毕业设计 送料机械手_设计说明书

　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　毕业设计 （论文）说明书

　　设计题目： 送料机械手

　　系 部： 机械工程系

　　专 业： 机电一体化 班 级： 08机电（1）班 姓 名： 何沙沙 学 号： G082308 指导教师： 黄晓萍

　　年 月

　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　目录

　　摘要 ............................................................................................................................ 1

　　第一章 机械手设计任务书........................................................................................ 1

　　1.1毕业设计目的 ............................................................................................................... 1

　　1.2本课题的内容和要求 .................................................................................................... 2

　　第二章 机身机座的结构设计 .................................................................................... 4

　　2.1电机的选择 ................................................................................................................... 4

　　2.2减速器的选择 ............................................................................................................... 6

　　2.3螺柱的设计与校核 ........................................................................................................ 6

　　第三章 液压系统原理设计及草图 ............................................................................ 7

　　3.1手部抓取缸 ................................................................................................................... 7

　　3.2腕部摆动液压回路 ........................................................................................................ 8

　　3.3小臂伸缩缸液压回路 .................................................................................................. 10

　　3.4总体系统图 ................................................................................................... 11

　　第四章抓取机构 ...................................................................................................................12

　　4.1手部设计计算 ............................................................................................................. 12

　　4.2 腕部设计计算 ............................................................................................................ 15

　　4.3臂伸缩机构设计 ......................................................................................................... 17

　　第五章 机械手的定位与平稳性 .............................................................................. 19

　　5.1常用的定位方式 ......................................................................................................... 20

　　5.2影响平稳性和定位精度的因素 ................................................................................... 20

　　5.3机械手运动的缓冲装置 .............................................................................................. 21

　　第六章 机械手的控制 ............................................................................................. 22

　　第七章 机械手的组成与分类 .................................................................................. 23

　　7.1机械手组成 ................................................................................................................. 23

　　7.2机械手分类 ................................................................................................................. 24

　　参考资料 .................................................................................................................. 26

　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　送料机械手设计

　　摘要

　　本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它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。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，它能在高温、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，有着广阔的发展前途。

　　本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。

　　第一章 机械手设计任务书

　　1.1毕业设计目的

　　毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。

　　其主要目的：

　　一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，

　　拓宽和深化学生的知识。

　　二、 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的

　　一般程序规范和方法。

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　三、 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册

　　工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

　　四、 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习

　　的基本工作态度，工作作风和工作方法。

　　1.2本课题的内容和要求

　　（一、）原始数据及资料

　　（1、）原始数据：

　　a、

　　b、 生产纲领：100000件（两班制生产） 自由度（四个自由度）

　　臂转动180

　　臂上下运动 500mm

　　臂伸长（收缩）500mm

　　手部转动 180

　　（2、）设计要求：

　　a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）

　　b、液压原理图（一张）

　　c、设计计算说明书（一份）

　　（3、）技术要求

　　主要参数的确定：

　　a、坐标形式：直角坐标系

　　b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180。

　　c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。

　　d、控制方式：起止设定位置。

　　e、定位精度：0.5mm。

　　f、手指握力：392N

　　g、驱动方式：液压驱动。

　　（二、）料槽形式及分析动作要求

　　（ 1、）料槽形式

　　由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　采用此种输料槽。

　　图1.1机械手安装简易图

　　（2、）动作要求分析如图1.2所示

　　动作一：送 料

　　动作二：预夹紧

　　动作三：手臂上升

　　动作四：手臂旋转

　　动作五：小臂伸长

　　动作六：手腕旋转

　　预夹紧

　　图1.2 要求分析

　　3

　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　第二章 机身机座的结构设计

　　机身的直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动愈多，机身的结构和受力情况就愈复杂，机身既可以是固定式的，也可以是行走式的,如图2.1所示。

　　图2.1机身机座结构图

　　臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。本课题机械手的机身设计成机座式，这样机械手可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从而达到了自由度的要求。

　　4

　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　2.1电机的选择

　　机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。

　　〖10〗

　　1、带动臂部升降的电机：

　　初选上升速度 V=100mm/s P=6KW

　　所以n=（100/6）60=1000转/分

　　选择Y90S-4型电机，属于笼型异步电动机。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。 如图2.1 Y90S-4电动机技术数据所示：

　　图2.1 Y90S-4电动机技术数据

　　〖10〗2、带动机身回转的电机：

　　初选转速 W=60/s n=1/6转/秒

　　=10转/分

　　由于齿轮 i=3 减速器 i=30

　　所以n=10330=900转/分 选择Y90L-6型笼型异步电动机

　　电动机采用B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。 如图2.2 Y90S-6电动机技术数据所示：

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　图2.2 Y90L-6电动机技术

　　2.2减速器的选择

　　减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增

　　〖6〗转矩，以满足工作需要。

　　初选WD80型圆柱蜗杆减速器。

　　WD为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。

　　蜗杆的材料为38siMnMo调质

　　蜗轮的材料为ZQA19-4

　　中心矩a=80

　　Msq=4.011 （2.1） 传动比I=30

　　传动惯量0.26510ˉkgm

　　4.3螺柱的设计与校核

　　螺杆是机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。

　　〖6〗螺杆的材料选择：

　　从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。

　　螺距 P=6mm 梯形螺纹

　　螺纹的工作高度 h=0.5P （2.2）

　　=3mm

　　螺纹牙底宽度 b=0.65P=0.656=3.9mm （2.3） 螺杆强度 [σ]= σs/3～5 （2.4）

　　=150/3～5

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　=30～50Mpa

　　螺纹牙剪切[τ]=40

　　弯曲[σb]=45～55

　　1、当量应力〖6〗

　　?4F??T???????3?0.2d3?????? (2.5) ??d2?1???1?

　　式中 T——传递转矩Nmm

　　[σ]——螺杆材料的许用应力

　　所以代入公式（2.5）得：

　　σ42009.8/πd1）+3（2009.80.6/0.2d1）

　　2495/ d1）+3（61.2/ d1）≤30～50106

　　=（2495/ d1）+3（61.2/ d1）≤900～25001012

　　22 =6225025/d14+11236/d16≤900～25001012

　　6225025d12+11236≤900d161012

　　62250250.0292+11236≤9000.02961012

　　即16471pa＜535340pa

　　合格

　　2、剪切强度〖6〗

　　Z=H/P=160/6 （旋合圈数） （2.6）

　　τ=F/πd1bz （2.7）

　　=2009.8/π0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103pa

　　=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa

　　3、弯曲强度〖6〗

　　σb=3Fh/πd1b2z

　　=32009.83/π2.93.92（160/6）

　　=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa

　　合格

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　第三章 液压系统原理设计及草图

　　3.1手部抓取缸

　　图 3.1手部抓取缸液压原理图〖7〗

　　1、手部抓取缸液压原理图如图3.1所示

　　2、泵的供油压力P取10Mpa，流量Q取系统所需最大流量即Q=1300ml/s。 因此，需装图3.1中所示的调速阀，流量定为7.2L/min，工作压力P=2Mpa。 采用：

　　YF-B10B溢流阀

　　2FRM5-20/102调速阀

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　23E1-10B二位三通阀

　　3.2腕部摆动液压回路

　　图 3.2腕部摆动液压回路〖7〗

　　1、腕部摆动缸液压原理图如图3.2所示

　　2、工作压力 P=1Mpa

　　流量 Q=35ml/s

　　采用：

　　2FRM5-20/102调速阀

　　34E1-10B 换向阀

　　YF-B10B 溢流阀

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　图 3.5总体系统图

　　4、确电机规格：

　　液压泵选取CB-D型液压泵，额定压力P=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之间。选取80L/min为额定流量的泵，

　　因此：传动功率 N=PQ/η （3.1）

　　式中：η=0.8 （经验值）

　　所以代入公式（3.1）得：

　　N=1080103106/600.8

　　=16.7KN

　　选取电动机JQZ-61-2型电动机，额定功率17KW，

　　转速为2940r/min。

　　第四章 抓取机构设计

　　4.1手部设计计算

　　一、对手部设计的要求

　　1、有适当的夹紧力

　　手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。

　　2、有足够的开闭范围

　　夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图4.1所示。

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　图4.1 机械手开闭示例简图

　　1.手指 2.销轴 3.拉杆 4.指座

　　3、力求结构简单，重量轻，体积小

　　手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。

　　4、手指应有一定的强度和刚度

　　5、其它要求

　　因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。

　　二、拉紧装置原理

　　如图4.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　图4.2 油缸示意图

　　1、右腔推力为

　　FP=（π／4）DP

　　=（π／4）?0.5?25?10

　　=4908.7N

　　2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：

　　F1=（2b／a）?（cosα′）N′

　　其中 N′=4?98N=392N，带入公式2.2得：

　　F1=（2b／a）?（cosα′）N′

　　=(2?150/50)?（cos30）?392

　　=1764N

　　则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/η

　　=1764?1.5?1.1/0.85=3424N

　　14 4.1）4.2）4.3）（ （ （

　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　经圆整F1=3500N

　　3、计算手部活塞杆行程长L,即

　　L=（D/2）tgψ （4.4）

　　=25tg30

　　=23.1mm

　　经圆整取l=25mm

　　4、确定“V”型钳爪的L、β。

　　取L/Rcp=3 （4.5）

　　式中： Rcp=P/4=200/4=50 （4.6） 由公式（4.5）（4.6）得：L=3Rcp=150

　　取“V”型钳口的夹角2α=120，则偏转角β按最佳偏转角来确定， 查表得：

　　β=2239′

　　【1】 5、机械运动范围（速度）

　　（1）伸缩运动 Vmax=500mm/s

　　Vmin=50mm/s

　　（2）上升运动 Vmax=500mm/s

　　Vmin=40mm/s

　　（3）下降Vmax=800mm/s

　　Vmin=80mm/s

　　（4）回转Wmax=90/s

　　Wmin=30/s

　　所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s

　　6、手部右腔流量

　　Q=sv （4.7）

　　=60πr

　　=603.1425

　　=1177.5mm/s

　　7、手部工作压强

　　P= F1/S （4.8）

　　=3500/1962.5=1.78Mpa

　　4.2腕部设计计算

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　　工业机械手是工业生产的必然产物,它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。

　　腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。

　　要求：回转90

　　角速度W=45/s

　　以最大负荷计算：

　　当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。如图4.3所示。

　　1、计算扭矩M1〖4〗

　　设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：

　　M1=FS （4.9）

　　=109.80.2=19.6（NM）

　　图4.3 腕部受力简图

　　2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M2〖4〗

　　F=5kg S=10cm

　　带入公式2.9得

　　M2=FS=59.80.1 =4.9（NM）

　　3、摆动缸的摩擦力矩M摩〖4〗

　　F摩=300（N）（估算值）

　　S=20mm （估算值）

　　M摩=F摩S=6（NM）

　　4、摆动缸的总摩擦力矩M〖4〗

　　M=M1+M2+M摩 （4.10）

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