术越来越高,生产工况也有趋于恶劣的态势,这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求,同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。
摘要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,由其控制系统执行预定的程序实现对工件的定位夹持。
完全取代了人力,节省了劳动资源,提高了生产效率。
本设计以实现铣床自动上下料为目的,设计了个水平伸缩距为200mm,垂直伸缩距为200mm具有三个自由度的铣床上下料机械手。
机械手三个自由度分别是机身的旋转,手臂的升降,以及机身的升降。
在设计过程中,确定了铣床上下料机械手的总体方案,并对铣床上下料机械手的总体结构进行了设计,对一些部件进行了参数确定以及对主要的零部件进行了计算和校核。
以单片机为控制手段,设计了机械手的自动控制系统,实现了对铣床上下料机械手的准确控制。
关键词:机械手;三自由度;上下料;单片机AbstractManipulator , an automation equipment with function of grabbing and moving the workpiece ,is used in an automated production process.It perform scheduled program by the control system to realize the function of the positioning of the workpiece clamping. It completely replace the human, saving labor resources, and improve production efficiency.This design is to achieve milling automatic loading and unloading .Design a manipulator with three degrees of freedom and 200mm horizontal stretching distance, 120mm vertical telescopic distance. Three degrees of freedom of the manipulator is body rotation, arm movements, as well as the movements of the body. In the design process, determine the overall scheme of the milling machine loading and unloading manipulator and milling machine loading and unloading manipulator, the overall structure of the design parameters of some components as well as the main components of the calculation and verification. In the means of Single-chip microcomputer for controlling, design the automatic control system of the manipulator and achieve accurate control of the milling machine loading and unloading.Key words: Manipulator; Three Degrees of Freedom; Loading and unloading; single chip microcomputer目录摘要.........................................................................I第1章绪论.............................................................11.1选题背景................................................... (1)1.2设计目的.........................................................11.3国内外研究现状和趋势............................................21.4设计原则.........................................................2第2章设计方案的论证..................................................32.1 机械手的总体设计...............................................32.1.1机械手总体结构的类型....................................32.1.2 设计具体采用方案........................................42.2 机械手腰座结构设计.............................................52.2.1 机械手腰座结构设计要求.................................52.2.2 具体设计采用方案........................................52.3 机械手手臂的结构设计...........................................62.3.1机械手手臂的设计要求....................................62.3.2 设计具体采用方案........................................72.4 设计机械手手部连接方式.........................................72.5 机械手末端执行器(手部)的结构设计...........................82.5.1 机械手末端执行器的设计要求.............................82.5.2 机械手夹持器的运动和驱动方式..........................92.5.3 机械手夹持器的典型结构.................................92.6 机械手的机械传动机构的设计..................................102.6.1 工业机械手传动机构设计应注意的问题...................102.6.2 工业机械手传动机构常用的机构形式.....................102.6.3 设计具体采用方案.......................................122.7 机械手驱动系统的设计.........................................122.7.1 机械手各类驱动系统的特点..............................122.7.2 机械手液压驱动系统.....................................132.7.3机身摆动驱动元件的选取................................132.7.4 设计具体采用方案.......................................142.8 机械手手臂的平衡机构设计.....................................14第3章理论分析和设计计算............................................163.1 液压传动系统设计计算..........................................163.1.1 确定液压传动系统基本方案...............................163.1.2 拟定液压执行元件运动控制回路...........................173.1.3 液压源系统的设计........................................173.1.4 确定液压系统的主要参数.................................173.1.5 计算和选择液压元件......................................243.1.6机械手爪各结构尺寸的计算...................................26 第4章机械手控制系统的设计..........................................284.1 系统总体方案..................................................284.2 各芯片工作原理................................................284.2.1 串口转换芯片............................................284.2.2 单片机...................................................294.2.3 8279芯片...............................................304.2.4 译码器...................................................314.2.5 放大芯片................................................324.3 电路设计..................................................334.3.1 显示电路设计............................................334.3.2 键盘电路设计............................................334.4 复位电路设计..................................................334.5 晶体振荡电路设计.............................................344.6 传感器的选择..................................................34结论.....................................................................36致谢.....................................................................37参考文献................................................................38CONTENTS Abstract (I)Chapter 1 Introduction (1)1.1 background (1)1.2 design purpose (1)1.3 domestic and foreign research present situation and trends (2)1.4 design principles (2)Chapter 2 Design of the demonstration (3)2.1manipulator overall design (3)2.1.1 manipulator overall structure type (3)2.1.2 design adopts the scheme (4)2.2 lumbar base structure design of mechanical hand (5)2.2.1 manipulator lumbar base structure design requirements (5)2.2.2specific design schemes (5)2.3mechanical arm structure design (6)2.3.1 manipulator arm design requirements (6)2.3.2 design adopts the scheme (7)2.4 design of mechanical hand connection mode (7)2.5 the manipulator end-effector structure design (8)2.5.1 manipulator end-effector design requirements (8)2.5.2 manipulator gripper motion and driving method (9)2.5.3 manipulator gripper structure (9)2.6 robot mechanical transmission design (10)2.6.1 industry for transmission mechanism of manipulator design shouldpay attention question (10)2.6.2 industrial machinery hand transmission mechanism commonlyused form of institution (10)2.6.3 design adopts the scheme (12)2.7 mechanical arm drive system design (12)2.7.1 manipulator of various characteristics of the drive system (12)2.7.2 hydraulic drive system for a manipulator (13)2.7.3 Body swing the selection of drive components (13)2.7.4 Design the specific use of the program (14)2.8 mechanical arm balance mechanism design (14)Chapter 3 Theoretical analysis and design calculation (16)3.1 hydraulic system design and calculation (16)3.1.1 the basic scheme of hydrauic transmission system (16)3.1.2 formulation of the hydraulic actuator control circuit (17)3.1.3 hydraulic source system design (17)3.1.4 determine the main parameters of the hydraulic system (17)3.1.5 calculation and selection of hydraulic components (24)3.1.6 Manipulator calculation of the structural dimensions (26)Chapter 4 The robot control system design (28)4.1 Overall scheme (28)4.2 Chip works (28)4.2.1 serial conversion chip (28)4.2.2 MCU (29)4.2.3 8279 chip (30)4.2 .4 decoder (31)4.2.5 amplifier chip (32)4.3 Circuit design (33)4.3.1 show the circuit design (33)4.3.2 The keyboard circuit design (33)4.4 Reset circuit design (33)4.5 crystal oscillation circuit design (34)4.6 sensor selection (34)Conclusion (36)Acknowledgements (37)References (38)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。
摘要本设计为冲床上料机械手设计。
基本参数为:升降行程135mm,手臂回转角度为105°。
此机械手能以34次 /分的频率,传送重0.5公斤重的硒钢片。
该机械手采用气压传动方式驱动,气缸最大压力为0.7MPa,为提高气缸活塞密封的可靠性,活塞采用2个O型环密封。
机械手的的抓取部分为吸附式,采用2个型号为ZP16UN的真空吸盘,吸盘提升力由真空泵提供。
机械手工作时,气缸推动活塞杆作升降运动。
活塞杆的中部装有一个深沟球轴承,当活塞杆上下运动时,轴承沿导向筒上的螺旋槽移动。
活塞轴与手臂相连,当活塞轴作上升运动时,带动装有真空吸盘的吸附式手臂作边上升边回转的复合运动,将被冲压件送到冲床上;当活塞轴作下降运动时,带动装有真空吸盘的吸附式手臂作边下降边回转的复合运动,使机械手回到初始状态,完成一个上料循环。
关键词:冲床机械手气压传动Abstract[单击此处键入英文摘要,内容应当与中文摘要相同]KeyWords:冲床机械手气压传动目录摘要IAbstractII1 工业机械手的发展概况11.1 工业机械手定义11.2 工业机械手发展概况12 工业机械手整体介绍42.1 工业机械手的分类42.2 机械手的特点52.3 工业机械手在工业生产中的应用53 工业机械手设计方案73.1 工业机械手的组成73.2 规格参数83.3 坐标选择与分析83.4 驱动系统选择与分析93.4.1驱动系统的分类93.4.2 驱动系统的选择原则93.4.3 驱动系统的选择103.5 设计路线与方案113.5.1 设计步骤113.3.2 研究方法和措施114 真空吸盘和真空泵的选用134.1 真空吸盘134.1.1 吸盘的材料134.1.2 真空吸盘的作用134.1.3 吸盘的型号表示方法134.1.4 理论吸吊力134.1.5 吸盘的外形尺寸154.1.6 真空吸盘的选用184.2 真空泵194.2.1 真空泵的定义194.2.2 真空泵的分类194.2.3 真空泵的用途204.2.4 真空泵选取的注意事项204.2.5 真空泵的选取215 强度校核235.1 机械悬臂的校核235.2 活塞轴的校核295.3 轴承校核315.4 轴承用螺钉校核356 密封与润滑366.1 气缸的上下端盖的密封366.2 活塞的密封376.3 活塞轴的密封386.4 润滑396.4.1 气缸活塞润滑396.4.2 轴承润滑40结论41参考文献42致谢441 工业机械手的发展概况1.1 工业机械手定义机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作,按预定的程序轨迹极其它要求,实现抓取,搬运工件或操做工具的自动化装置。
1 前言1.1 国内外发展概况]1[机械手首先是美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
它的结构是:机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,控制系统是示教型的。
1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Unimate(即万能自动)。
运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。
不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。
该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。
虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院研究Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于±1毫米。
联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于喷涂、起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
联邦德国KnKa公司还生产一种喷涂机械手,采用关节式结构和程序控制。
日本是机械手发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
前苏联自六十年代开始发展和应用机械手,至1977年底,其中一半是国产,一半是进口。
目前,工业机械手大部分还属于第一代,主要依靠工人进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子计算控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器,把感觉到的信息反馈,是机械手具有感觉机能。
第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。
它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。
五自由度机械手结构设计引言机械手是一种具有多自由度的机械装置,可以模拟人类手臂的运动。
在自动化生产领域,机械手的应用十分广泛。
本文将介绍一种五自由度机械手的结构设计。
一、机械手的自由度机械手的自由度是指机械手能够同时执行的独立运动的个数。
常见的机械手自由度有1自由度、2自由度、3自由度等。
具有更多自由度的机械手可以实现更复杂的操作。
二、五自由度机械手的结构五自由度机械手由五个关节连接而成,每个关节都可以进行独立的旋转运动。
这五个关节分别为:1.基座关节:机械手的底部,负责固定机械手的整体结构。
2.肩关节:负责控制机械手在水平平面上的旋转运动。
3.肘关节:负责控制机械手在垂直平面上的旋转运动。
4.腕关节1:负责控制机械手前后的旋转运动。
5.腕关节2:负责控制机械手上下的旋转运动。
通过这五个关节的协调运动,机械手可以灵活地完成各种任务。
三、五自由度机械手的工作原理五自由度机械手的工作原理是将电机或液压驱动系统与关节连接。
通过控制电机或液压驱动系统的速度和方向,可以实现机械手关节的旋转运动。
控制系统通过传感器获取机械手各个关节的位置和速度信息,然后根据预设的运动轨迹,计算出每个关节应该旋转的角度。
控制系统通过发送控制信号给电机或液压驱动系统,实现机械手的运动。
四、五自由度机械手的应用五自由度机械手的应用十分广泛,主要用于以下领域:1.自动化生产线:机械手可以承担一些重复性、繁琐或危险的操作,提高生产效率和安全性。
2.医疗领域:机械手可以用于手术辅助、康复训练等领域,提高手术精确度和患者康复效果。
3.物流仓储:机械手可以用于货物的搬运、堆垛等操作,提高物流效率和减少劳动力成本。
4.精密装配:机械手可以用于精密零件的装配,提高装配质量和效率。
5.科研实验:机械手可以用于科研实验中的样品处理、测量等任务,提高实验效果和减少人工操作的误差。
五、结论五自由度机械手是一种具有广泛应用前景的机械装置。
通过合理的结构设计和高效的控制系统,机械手可以实现多样化的任务。
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。
六自由度液压驱动机械手液压及电控系统设计摘要随着科技的不断发展和进步,液压系统在各种领域上得到了广泛的应用。
因为液压系统体积小、重量轻、精度高、响应速度快、驱动力大、调速范围宽、寿命长和易于安全保护等优势,液压系统必然成为工程机械、各种机床和国防尖端产品等领域的主流技术。
所以液压系统的研究和应用也将成为今后科学技术发展的趋势,并有很大的发展空间和需求。
对于六自由度水下机械手的技术分析和对于设计的要求,本文设计了一种液压驱动六自由度机械手的液压与控制系统。
设计时,必须从实际情况出发,充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、修理和维护方便的液压传动系统。
本文介绍了国内外水下作业机械、水下作业系统、常用的水下机械手的发展现状,整理并总结了国内外水下机械手的发展状况,提出了水下搬运机械手运行的思路,设计出水下液压机械手的液压传动控制系统,并对主要的技术参数进行了计算和校核。
本论文主要完成了如下工作:(1)六自由度液压驱动机械手的液压系统总体方案的确定与分析设计。
(2)六自由度液压驱动机械手的液压及其电控系统的分析设计。
(3)六自由度液压驱动机械手控制阀箱单向阀、减压阀、液控单向阀和电磁换向阀等元件的选型及分析计算。
(4)液压控制阀箱结构设计及液压控制阀箱零部件及油路块装配体的三维建模及二维图绘制。
(5)PLC控制系统的机型选型及编程。
关键词:六自由度水下液压机械手控制系统第一章前言1.1 选题背景、研究意义选题背景人类关注海洋,是因为陆上的资源有限,海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。
另一个重要原因是,占地球表面积 49%的海洋是国际海底区域,该区域内的资源不属于任何国家,而属于全人类。
但是如果哪一个国家有技术实力,就可以独享这部分资源。
因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。
水下机器人作为一种高技术手段,在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用,发展水下机器人的意义是不言而喻的。
一、总体方案设计1.1设计任务基本要求:设计一个多自由度机械手(至少要有三个自由度)将最大重量为40Kg的工件,由车间的一条流水线搬到别一条线上;二条流水线的距离为:1000mm;工作节拍为:70s;工件:最大直径为160mm 的棒料;1.2总体方案确定1.2.1自由度自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,但是一般不包括手部(末端操作器)的开合自由度。
自由度表示了机器人灵活的尺度,在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。
机械手的自由度越多,越接近人手的动作机能,其通用性就越好,但是结构也越复杂,自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。
轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾,,此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低,在灵活性和轻量化之间必须做出选择。
工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑,往往体积庞大,负荷能力与其自重相比往往非常小。
一般通用机械手有5~6个自由度即可满足使用要求(其中臂部有3个自由度,腕部和行走装置有2~3个自由度),专用机械手有1~2个自由度即可满足使用要求。
在控制器的作用下,它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。
在满足前提条件上尽量使结构简单,所以我们这次选择5自由度机械手。
1.2.2机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手:特点:操作机的手臂具有三个移动关节,其关节轴线按直角坐标配置。
优缺点:结构刚度较好,控制系统的设计最为简单,但其占空间较大,且运动轨迹单一,使用过程中效率较低。
结构图:(2)圆柱坐标型机械手:特点:操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节,其关节轴线按圆柱坐标系配置。
优缺点:结构刚度较好,运动所需功率较小,控制难度较小,但运动轨迹简单,使用过程中效率不高。
结构图:( 3)球坐标(极坐标)型机械手:特点:操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节,其轴线按极坐标系配置。
第一章绪论随着工业自动化程度的提高,工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。
这一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面可以大大提高劳动生产率。
例如,目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中,往往冲压成型这一工序还需要人工上下料,既费时费力,又影响效率。
为此,我们把上下料机械手作为我们研究的课题。
工业机械手是工业物流自动化中上网重要装置之一,是当今世界新技术革命的一个重要标志。
工业机械手是典型的机电一体化产品。
工业机械手的产生和推广是社会生产和发展的需要,也是现代生产和科技发展的新技术产品。
工业机械手已经在工业生产、资源开发、社会服务、排险救灾以及军事技术等方面发挥着愈来愈大的应用。
工业机械手的应用和推广已经并将获得极大的效益。
例如在机械制造工业、汽车工业等生产中采用电焊、弧焊、喷漆等机械手,可以大大提高劳动生产率,保证产品质量,改善劳动条件。
又如在微电子、医药等生产部门,采用机械手操作,可以消除人对产品的污染、确保产品质量。
机械手可以在有毒、噪音、高温、易燃、易爆等危险有害的环境中代替人长期稳定的工作,从根本上解决了操作者的安全保障问题。
因而在这方面应用和推广机器人技术是十分迫切和必要的。
近代工业机械手的原型可以从本世纪40代算起。
当时适应核技术的发展需要开发了处理放射性材料的主从机械手。
50年代初美国提出了“通用重复操作机器人”的方案,59年研制出第一工业机械手原型。
由于历史条件和技术水平关系,在60年代机械手发展较慢。
进入70年代后,焊接、喷漆机械手相继在工业中应用和推广。
随着电脑技术、控制技术、人工智能的发展、机械手技术得到迅速发展,出现了更为先进的可配视觉、触觉的机器人所应用的机械手。
如美国Unimation公司PUMA系列工业机器人相关的机械手,即使由直流伺服驱动、关节式结构、多cpu微机控制、采用专用语言编程的技术先进的机械手。
到了80、90年代机器人及相关的机械手开始在工业上普及应用。
编号无锡太湖学院毕业设计(论文)题目:四自由度棒料搬运机械手设计信机系机械工程及其自动化专业学号:学生姓名:指导教师:(职称:讲师)(职称:)2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)《四自由度棒料搬运机械手设计》是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用、表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班级:学号:作者姓名:2013 年5 月25 日无锡太湖学院信机系机械工程及其自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题:1、题目四自由度棒料搬运机械手设计2、专题二、课题来源及选题依据机器人工程是近二十多年迅速发展起来的,目前已应用与许多生产领域。
由目前的发展状况看,在可预见的将来它将在生产中扮演越来越重要的角色。
本机械手就是基于此并为提高劳动生产率、产品质量和经济效益,减轻工人劳动强度而设计的。
在某些劳动条件极其恶劣的条件下,工人难以用手工工作,可用本机械手代替人力劳动。
在社会不断发展的今天,机器人在工业现场中的应用也越来越广泛,用机器的力量代替人力,而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。
三、本设计(论文或其他)应达到的要求:1、机械手的总体设计,包括型式选择、基本参数确定、总体布置与主要结构设计。
并绘制整体装配图。
2、机械手传动机构的设计,包括滚珠丝杠的选择,谐波齿轮减速器参数的确定。
3、机械手各种电机的选择。
包括机械手手臂升降步进电机的选择,机械手底座回转驱动电动机的选择。
4、机械手各气动件的设计计算。
5、设计说明书一份。
6、所有非标零件需画出零件图。
四、接受任务学生:机械92 班姓名五、开始及完成日期:自2012 年11月12日至2013年5 月25日六、设计(论文)指导(或顾问):指导教师签名签名签名教研室主任〔学科组组长研究所所长〕签名系主任签名2013年5月25日摘要在社会不断发展的今天,机器人在工业现场中的应用也越来越广泛,用机器的力量代替人力,而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。
I 摘 要 本次设计的多功能机械手为液压通用机械手,主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成,具备上料、翻转和转位等多种功能,并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式,自动线围绕机座布置,其坐标形式为圆柱坐标式,具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度;驱动方式为液压驱动,利用油缸、齿轮、齿条实现直线运动;利用油缸与齿轮、齿条或链条实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小,出力大,动作平缓,并能在中间位置停止。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。
关键词: 机械手;圆柱坐标;液压驱动 II
Abstract The design of multi-manipulator hydraulic manipulator general, mainly by the gripper, wrist, arm, body, base etc., with the material, flip, and a variety of functions such as translocation, in accordance with the unified automated production line beat and production program have done so. This machine adopts the base-type mobile phone, automatic wire around the base layout, its coordinates in the form of cylindrical coordinate type, with column rotation, arm stretching, wrist rotation and wrist swing and so four degrees of freedom; drive mode for the hydraulic drive, use fuel tank, gear, rack to achieve linear motion, use of tanks and gear, rack or chain to achieve rotary motion. Hydraulic drive has the advantage of high pressure, small size, contribute to a large, gentle movement and can stop in the middle. The design of the robot can complete a variety of different objects in action.
Keywords: mechanical hand; cylindrical coordinate; fluid power drive III
目 录 摘 要 ............................................................................................. I Abstract .......................................................................................... II
目 录 ........................................................................................... III 第1章 绪论 .................................................................................. 1 1.1 机械手的基本概念 ............................................................ 1 1.2 机械手的发展现状及应用 ................................................. 1 1.2.1 发展现状 ................................................................... 1 1.2.2 应用 .......................................................................... 3 第2章 方案的确定 ....................................................................... 7 2.1 直角坐标型机械手 ............................................................ 8 2.2 圆柱坐标式机械手 ............................................................ 9 2.3 球坐标式机械手 ................................................................ 9 2.4 关节式机械手 ................................................................. 10 第3章 手部结构设计 ................................................................. 11 3.1 设计的原始参数 .............................................................. 11 3.2 夹持式手部结构 .............................................................. 11 3.2.1 手指的形状和分类 ................................................... 11 3.2.2 设计时考虑的几个问题 ........................................... 12 3.2.3 手部夹紧油缸的设计 ............................................... 13 第4章 手腕结构设计 ................................................................. 17 4.1 手腕的自由度 ................................................................. 17 4.2 手腕的驱动力矩的计算 ................................................... 18 4.2.1 手腕转动时所需的驱动力矩 .................................... 18 4.2.2 手腕回转油缸的驱动力矩计算................................. 21 4.2.3 手腕回转缸的尺寸及其校核 .................................... 22 第5章 手臂工作油缸的设计与计算 ............................................ 27 5.1 手臂伸缩油缸的设计与校核 ............................................ 27 5.1.2 尺寸校核 ............................................................... 27 5.1.3 导向装置 ............................................................... 33 IV
5.1.4 平衡装置 ............................................................... 33 5.2 手臂升降油缸的设计与校核 ............................................ 33 5.2.1 尺寸设计 ................................................................. 33 5.2.2 尺寸校核 ................................................................. 33 5.3 手臂回转油缸的设计与校核 ............................................ 34 5.3.1 尺寸设计 ................................................................. 35 5.3.2 尺寸校核 ................................................................. 35 第6章 其它零部件的选择设计 ................................................... 38 6.1 油缸的密封 ..................................................................... 38 6.1.1 活塞式油缸的泄漏与密封 ........................................ 38 6.1.2 回转油缸的泄漏与密封 ........................................... 42 6.2 控制调节阀的选择 .......................................................... 44 6.3 辅助装置的选择 .............................................................. 44 6.4 液压传动机械手的缓冲与定位 ........................................ 45 结论 .............................................................................................. 47 致谢 .............................................................................................. 48 参考文献 ....................................................................................... 49