自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零件设计.docx

目录1 绪论 11．1 机械手阐述 11．2 机械手的构成和种类 11．3 国内外发展概况 51．4 本章小结 62 .机械手总体设计方案 62．1 实施系统的选择采用 62．2 带动系统的采用 72．3 操作方案的确定 82．4 方式的采用 82．5 机械手重要零件和工作方式 92．6 设计机械手的数据 92．7 本章小结 103 手腕部分的设计 103.1 手腕处轴承的选择 103.2 手腕驱动伺服电机与减速器的选择 113.3 传动同步带的选择与相应带轮的设计 113.4 本章小结 134 直臂伸缩部分的设计 134.1 直线导轨与滑块的选择 134.2 传动同步带的筛选设计有关带轮 174.3 伺服电机的筛选设计传动带轮 174.4 本章小结 185 手臂升降部分的设计 185.1 滚珠丝杠的选择 185.2 伺服电机的挑选 205.3 光轴与直线轴承的选择 225.4 本章小结 226 .确定直臂转动机构 236.1 .采用转盘轴承 236.2 .伺服电机的选择以及减速比的确定 246.3 本章小结 247 .气动系统的设计 247.1 .气压系统的工作原理图 247.2 .气动系统相关部件的选择 258 .机械手控制系统设计 258.1 .工艺流程。

258.2 .机械手操纵机构重要零件 268.3. PLC控制伺服电机范例 278.4 .控制流程讲述 328.5 本章小结 33参 考 文 献 35附 表 A 37I 长春工业大学毕业设计、毕业论文1 绪论上下料机械手通常使用在自动化得生产中，它能够拿放和转移物件它是相对新型得机械，随着社会机械得自动化而发展上下料机械手可以替代工作人员进行比较危险和乏味的工作，在减缓工作人员的劳动程度的同时也提升了工厂的生产能力因为机械行业的迅猛发展，更多的领域用到了机械手，它可以移动、搬运物件，而且还可以装配较为复杂的机械零件上下料机械手在中型或小型的批量生产中都可以使用，它省去了较大物件移动的装备由于它的构造相对紧凑，所以能够适合很多工作环境外国的工业机器人要很大程度的领先于我国我国目前运用机械手的地方较少，不能形成好的产业化，所以机械手的科研能力和发展能力直接影响到我们国家自动化生产的水平所以，就经济和技术等方面的因素来考虑，科研和应用上下料机械手是非常有意义的1．1 机械手阐述机械手能够自动完成移动物件和搬运物件但是机械手需要有特定的控制系统它有两个别名：叫做“工业机械手”和“工业机器人”。

生产中我们可以通过机械手把工作的生产率进一步提高，把劳动中的出错率进行减少机械手的目的是能够保证质量的同时保证数量，减少工作量和工作压力，进行安全的生产特别是在生产环境比较恶劣的的时候，能够替代工作人员适应工作，对生产很有意义最早的机械手是装在机床上来进行相关的上下料工作，它的机构比较简单，专业性也比较强之后因为自动化技术的突飞猛进，形成了能够编程序来进行控制的机械手它可以根据程序变化来改变自己的动作，有很强的通用性，所以也可以叫做通用机械手我们可以快速的改变机械手的工作控制系统，使它能适应更多的工作条件，所以在中型和小型的批量生产中经常看见它的影子当然，运用机械手的前提就是要有很多的高新技术来支撑我们可以结合它的高适应性和多功能性，构成信息储备多，拥有不错的市场的规模一个国家工业的自动化水平也就可以通过这个国家机械手能有多大的创新能力来表现1．2 机械手的构成和种类（一）机械手的构成其构成的部分大体分为实施系统，带动系统，操纵系统和定位测试装置等工作的搭配方式如方框图1.1所示图1.1 机械手的组成方框图实施系统带动系统执行机构被抓取工件定位测试装置1) 实施系统实施系统由手部、直臂、手腕和立柱等形成。

a) 手部手部的作用是触碰物件进行拿放和移动手部有夹持式手部手部也有吸附式手部夹持手部的部件有手指和动力传输系统来构成的由于目的式让手指触碰到物件，所以我们可以用回转型，回转型的构造相对简单，生产相对容易，因此在生产中运用相对普遍除了回转型还可以选用平移型因为平移型的构造更复杂，所以很少去应用然而，当手指夹住圆形物件的时候，物件直径的变化跟轴的定位无关所以当物件式直径改变规模相对大的时候，应考虑平移型吸附式手部利用的工具就是吸盘我们想要吸附物件可以利用吸盘中的空气，当空气在吸盘中形成负压就可以做到制作出负压提供了两类形式，分别是气流负压式和真空泵式通常我们把质量相对小而面积却很大的板料类零件运用这种方式还有一种比较便捷的方式就是利用电磁吸盘它可以爆发出电磁力，利用电磁力就可以吸附物件电磁吸盘产生吸力是因为有直流电磁铁和交流电磁铁电磁吸盘一般采用导磁性地环吸盘还要有带孔地盘类的零件手部在吸物体的时候，由于要吸附的物件样式大小和面积体积的不同，必须要相应的调整吸盘的样式和产生力的大小b) 手腕它是连接手部和直臂的一部分它利用手腕的转动，能够来调节要拿放的物件的定位因此，它可以顺应有差异的工作条件。

c) 直臂直臂是负责运动手部去拿放物体的工作，可以通过编写好的程序把物件运输道特定的地点我们可以用液压、气压或者电机等方式来形成直臂的动力源，然后利用油缸、齿轮齿条结构、气缸、连杆结构、凸轮结构或者螺旋结构等驱动部件来实现直臂的各自运动 直臂在升降和伸缩的时候，可以通过加装导向装置来防止它绕轴线产生运动，从而确保了直臂能够按照正确的方向来运动我们为了能够让部件保持不错的受力状态，需要让导向装置能够承受支臂所产生的各种力矩燕尾槽、单圆柱、双园柱、四圆柱、V型槽等都是我们常用的导向装置d) 立柱通过立柱来支撑支臂我们可以把立柱单独分开或者成为手臂的一部分立柱在直臂的回转运动和升降运动时有着很大的作用立柱在机械手中一般时固定住的，除非特殊工作要求，可以将它横向移动，被叫做可移式立柱e) 行走机构在日常应用地时候，如果需要将扩展上下料机械手的使用范围来进行更远地操作距离，就需要有行走机构机械手在很多情况下需要整个移动，通常的设计方案是在机座装配滚轮在不同的工作环境下滚轮会在有轨和无轨的两种方式下行走实现驱动滚轮运动f) 机座机座的作用是撑持和衔接机械手我们需要把机械手的实施系统和带动系统的零件安设在机座上。

2) 带动系统为机械手提供动力的设备就是带动系统利用动力源、控制调节装置和辅助装置来执行机构运动一般情况下都用液压驱动、气压驱动、电压驱动和机械驱动等方式3) 操纵系统上下料机械手想要按照设定的要求工作，就要安装操纵系统我们想要实现机械手的操纵系统就要有程序操纵系统目前市场还有一种利用电气定位的操纵系统能够操控机械手电气操控可以支撑机械手根据特定的程序来运动这种方式使它可以记住人们提供机械手的指示信号这些信号包括动作的依次、行使的路线、形式的时间及动作并且根据实施系统的信号发出指示有些情况应该对机械手的运动情况进行看管，防止运动时发生故障和错误4).定位测试装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置[6]二）机械手的种类出于我国没有产生相对规范的归类所以产生了种类众多的工业机械手所以我们利用操作条件、操纵机构和带动机构等来归类1) 按操纵条件归类机械手可以归类为专门的机械手和普遍使用的机械手a) 专门的机械手专门的机械手没有单独的操纵系统它在一般的情况下依靠主机变为单独的不变系统。

它面临的工作方向相对较少、构造相对简便、能够完成的操纵相对少、使用时有很高的可靠性和制造成本较低的特点它可以用于大批量的自动化生产，比如在自动机床、自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手等[7]b) 普遍使用的机械手普遍使用的机械手可以采用可改动的程序满足单独的操纵系统，可以做到动作多样它由于驱动系统和控制系统通常是独立开的，所以只要产品功能通过的情况下，就可以改变它的控制系统来面对不一样的工作环境它也就有着可以在不断变化生产品种的中小批量自动化生产中适用的特点通用机械手用简易型和伺服型两种方式来实现控制定位简易型方式较为简单，只可以做到点位控制，控制的方法是“开-关”式控制定位；伺服型则不同，是可以点位的，有伺服系统来控制，能够做到连续轨道控制2) 按带动形式归类(a) 依靠液压带动我们采用液压的形式完成机械手的操作液压传动机械手抓持力较大、机构比较紧凑、传动过程中比较平稳、操作动作也十分灵敏由于其介质特殊性，不适合在高温、低温下工作，而且对密封质量要求严格，否则将会大大影响其工作性能我们想要实现轨迹的连续控制，可以运用电液伺服驱动系统它的优势是能够提升机械手的普遍使用性。

它的缺点电液伺服的建造精度条件高它油液过滤的条件相对苛刻这些因素使它具有相对高的成本b) 依靠气压带动我们可以依靠压缩空气的形式带动实施系统来工作依靠气压带动的机械手出于利用空气的原因，获取比较方便，而且它的输出力较低、动作快速、结构较紧凑、成本比较少但是，空气是有可压缩性的，这会导致气压传动机械手的稳定性不够，冲击力会很大，而且起源压力较为小的情况下，只能抓中30公斤以下的物件在一样的重力下依靠气压带动的构造要比依靠液压的大c) 依靠机械带动机械带动系统可以通过机械来进行运动它的主要结构零件有凸轮、齿轮、齿条和连杆机械带动机械手通常条件使要依附于主机上它的优势在于工作效率高，定位精确稳当但使缺点使构造相对大，运动方式不能更改d) 依靠电力带动电力带动机械手使通过各自电机来运行，所以不需要换构造它有着比较简单的机械构造运动速度较快的是直线电机机械手它的特点是形成相对长，在运用中有着十分方便的操作方式和保养3) 按操纵形式归类(a) 点位操纵点与点的运动形式是定位操纵它的操纵局限在点与点之间，对工作的路线没有办法操纵但是我们可以用操纵电气操纵机构来影响点数专门的机械手和普通通用的机械手都归结在这种形式。

b) 连续路线操纵它的工作路线可以是随意的连续曲线它拟定的点是无尽的在机械手工作时运动的路线都是可操纵的这种方式可以满足稳定和精确的运动它运用的规模相对较大因为电气操纵机构相对繁琐，所以要通过小型计算机来操纵1．3 国内外发展概况由于工业自动化生产概念的兴起，机械手变成了科研的重点它的近况和走向可以分为如下几种：a.能够重新配置和模块化是机械构造进步的走向采用用关节和连杆模块重新组合的形式制造机器人整机[9]b.传感器在机器人构造中必不可少过去只应用了测量速度和定位的传感器现在在技术的发展中，机器人应用了声觉和视觉等传感器这种技术可以把机器人变得更加智能c.焊接和切割等工作的机器人越来越成熟它们可以离线进行编程目前，拥有两种科研趋势：其一是加装传感器、控制器制造出繁琐的机电系统和发达操纵算法的机器人；其二是与生产实际相结合，采用工业控制器和市场化、模块化的元件，在满足工作要求的基础上追求经济、简洁与可靠，用来完成具体任务的工业机器[13]1．4 本章小结本章主要介绍了机械手的概念，在工业生产中的应用，以及它的基本组成结构，即由实施机构、带动系统、操纵系统和定位测试装置四部分构成，同时又分别。