搬运机器人设计毕业设计说明书


    搬运机器设计毕业设计说明书

    规模制造业中企业提高生产效率保障产品质量工业机器作动化生产线重成员逐渐企业认采工业机器技术水应程度定程度反映国家工业动化水目前工业机器承担着焊接喷涂搬运堆垛等重复性劳动强度极工作
    课题搬运机器机械部分展开讨原机械结构提出新改进方法现新技术应课题中搬运机器更加适现工业工作环境通详细解搬运机器工业应现状提出具体搬运机器设计求根搬运机器部分设计原进行系统总体方案设计包括:机器手部腕部臂部腰部机械结构设计搬运机器驱动源液压系统执行元件包括:柱塞式液压缸摆动液压缸伸缩式液压缸等通液压缸运动实现搬运机器关节运动进实现搬运机器实际作业
    关键词:搬运机器液压系统机械结构设计操作
















    Abstract

    In the modern largescale manufacturing industry enterprises to improve productivity and guarantee product quality as an important part of the automation production line industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises Industrial robot technology standards and application level to a certain extent reflect a level of national industrial automation Currently Industrial robot mainly tasked with welding spraying handling and stacking repetitive and intensity of significant work
    The subject of the main part of the handling of their machinery discussions and on the original mechanical structure proposed for the new improved method which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment Through a detailed understanding of the robot in the industrial application to propose specific handling robot design requirements and according to the robot design principles of various parts for the system as well as including the robot's hand wrist arm waist the design of mechanical structures The transfer robot driven by the source from the hydraulic system and the implementation of components including plunger hydraulic cylinders hydraulic cylinders swing telescopic hydraulic cylinders etc Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion And realize the operational handling robot
    Keywords:Transfer robotHydraulic SystemMechanical DesignOperating









    第1章 总
    11 概述
    搬运机器实际工作中机械手机械手发展积极作正日益认识:部分代工操作二生产工艺求遵循定程序时间位置完成工件传送装卸三操作必机具进行焊接装配改善工劳动条件显著提高劳动生产率加快实现工业生产机械化动化步伐受国家重视投入量力物力研究应尤高温高压粉尘噪音带放射性污染场合应更广泛国年较快发展取定效果受机械工业重视机械手结构形式开始较简单专性较强着工业技术发展制成够独立程序控制实现重复操作适范围较广程序控制通机械手简称通机械手[4]通机械手快改变工作程序适应性较强断变换生产品种中批量生产中获广泛引
    机器机器代手工件某方移指定工作位置工作求操工件进行加工机器般分三类第类需工操作通机器文研究象种独立附属某机装置根务需编制程序完成项规定操作具备普通机械物理性外具备通机械记忆智三元机械第二类需工操作称操作机(Manipulator)起源原子军事工业先通操作机完成特定作业发展线电讯号操作机器进行探测月球等工业中采锻造操作机属范畴第三类专业机器附属动机床动生产线解决机床料工件传送种机器国外通常称Mechanical Hand机服务机驱动少数外工作程序般固定专
    机器结构形式分种类型中关节型机器结构紧凑占空间体积相工作空间甚绕基座周围障碍物等样特点成机器中种结构形式世界著名机器体部分采种机构形式机器
    机器样取东西简单基条件套类似指腕臂关节等部分组成抓取移动机构——执行机构肌肉样手臂运动驱动-传动系统脑样指挥手动作控制系统系统性决定机器性般言机器通常执行机构驱动-传动系统控制系统三部分组成图11示

    图11机器般组成
    现代智机器言具智系统感觉装置视觉装置语言识装置等目前研究集中赋予机器眼睛识物体躲避障碍物机器触觉装置机器组成部分独立者说简单叠加起构成机器实现机器期实现功机器部分间必然存着相互关联相互影响相互制约间相互关系图12示

    图12机器组成部分间关系
    机器机械系统执行机构驱动-传动系统组成执行机构机器赖完成工作务实体通常连杆关节组成驱动-传动系统提供动力控制系统求完成工作务
    12 工业机器历史现状应
    机器首先美国开始研制1958年美国联合控制公司研制出第台机器结构特点机体安装回转长臂端部装电磁铁工件抓放机构控制系统示教型日工业机器发展快应国家1969年美国引进两种典型机器力事机器研究
    目前工业机器部分属第代工进行控制控制方式开环式没识力改进方降低成提高精度
    第二代机器正加紧研制设微型电子计算机控制系统具视觉触觉力甚听想力研究安装种传感器感觉信息进行反馈机器具感觉机
    第三代机器独立完成工作程中务电子计算机电视设备保持联系逐步发展成柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System)柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重环
    着现代化科学技术飞速发展社会进步针述领域机器系统应研究系统身提出越越求制造业求机器系统具更柔性更强编程环境适应应场合品种批量生产程计算机集成制造(CIM)求机器系统车间中动化设备集成起研究员提高机器系统性智水求机器系统具开放结构集成种外部传感器力
    美国工业机器技术发展致历阶段:
    (1)19631967年试验定型阶段19631966年万动化公司制造工业机器供户做工艺试验1967年该公司生产工业机器定型1900型
    (2)19681970年实际应阶段时期工业机器美国进入应阶段例美国通汽车公司1968年订购68台工业机器1969年该公司行研制出SAM新工业机器21组成电焊汽车车身焊接动线美国克莱斯勒汽车公司32条压动线448台床工业机器传递工件
    (3)1970年直处推广应技术发展阶段19701972年工业机器处技术发展阶段1970年4月美国伊利斯工学院研究召开第届全国工业机器会议时统计美国约200台工业机器工作时间达60万时时出现谓高级机器例:森德斯兰德公司(Sundstrand)发明型计算机控制50台机器系统万动公司制成25台机器组成汽车车轮生产动线麻省理工学院研制具手眼系统高识力微型机器[13]
    国然开始研制工业机器仅日晚56年种种原工业机器技术发展较慢目前国已开始计划国外引进工业机器技术通引进仿制改造创新工业机器会获快速发展
    13 机器发展趋势
    着现代化生产技术提高机器设计生产力进步加强尤机器生产柔性化制造系统柔性制造单元相结合改变目前机械制造工操作状态提高生产效率
    目前总说现代工业机器发展趋势:
    a)提高运动速度运动精度减少重量占空间加速机器功部件标准化模块化机器机械模块控制模块检测模块组成结构机器
    b)开发种新型结构类型场合开发微动机构保证精度开发关节度手臂手指开发类行走机器适应场合
    c)研制类传感器检测元器件触觉视觉听觉味觉测距传感器等传感器获工作象周围外界环境信息位置信息状态信息完成模式识状态检测采专家系统进行问题求解动作规划时越越系统采微机进行控制
    14 文研究容
    文研究国外机械手发展现状通学机械手工作原理熟悉搬运机械手运动机理基础确定搬运机械手基系统结构搬运机械手运动进行简单力学模型分析完成机械手机械方面设计(包括传动部分执行部分驱动部分)简单三维实体造型工作
    15 章结
    章容搬运机器现状应领域发展趋势等方面通现工业生产中搬运机器工作种类列举提出未搬运机器种先进发展模式文研究容





    第2章 搬运机器总体方案

    该设计目设计台物料搬运机器章搬运机器机械结构部分进行设计分析
    21 总体设计思路
    设计机器体分两阶段:
    1系统分析阶段
    ①根系统目标明确采机器目务
    ②分析机器系统工作环境
    ③根机器工作求确定机器基功方案机器
    度信息存储量计算机功动作精度求抓取重量容
    许运动范围温度震动等环境适应性
    2技术设计阶段
    ①根系统求确定机器度允许空间工作范围选择机器
    坐标形式
    ②拟订机器运动路线空间作业图
    ③确定驱动系统类型
    ④选择部件具体结构进行机器总装图设计
    ⑤绘制机器零件图确定尺寸
    面结合设计基求基原确定系统方案见图21

    图21搬运机器总体方案图
    22 度坐标系选择
    机器运动度指运动部件三维空间相固定坐标系具独立运动数构件说运动坐标称度运动部件度总机器度数机器手部手样完成种动作较困难手指掌腕臂19关节组成27度生产实践中需机器手度般36(包括手部)次设计搬运机器5度:手爪张合腕部回转臂部伸缩臂部回转臂部升降
    工业机器结构形式直角坐标结构圆柱坐标结构球坐标结构关节型结构四种结构形式相应特点分介绍
    1.直角坐标机器结构
    直角坐标机器空间运动三相互垂直直线运动实现图22(a)示直线运动易实现全闭环位置控制直角坐标机器达高位置精度(μm级)种直角坐标机器运动空间相机器结构尺寸讲较实现定运动空间直角坐标机器结构尺寸类型机器结构尺寸
    直角坐标机器工作空间空间长方体直角坐标机器装配作业搬运作业直角坐标机器悬臂式龙门式天车式三种结构[3]
    2.圆柱坐标机器结构
    圆柱坐标机器空间运动回转运动两直线运动实现图22(b)种机器构造较简单精度常搬运作业工作空间圆柱状空间
    3.球坐标机器结构
    球坐标机器空间运动两回转运动直线运动实现图22(c)种机器结构简单成较低精度高应搬运作业工作空间类球形空间[3]
    4.关节型机器结构
    关节型机器空间运动三回转运动实现图22(d)关节型机器动作灵活结构紧凑占面积相机器体尺寸工作空间较种机器工业中应十分广泛焊接喷漆搬运装配等作业广泛采种类型机器
    关节型机器结构水关节型垂直关节型两种
    根求实际生产中途次设计搬运机器采圆柱坐标

    (a)直角坐标型 (b)圆柱坐标型 (c)球坐标型 (d)关节型

    图22四种机器坐标形式
    23 搬运机器组成
    搬运机器执行机构驱动机构控制机构三部分组成
    231 执行机构
    (1)手部
    手部直接工件接触部分般回转型动型(回转型结构简单)手部两指(指)根需分外抓式抓式两种负压式真空式空气吸盘(吸附光滑表面零件薄板零件)电磁吸盘
    传力机构形式较常:滑槽杠杆式连杆杠杆式斜楔杠杆式齿轮齿条式丝杠螺母式弹簧式重力式次设计手部选择夹持类回转型结构手部
    次设计搬运机器手部执行部件图23图24

    图23搬运机器手部执行部件示意图 24手部执行部件机构运动简图
    图23机构简图手部执行杆伸缩运动实现张合运动杆动力源续驱动源液压缸该液压缸采伸缩式液压缸工作原理示意图见图25该液压缸够节省横工作空间

    图25伸缩式液压缸原理示意图
    (2)腕部
    腕部连接手部臂部部件调节抓物体方位扩机械手动作范围机械手变更灵巧适应性更强手腕独立度回转运动摆动左右摆动般腕部设回转运动增加摆动满足工作求动作较简单专机械手简化结构设腕部直接臂部运动驱动手部搬运工件
    目前应广泛手腕回转运动机构回转液压(气)缸结构紧凑灵巧回转角度(般2700)求严格密封否难保证稳定输出扭矩求较回转角情况采齿条传动链轮轮系结构次设计搬运机器腕部实现手部1800旋转运动
    设计搬运机器腕部运动度回转运动运动参数实现手部回转角度控制范围基结构形式图26示

    图26腕部回转基结构示意图
    腕部驱动方式采直接驱动方式腕部装手臂末端必须设计十分紧凑驱动源装手腕机器手部张合双作单柱塞液压缸驱动手腕回转运动回转液压缸实现夹紧活塞缸外壳摆动油缸动片连接起回转液压缸中油腔中进油时实现手腕方回转
    (3)臂部
    手臂部件机械手重握持部件作支撑腕部手部(包括工作夹具)带动做空间运动
    臂部运动目:手部送空间运动范围意点果改变手部姿态(方位)腕部度加实现般说臂部具三度满足基求手臂伸缩左右旋转升降(俯仰)运动
    手臂种运动通常驱动机构(液压缸者气缸)种传动机构实现臂部受力情况分析工作中受腕部手部工件静动载荷身运动较受力复杂结构工作范围灵活性抓重定位精度直接影响机械手工作性次设计实现臂部移动前伸缩臂部回转运动手臂运动参数:伸缩行程:1200mm伸缩速度:83mms升降行程:300mm升降速度:67mms回转范围:机器手臂伸缩手臂工作长度发生变化圆柱坐标式结构中手臂工作长度决定末端达圆柱表面直径伸缩式臂部机构驱动采液压缸直接驱动
    (4)机座
    机座机身机器基础部分起支撑作固定式机器直接联接面移动式机器安装移动结构机身臂部运动(升降移回转俯仰)机构相关导装置支撑件等组成臂部升降回转俯仰等运动驱动装置传动件安装机身臂部运动越机身结构受力越复杂次毕业设计搬运机器机身选升降回转型机身结构臂部机身配置型式采立柱式单臂配置驱动源回转液压缸
    232 驱动机构
    驱动机构搬运机器重组成部分根动力源工业机械手驱动机构致分液压气动电动机械驱动等四类
    液压驱动压力高获输出力反应灵敏实现连续轨迹控制维修方便液压元件成高油路较复杂气动驱动压力低输出力较需输出力时结构尺寸阻尼效果差低速易控制结构简单源方便成低电动机驱动:异步电动机步进电动机动力源电动机简单着材料性提高电动机性逐渐提高次设计搬运机器驱动机构采液压驱动方式
    233 控制系统分类
    机械手控制点动控制连续控制两种方式数插销板进行点位控制采编程序控制器控制微型计算机控制采凸轮磁盘磁带穿孔卡等记录程序控制坐标位置注意加速度特性
    24 搬运机器技术参数
    途:车间搬运
    二设计技术参数
    1抓重20Kg(夹持式手部)
    2度数5度(手爪张合腕部回转臂部伸缩臂部回转臂
    部升降5运动)
    3坐标型式圆柱坐标系
    4工作半径1600mm
    5手臂中心高1248mm
    6手臂运动参数伸缩行程:1200mm
    伸缩速度:83mms
    升降行程:300mm
    升降速度:67mms
    回转范围:0~180°
    7手腕运动参数回转范围:0~180°
    25 章结
    章搬运机器实方面入手提出套总体设计方案根机器度求选取圆柱坐标系次设计坐标系时搬运机器组成(执行机构驱动机构)现实作业出具体手部腕部臂部机座结构形式选择液压驱动作次设计驱动机构出设计中需技术参数



    第3章 手部夹持器结构设计计算

    31 手部夹持器
    机器手部机器重部件功形态分工业机器手部类机器手部目前前者应较较成熟者正发展中
    工业机器手部夹持器(称抓取机构)握持工件工具部件握持工件形状尺寸重量材料表面状态手部结构种样部分手部结构根特定工件求专门设计握持原理常手部夹持器分两类:
    1.夹持式:包括撑式外夹式常勾托式弹簧式等
    2.吸附式:包括气吸式磁吸式等
    设计机器末端执行器时应注意问题:
    1.机器末端执行器根机器作业求设计新末端执行器出现增加种机器新应场根作业需想象力创造新机器末端执行器断扩机器应领域
    2.机器末端执行器重量抓取物体重量操作力总机器容许负荷力求机器末端执行器体积重量轻结构紧凑
    3.机器末端执行器万性专性矛盾万末端执行器结构复杂甚难实现例仿万机器灵巧手尚未实化目前生产结构简单万性强机器末端执行器工业实际应出发应着重开发种专高效率机器末端执行器加末端执行器快速更换装置实现机器种作业功张万末端执行器完成种作业种万执行器结构复杂造价昂贵
    4.通性万性两概念万性指机通性指限末端执行器适机器求末端执行器标准机械接口(法兰)末端执行器实现标准化积木化
    5.机器末端执行器便安装维修易实现计算机控制计算机控制方便电气式执行机构工业机器执行机构流电气式次液压式气压式(驱动接口中需增加电液电气变换环节)
    32 手部设计基求
    手部设计应满足基求:
    (1)应具适夹紧力驱动力应考虑定夹紧力传动机构需驱动力
    (2)手指应具定张开范围手指应该具足够开闭角度(手指张开闭合绕支点转角度)θ便抓取工件
    (3)求结构紧凑重量轻效率高保证身刚度强度前提结构紧凑重量轻利减轻手臂负载
    (4)应保证手抓夹持精度应保证夹持工件手指准确相位置方位求场合更重曲拐凸轮轴类复杂工件机床安装位置求严格机械手手部夹持工件应保持相位置精度
    (5)应考虑通性特殊求般情况手部专扩范围提高通化程度适应夹持尺寸形状工件需通常采取手指调整方法更换手指甚更换整手部外考虑适应工作环境提出特殊求耐高温耐腐蚀承受锻锤击力等
    根务求考虑实际操作中手部工作方式次设计选择手部夹持器:双支点连杆杠杆式手部结构(见图23)
    33 选择手抓类型夹紧装置
    次搬运机械手设计考虑达原始参数:手爪夹取重量20Kg常工业机械手手部握持工件原理分夹持吸附两类吸附式常抓取工件表面整面积较板状物体适合方案设计机械手采夹持式手指夹持式机械手运动形式分回转型移型移型手指张开闭合手指行移动种手指结构简单适夹持板方料工件径尺寸变化影响轴心位置理夹持误差零采典型移型手指驱动力需加手指移动方样会结构变复杂体积庞显然合适选择种类型
    通综合考虑设计选择二指回转型手抓采滑槽杠杆种结构方式夹紧装置选择常形式夹紧装置液压缸伸缩作实现手爪张开闭合







    34 手爪结构设计
    341 手爪力学分析

    图31滑槽杠杆式手部结构受力分析示意图
    1——手指 2——销轴 3——杠杆
    杠杆3作销轴2拉力F通销轴中心O点手指1滑槽销轴反作力F1F2力方垂直滑槽中心线OO1OO2指O点交F1F2延长线AB
    0
    0

    h

    F (31)
    式中 a手指回转支点称中心距离(mm)
    α工件夹紧时手指滑槽方两回转支点夹角
    分析知驱动力F定时角增握力FN增果角会导致拉杆行程手部结构增取次设计选取
    根定数:抓取重物20Kg
    钢钢间静摩擦数μ取:μ015


    取FN1400N
    a35mm b50mm
    : F

    3000N
    342 夹紧力驱动力计算
    手指加工件夹紧力设计手部必须方作点进行分析计算般说需克服工件重力产生静载荷工件运动状态变化惯性力产生载荷便工件保持夹紧状态
    手指工件夹紧力公式计算:
    (32)
    式中:——安全系数通常12~20
    ——工作情况系数考虑惯性力影响似式估
    中重力方升加速度:
    ——运载时工件升速度
    ——系统达高速度时间般选取003~05s
    ——方位系数根手指工件位置进行选择
    G——抓取工件受重力(N)




    表31液压缸工作压力
    作活塞外力F(N)
    液压缸工作压力Mpa
    作活塞外力F(N)
    液压缸工作压力Mpa
    5000
    08~1
    20000~30000
    20~40
    5000~10000
    15~20
    30000~50000
    40~50
    10000~20000
    25~30
    50000
    50~80
    表32 液压缸径系列(JB82666) (mm)
    20
    25
    32
    40
    50
    55
    63
    65
    70
    75
    80
    85
    90
    95
    100
    105
    110
    125
    130
    140
    160
    180
    200
    250
    计算:
    (1)取a35mmb50mm机械手达高响应时间05s求夹紧力FN驱动力F驱动液压缸尺寸

    102

    根公式已知条件带入:
    15×102×05×3400N3100N
    (2)根驱动力公式:

    (3)取

    (4)确定液压缸直径D:
    (33)
    选取活塞杆直径d05D根表31选择液压缸压力油工作压力P08~1MPa
    18mm
    根表32(JB82666)选取液压缸径:D20mm活塞杆径
    dD05200510mm选取d10mm
    35 章结
    章针手部结构展开讨根手部夹持器结构形式(夹持式吸附式)手部设计基求选择手爪类型双支点连杆杠杆手部通手爪力学分析计算出手部实现抓取工件需夹紧力驱动力




















    第4章 腕部结构设计计算
    41 腕部设计基求
    (1)力求结构紧凑重量轻
    腕部处手臂前端连手部静动载荷均臂部承担显然腕部结构重量动力载荷直接影响着臂部结构重量运转性腕部设计时必须力求结构紧凑重量轻
    (2)结构考虑合理布局
    腕部作搬运机器执行机构承担连接支撑作保证力运动求外足够强度刚度外应综合考虑合理布局解决腕部臂部手部连接
    (3)必须考虑工作条件
    次设计搬运机器工作条件工作场合中搬运质量20Kg物体太受环境影响没处高温腐蚀性工作介质中搬运机器腕部没太利素
    42 腕部结构选择
    421 典型腕部结构
    (1)具度回转驱动腕部结构具结构紧凑灵活等优点广腕部回转总力矩M需克服种阻力:克服启动惯性回转角动片静片间允许回转角度决定(般270°)
    (2)齿条活塞驱动腕部结构求回转角270°情况采齿条活塞驱动腕部结构种结构外形尺寸较般适悬挂式臂部
    (3)具两度回转驱动腕部结构腕部具水垂直转动两度
    (4)机液结合腕部结构
    422 腕部结构驱动结构选择
    设计求手腕回转综合分析考虑种素腕部结构选择具度回转驱动腕部结构采液压驱动
    43 腕部结构设计计算
    腕部设计考虑参数:夹取工件重量20Kg回转



    431 腕部驱动力计算

    图41腕部支撑反力计算示意图
    腕部回转时克服阻力:
    a 腕部回转支撑处摩擦力矩:
    (41)
    中轴承摩擦系数取01
    b 克服工件重心偏置需力矩:
    (42)
    c 克服启动惯性需力矩:
    (43)
    假设定工件直径D70mm长度L660mm重量G200N棒料务书求实现腕部回转180°现计算腕部需驱动力矩:
    1)手抓手抓驱动液压缸回转液压缸转动件等效圆柱体高60mm直径100mm重力估算:

    2)摩擦力矩:
    3)启动程转角度等速转动角速度
    (44)
    查取转动惯量公式:


    代入:


    432 腕部驱动液压缸计算
    表41 液压缸径系列(JB82666)[6] (mm)
    20
    25
    32
    40
    50
    55
    63
    65
    70
    75
    80
    85
    90
    95
    100
    105
    110
    125
    130
    140
    160
    180
    200
    250
    表42 标准液压缸外径(JB106867)[6] (mm)
    液压缸外径
    40
    50
    63
    80
    90
    100
    110
    125
    140
    150
    160
    180
    200
    20钢

    50
    60
    76
    95
    108
    121
    133
    168
    146
    180
    194
    219
    245
    45钢

    50
    60
    76
    95
    108
    121
    133
    168
    146
    180
    194
    219
    245
    设定腕部部分尺寸:根表41设缸体径R40mm外径根表42选择80mm液压缸壁厚度考虑实际装配问题外径100mm动片宽度b66mm输出轴r225mm基尺寸示图42示回转缸工作压力:
    选择8Mpa

    图42腕部液压缸剖截面结构示意图
    44 液压缸盖螺钉计算

    图43缸盖螺钉间距示意图
    表43螺钉间距t压力P间关系[20]
    工作压力P(Mpa)
    螺钉间距t(mm)
    05~15
    150
    15~25
    120
    25~50
    100
    50~100
    80
    缸盖螺钉计算图43示t螺钉间距间距工作压强关见表43种联接中螺钉危险剖面承受拉力
    (45)
    液压缸工作压强P8Mpa螺钉间距t80mm试选择8螺钉

    选择螺钉数目合适Z6
    危险截面面积:
    (46)




    螺钉材料选择Q235 (n12~15)
    螺钉直径: (47)
    0008m
    螺钉直径选M10
    45 动片输出轴间连接螺钉
    动片输出轴间连接结构见图43连接螺钉般偶数称安装两定位销定位连接螺钉作:动片输出轴间配合紧密

    (48)
    D——动片外径
    f——连接件配合面间摩擦系数刚铜取f015
    螺钉强度条件:
    (49)
    (410)
    带入关数:

    螺钉材料选择Q235
    (n12~15)
    螺钉直径:
    0008m
    螺钉直径选M10


    46 章结
    章容腕部结构设计包括:腕部结构选取腕部结构设计计算首先根腕部设计基求选择次设计相符合腕部结构然定技术参数进行设计计算确定腕部回转需回转力矩选回转缸选取关键部位螺栓计算











    第5章 臂部结构设计关计算
    手臂部件机械手握持部件作支撑腕部手部(包括工件工具)带动作空间运动手臂运动应该包括3运动:伸缩回转升降章叙述手臂伸缩运动手臂回转升降运动设置机身处章祥述
    臂部运动目:手部送空间运动范围意点果改变手部姿态(方位)腕部度加实现般说臂部应该具备3度满足基求手臂伸缩左右回转升降运动手臂种运动通常驱动机构种传动机构实现臂部受力情况分析工作中直接承受腕部手部工件静动载荷身运动较结构工作范围灵活性等直接影响机械手工作性
    51 臂部设计基求
    臂部设计首先实现求运动需满足列项基求:
    臂部应承载力刚度重轻
    机械手臂部机身承载力通常取决刚度臂部例般结构较采悬臂梁形式(水垂直悬伸)显然伸缩臂杆悬伸长度愈刚度愈差刚度着臂杆伸缩断变化机械手运动性位置精度负荷力影响提高刚度缩短臂杆悬伸长度外尚应注意方面
    (1) 根受力情况合理选择截面形状轮廓尺寸
    (2) 提高支撑刚度合理选择支撑点距离
    (3)合理布置作力位置方
    (4)注意简化结构
    (5)提高配合精度
    二臂部运动速度高惯性
    机械手手部运动速度机械手参数反映机械手生产水高速度运动机械手移动速度设计回转角速度设计部分均移动速度均回转角速度速度回转角速度定情况减身重量减惯性效直接办法机械手臂部轻减少惯量具体4途径[8]:
    (1)减少手臂运动件重量采铝合金材料
    (2)减少臂部运动件轮廓尺寸
    (3) 减少回转半径ρ安排机械手动作序时先缩回转(先回转伸缩)
    较前伸位置进行回转动作
    (4)驱动系统中设缓装置
    三手臂动作应该灵活
    减少手臂运动间摩擦阻力滚动摩擦代滑动摩擦悬臂式机械手传动件导件定位件布置合理手臂运动衡减少升降支撑轴线偏心力矩特防止发生机构卡死(锁现象)必须计算满足锁条件[9]
    四 位置精度求高
    般说直角圆柱坐标式机械手位置精度求较高关节式机械手位置精度难控制精度差手臂加设定位装置检测结构较控制位置精度检测装置装运动环节减少消传动啮合件间间隙
    总结:外求机械手通性适合种作业求工艺性便加工安装热加工机械手考虑隔热冷作业区粉尘机械手设置防尘装置等
    求相互制约应该综合考虑问题样设计出完美性良机械手
    52 手臂典型机构结构选择
    521 手臂典型运动机构
    常见手臂伸缩机构种:
    (1) 双导杆手臂伸缩机构
    (2) 手臂典型运动形式:直线运动手臂伸缩升降横移动回转运动手臂左右摆动摆动符合运动直线运动回转运动组合两直线运动双层液压缸空心结构
    (3) 双活塞杆液压缸结构
    (4) 活塞杆齿轮齿条机构
    522 手臂运动机构选择
    通综合考虑次设计选择液压缸伸缩机构液压驱动水伸缩液压缸选伸缩式液压缸竖直伸缩液压缸选双作活塞缸
    53 手臂直线运动驱动力计算
    首先进行粗略估算类类结构根运动参数初步确定关机构尺寸进行校核计算修正设计反复绘出终结构图
    作水伸缩直线运动液压缸驱动力应根液压缸运动时克服摩擦力惯性力等方面阻力进行确定
    液压缸活塞驱动力计算公式表示:
    (51)
    531 手臂摩擦力分析计算
    摩擦力计算配置导截面形状摩擦阻力根具体情况进行估算

    图51机械手臂部受力示意图
    计算:







    (52)
    式中 参运动零部件受总重力(含工件)(N)
    L手臂运动零部件总重量重心导支撑前端距离(m)参考节计算
    a导支撑长度(m)
    量摩擦系数值导支撑截面关

    圆柱面:

    μ摩擦系数静摩擦润滑时:
    钢青铜:取μ01~015
    钢铸铁:取μ018~03
    选取:G500NL1490028121m导支撑a设计0016m
    关数代入进行计算:

    532 手臂惯性力计算
    设计求手臂动V83mms假定:计算惯性力时候设置启动时间启动速度
    (53)

    533 密封装置摩擦阻力
    密封圈摩擦阻力手臂设计中采O型密封液压缸工作压力10Mpa液压缸处密封总摩擦阻力似:
    分析计算计算出液压缸驱动力:

    54 液压缸工作压力结构确定
    面计算确定液压缸驱动力F12438N根表31选择液压缸工作压力P2MPa
    确定液压缸结构尺寸:
    液压缸径计算图52示

    图52双作液压缸示意图
    油进入杆腔:
    (54)
    油进入杆腔中:
    (55)
    中:机械效率
    液压缸效面积:

    : (杆腔) (56)
    (杆腔)[7] (57)
    F6210N选择机械效率
    关数代入:

    根表41(JB82666)选择标准液压缸径系列选择D65mm
    液压缸外径设计:
    根装配等素考虑液压缸臂厚7mm该液压缸外径80mm
    55活塞杆计算校核
    活塞杆强度校核
    活塞杆尺寸满足活塞(液压缸)运动求强度求杆长L直径d15倍拉压强度计算:

    (58)
    设计中活塞杆取材料碳钢活塞直径d20mmL1360mm现进行校核:

    结:活塞杆满足强度求
    二 活塞杆刚度校核

    图53刚度校核示意图
    现伸出液压缸直径进行校核便计算伸出液压缸简化成悬臂梁
    取载荷F400N悬臂L1730mm
    梁转角: (59)
    梁挠度: (510)
    中:E材料弹性模量:E210Gpa
    I转动惯量:取I
    EI24
    ∴ [18]
    结悬臂活塞杆满足刚度求



    56 章结
    章设计搬运机器手臂结构手臂采液压驱动伸缩机构驱动液压缸驱动力进行计算液压缸基尺寸进行设计时液压缸活塞杆强度刚度进行校核校核结果均满足求


    第6章 机身结构设计计算
    机身直接支撑驱动手臂部件般实现手臂回转升降运动运动传动机构安机身者直接构成机身躯干底座相连臂部运动越机身机构受力情况越复杂机身固定行走面架空轨道运动
    61机身整体设计
    设计求机械手实现手臂1800回转运动实现手臂回转运动机构般设计机身处设计出合理运动机构综合考虑分析
    机身承载着手臂做回转升降运动机械手重组成部分常机身结构种:
    (1) 回转缸置升降结构种结构优点承受较偏重力矩缺点回转运动传动路线长花键轴变形回转精度影响较
    (2) 回转缸置升降结构种结构采单缸活塞杆部导结构紧凑回转缸臂部起升降运动部件较
    (3) 活塞缸齿条齿轮机构手臂回转运动通齿条齿轮机构实现:齿条复运动带动手臂连接齿轮作复回转手臂左右摆动
    分析:
    综合考虑设计选回转缸置升降缸结构设计机身包括两运动机身回转升降回转机构置升降缸机身结构手臂部件回转缸端盖连接回转缸动片缸体连接缸体带动手臂回转运动回转缸转轴升降缸活塞杆体具体结构见图61驱动机构液压驱动回转缸通两油孔进油孔排油孔分通回转叶片两侧实现叶片回转回转角度般机械挡块决定设计考虑两叶片间转动角度满足设计求设计中动片静片间回转1800


    图61回转缸位升降缸机身结构示意图
    62机身回转机构设计计算
    (1)回转缸驱动力矩计算
    手臂回转缸回转驱动力矩应该手臂运动时产生惯性力矩密封装置处摩擦阻力矩相衡:
    (61)
    惯性力矩计算:
    (62)
    式中:——回转缸动片角速度变化量起动程中
    t——起动程时间(s)
    ——手臂回转部件(包括工件)回转轴线转动惯量
    手臂回转零件重心回转轴距离:
    (63)
    式中: ——回转零件重心转动惯量
    (64)
    回转部件等效长1200mm直径60mm圆柱体质量1592Kg设置起动角度180起动角速度0314起动时间设计01s



    密封处摩擦阻力矩粗略估算回油背差般非常里忽略计
    计算
    (2)回转缸尺寸初步确定
    设计回转缸静片动片宽b60mm选择液压缸工作压强8Mpad输出轴动片连接处直径设d50mm回转缸径通列计算:
    (65)
    D80mm
    设计液压缸径80mm根表42选择液压缸基外径尺寸100mm(终尺寸)配合等条件考虑
    终确定液压缸截面尺寸图62示径150mm外径230mm输出轴径50mm

    图62回转缸截面图


    63 机身升降机构计算
    631 手臂偏重力矩计算

    图 63手臂部件重心位置图
    (1)零件重量等

    现机械手手臂做粗略估算:总约33Kg
    162Kg

    (2)计算零件重心位置求出重心回转轴线距离ρ
    1720mm
    6mm
    088mm
    (66)
    1500mm
    回转半径
    (3)计算偏重力矩
    (67)

    632 升降锁条件分析计算
    手臂作趋势立柱导套防止种趋势
    力衡条件:

    (68)

    谓锁条件:



    取016: (69)
    时设计中必须考虑立柱导套必须480mm
    633 手臂做升降运动液压缸驱动力计算
    (610)
    式中:摩擦阻力参考图63
    (611)
    G零件工件受总重
    (1)计算

    设定速度V4起动制动时间差t002s似估算2861Kg数带入面公式:

    (2)计算



    (3)液压缸里选择O型密封密封摩擦力通似估算通计算:
    液压缸驱动时:F5000N
    液压缸驱动时:
    64 轴承选择分析
    升降缸运动机身回转受轴承影响里充分考虑问题设计采支点双固定支点游动支撑结构作固定支撑轴承应承受双轴载荷外圈轴全固定结构参章开始机身结构图63
    设计采两双推力球轴承[20]组合结构种结构承受双轴载荷
    65 章结
    章机械手机身进行设计分机身回转机构升降机构进行设计计算时计算升降立柱锁条件(机身设计中缺少部分)根计算结果选合适轴承



















    第7章 搬运机器运动学分析
    71 机器运动学基概述
    a机器机构系列关节连接起连杆组成关节坐标系固定机器连杆齐次坐标变换描述坐标系间相位置方
    b描述连杆相相邻连杆间关系齐次坐标变换矩阵记A矩阵A矩阵描述连杆机构坐标系间相移旋转齐次变换
    c坐标系中点坐标系OXYZ变换变换坐标式计算:
    (71)
    (72)
    (73)
    式中:
    —坐标系原点坐标系OXYZ中坐标
    —坐标系轴坐标系OXYZ3方余弦
    —坐标系轴坐标系OXYZ3方余弦
    —坐标系轴坐标系OXYZ3方余弦
    XT (74)

    [3] (75)
    五度机器5度(连杆度)机器构件(手部)2度确定位置余3度确定方(75)式表示手部位置方样机器活动范围意定位定
    (76)



    dA矩阵
    ①连杆参数
    ②关节变量角起始线延长线终止线行线
    ③偏置量

    图71杆件长度扭角
    72 搬运机器运动方程建立

    图72搬运机器参考坐标系
    (1) 设定机器连杆坐标系图72示
    (2) 确定连杆关节参数关节变量见表71



    表71A矩阵参数
    连杆编号i
    关节变量





    1

    90°
    0
    300
    0
    1
    2


    0
    1200
    1
    0
    3


    0
    0
    1
    0
    4


    0
    0
    1
    0
    5

    90°
    0
    70
    0
    1
    (3) 求两连杆间位姿矩阵:





    (4) 求机器运动方程:




    (77)
    表71中数代入(77)式求出需运动学方程
    73 搬运机器动作范围
    表现手位置常基准坐标系设定机器基准轴手臂根部通常描述空间点位置采直角坐标系球坐标系圆柱坐标系次设计中涉坐标系圆柱坐标系手臂运动两直线移动回转运动组成结构简图见图73[9]

    图73搬运机器结构简图
    次设计搬运机器运动形式描述:
    1)臂:
    2)手部:张合夹持物体运动
    3)腕部 绕水方回转运动
    相圆柱坐标式机械手体占空间较动作范围较时具直观性强结构简单等优点常搬运测量工件轴类零件插入较深孔中类作业受升降结构限制般提升面较低位置物体垂直方升降范围限
    圆柱坐标式搬运机器动作范围简图图74示


    图73搬运机器动作范围示意图
    74 章结
    章容搬运机器运动学分析出建立机器运动方程详细程出次设计搬运机器运动学方程叙述机器运动范围形式特点出次设计搬运机器动作范围













    第8章 总 结

    毕业设计题目搬运机器结构设计分析课题求根参数求设计种搬运机器
    81 务
    a)解搬运机器功结构途发展状况
    b)选择分析搬运机器整体设计方案
    c)根设计参数设计求进行机器运动系统设计计算
    d)进行机器运动学静学分析计算完成零部件强度校核验算
    e)利三维造型软件机器进行整体造型虚拟装配
    f)绘制装配图关键零件工作图
    82 技术求
    a)根务求进行搬运机器结构传动系统总体方案设计确定传动执行系统组成绘制系统方案示意图
    b)根设计参数设计求通计算确定手部腕部臂部结构参数
    c)建立执行系统输入输出间位移速度加速度关系编程进行数值计算绘制工作周期关节位移速度加速度线图
    d)利三维造型软件机器进行整体造型虚拟装配
    e)绘制装配图关键零件工作图
    83 设计步骤
    课题搬运机器机械部分展开讨原机械结构提出新改进方法现新技术应课题中搬运机器更加适现工业工作环境通详细解搬运机器工业应现状提出具体搬运机器设计求根搬运机器部分设计原进行系统总体方案设计包括:机器手部腕部臂部腰部机械结构设计搬运机器驱动源液压系统执行元件包括:柱塞式液压缸摆动液压缸伸缩式液压缸等通液压缸运动实现搬运机器关节运动进实现搬运机器实际作业设计程具体步骤:
    831 搜集资料
    根务书务技术求分析做毕业设计程中具体理知识时刘老师指点通种渠道开始准备工作通网络图书馆搜集相关学术文核心期刊书籍等通三星期深入学搜集堆毕业设计相关资料刘老师指导摒弃关紧容保留参考价值资料作备课题关知识记工作日志量资料完整精确数量利说明书撰写程中解搬运机器机械结构分析传动方案间优缺点步总体方案确定基础根搜集资料写出文献综述
    832 计算
    根原始数致想清楚设计搬运机器总体结构确定搬运机器设计总体方案进行初步设计计算
    根总体方案结合原始数搬运机器部件展开详细设计计算具体设计计算程包括:
    a)传动机构设计计算:考虑机构行性操作简便性选择传动机构液压传动(液压传动容易控制压力高获输出力实现连续轨迹控制维修方便)
    b)手部腕部臂部设计计算:根原始数中夹持工件重量200N首先计算手部需夹持力然根该夹持力计算需液压缸直径选取手部液压缸根手部总重计算偏心力矩选取腕部回转液压缸臂部分水方伸缩臂竖直方伸缩臂水方伸缩臂选取伸缩式液压缸作驱动动力源竖直方伸缩臂选择双作单活塞液压缸作驱动动力源
    c)关节运动规律分析推导:根预定运动轨迹设定关节运动尺寸运DH法列出机器运动学方程根总体尺寸绘制出搬运机器运动轨迹路线图
    833装配图零件图绘制
    计算数绘制出搬运机器整体装配图手绘出该装配图(A0图)
    8张CAD零件图三维实体造型图(见图81)
    84 设计感想
    整毕业设计程中学做事情态度心态首先明白做学问丝苟出现问题偏差轻视通正确途径解决做事情程中耐心毅力遇困难退堂鼓坚持找思路解决问题工作中学会合作态度认真听取意见样做起事情事半功倍
    次文完成学四年划完美句号脚踏实认真严谨实事求学态度怕困难坚持懈吃苦耐劳精神次设计中收益想次意志磨练实际力次提升会未学工作帮助生路做铺垫

    图81三维实体造型


    致 谢

    感谢刘庆运老师学学阶段——毕业设计阶段指导初定题资料收集写作修改文定稿耐心指导私帮助阶段刘老师耐心帮助检查图纸绘制程中出现错误文书写程中应注意问题次感谢刘老师帮助
    时感谢课老师学四年指导帮助教会专业知识教会学教会做正方面取显著进步表示衷谢意祝老师培养出越越优秀桃李满天



















    附 录 :
    符 号 表
    M 转动缸回转力矩
    偏重力臂 mm
    偏重力矩
    t 螺钉间距 mm
    螺钉承受拉力 N
    工作载荷 N
    预紧力 N
    转动缸起动角 度
    转动缸转动角速度
    G 总重力 N

    附 录 二:

    图纸附图册

    附 录 三:

    英文翻译装订成册




    附录附件



    参 考 文 献

    [1] 孙树栋编工业机器技术基础[M] 西安:西北工业学出版社2006
    [2] [日]森•政弘编机器竞赛指南[M] 北京:科学出版社2002
    [3] 谢存禧 张铁编机器技术应[M] 北京:机械工业出版社2008
    [4] 吴振彪编工业机器[M] 武汉:华中科技学出版社2004
    [5] [俄]IO•M•索罗门采夫编工业机器图册[M] 北京:机械工业出版社1993
    [6] 臧克江编液压缸[M] 北京:化学工业出版社2009
    [7] 张利编液压传动系统设计[M] 北京:化学工业出版社2005
    [8] 范印越编机器技术[M] 北京:电子工业出版社1988
    [9] 丛明 徐晓飞撰写玻璃基搬运机器设计[J](2325)组合机床动化加工技术连:连理工学10012265(2008)10002304
    [10] 李成伟 朱秀丽撰写码垛机器机构设计控制系统研究[J] (8184)机电工程北京:北京航空航天学10014551(2008)12008104
    [11] 李长春 孟宇撰写基机器装卸物料研究[J](1921)现代制造技术装配济南:济南学2007
    [12] 陆祥生 杨秀莲编机械手理应[M] 北京:中国铁道出版社1983
    [13] 杜祥瑛编工业机器应[M] 北京:机械工业出版社1986
    [14] 马香峰编机器机构学[M] 北京:机械工业出版社1991
    [15] 张建民编机电体化系统设计[M] 北京:高等教育出版社2007
    [16] 毛淮编互换性测量技术基础[M] 北京:机械工业出版社2008
    [17] 杨惠英 王玉坤编机械制图[M] 北京:清华学出版社2002
    [18] 刘鸿文编材料力学(第四版)[M] 北京:高等教育出版社2004
    [19] 濮良贵 纪名刚编机械设计(第八版)[M] 北京:高等教育出版社2006
    [20] 成先编机械设计手册(第五版) [M] 北京:化学工业出版社2002

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     摘 要 随着制造业的发展,人们深刻的感受到数控机床在生产中的地位是越来越重要。本文结合机电一体化的需要,设计以单片机作为控制系统的X-Y型工作台(X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移...

    5年前   
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    长信大厦建筑给排水毕业设计说明书

    长信大厦建筑给排水毕业设计说明书 摘 要 长信大厦是为了满足公差旅游、休闲、外出的需要,而为旅客提供住宿、参观、社交、娱乐等多种服务,位于湖南省沅江市繁华地段的一座多功能建筑。建筑面积为...

    5年前   
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    某省某市排水工程毕业设计说明书

    该市位于**南部的一座新兴城市,水陆交通方便,A河自西向东穿过该市南郊。城市地形由西北向东南方向倾斜,海拔最高50.50M。该城有2个工业区,工业区Ⅰ主要有棉纺印染厂和制革厂,工业区Ⅱ主要有糖厂和食品厂。

    2年前   
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    毕业设计

    微固支梁在冲击载荷下的响应研究   【摘 要】   MEMS器件商用化最大的障碍是技术供应商在可制造性、可测试性、器件可靠性等方面的解决方案能力不足。MEMS的各基础构件及最重要的可动结构...

    5年前   
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    毕业设计报告

    :本设计为甘肃某高校教学科研基地滴灌工程初步设计,主要内容包括灌区基本资料的分析、管网总体布置、管网的水力计算、蓄水池的设计、细部构造设计以及工程概算。

    2年前   
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    毕业设计论文:

    本文介绍了基于AT89S52单片机的多功能电子万年历的硬件结构和软硬件设计方法。本设计由数据显示模块、温度采集模块、时间处理模块和调整设置模块四个模块组成。系统以AT89S52单片机为控制器,以...

    4年前   
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    毕业设计总结

    毕业设计总结  这次的毕业设计做的不是很好,提交完论文后,仍觉得有做的不好的地方,对于论文能不能最后通过,我心里也没底,下面来对毕设总结一下:  1. 快速入题。  拿到毕设题目要尽快把自己的...

    11年前   
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    毕业设计题目

    毕业设计题目  营销1,2,3班毕业设计题目 学号 姓名 指导教师 毕业设计题目 张晓丹 面向营销网站规划设计 (3人) 利用电子邮件进行外向营销的方法设计 客户满意度调查与预测的模型设计 即...

    11年前   
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    毕业设计总结

    毕业设计总结 随着毕业日子的到来,毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我们的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做毕业设计发现自...

    9年前   
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    毕业设计总结

    毕业设计总结  随着毕业日子的到来,毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做毕业设计发现自己...

    10年前   
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    文档贡献者

    文***享

    贡献于2019-06-02

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