工业机械手设计

目录

摘要 (3)

第一章引言 (4)

1.1. 工业机械手设计的目的 (4)

1.2.机械手的设计方案 (4)

1.2.1. 机械手大臂的设计要求 (4)

1.2.2运动方案 (4)

1.2.3设计内容 (5)

1.2.4 执行机构 (5)

1.2.5运动机构 (6)

1.3 机械手腰座结构的设计 (7)

1.3.1 机械手腰座结构的设计要求 (7)

1.3.2 设计具体采用方案 (8)

1.4 工业机械手的概述 (9)

1.5 机械手腕部的结构设计 (9)

第二章系统工作工程 (12)

2.1 系统的介绍 (12)

2.2 出货过程 (12)

2.3 进货过程 (12)

第三章系统设计思想 (12)

3.1步进控制电路设计思想 (12)

3.2系统构成 (14)

3.3 PLC 软件系统设计的步骤 (15)

第四章 PLC机械手的形式 (16)

4.1 两手呈180°的回转式单臂双手机械手； (16)

4.2 两手互相垂直的回转式单臂双手机械手 (16)

4.3 机械手传送系统梯形图 (17)

4.4 指令语句表 (19)

4.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计 (20)

第五章液压传动系统设计 (22)

5.1液压传动系统设计计算 (22)

5.1.1确定液压系统基本方案 (22)

5.1.2拟定液压执行元件运动控制回路 (23)

5.1.3液压源系统的设计 (23)

5.1.4绘制液压系统图 (24)

第六章零件图工艺分析 (25)

6.1数控铣削加工 (25)

6.3平面凸轮的数控铣削工艺分析 (29)

结束语 (34)

致谢 (35)

参考文献 (36)

摘要

工业机械手是在生产过程中采用机电结合来模拟人手动作的机械设备，它可以代替人手搬运笨重物体或在高温、有毒、高粉尘，易燃易爆、单调和放射性等恶劣的环境下工作。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。

第一章引言

1.1. 工业机械手设计的目的

机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而工业机械手课程设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。

工业机械手的设计涉及：机械设计原理、液压、气压、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。

设计目的：

1、培养学生的机械设计能力；

2、扩展学生的知识结构；

3、帮助学生培养综合运用能力；

4、是课堂教学的有益补充。

1.2.机械手的设计方案

1.2.1. 机械手大臂的设计要求

l、行程：0—500mm，任意可凋。

2、运动时间：0—5S

3、运动平稳，定位可靠、精确。

4、结构设计时考虑伸缩臂原位时的整机平衡。

5、与旋转机座、伸缩臂为法兰联接。

6、采用燕尾滑动导轨，铸造毛坯。

1.2.2运动方案

C1 液压驱动方案

采用直线油缸。考虑手臂最低工位，推荐采用上图所示变行程措施。

C2 机械驱动方案

采用滚珠丝杠传动。考虑伸缩臂等惯性力作用对定位的影响。

1.2.3设计内容

方案C1

l、大臂结构设计；

2、大臂结构强度计算；

3、驱动系统液压油流量、压力、驱动油缸的选择；

4、齿轮强度。

5、成果要求：画大臂部件装配图1张，大臂零件图1张

方案C2

1、大臂结构设计；

2、大臂结构强度计算；

3、传动系统设计：电机选择、丝杠选择(公称直径、导程)；

4、丝杠强度计算；

5、成果要求：画大臂部件装配图1张、丝杠零件图1张。

1.2.4 执行机构

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

1、手部即与物件接触的部件。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

2、手腕是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。

3、手臂支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。

4、立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。

5、行走机构机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。

6、机座它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。

7、其它部分行程检测装置和传感装置等。

行程检测装置是检测和控制机械手各运动行程（位置）的装置。

传感装置其中装有某种传感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指与物件是否接触、物件有无滑下或脱落、物件的位置是否准确、手指对物件的握紧力是否与物件的重量相适应。

1.2.5运动机构

1.直角坐标机器人结构

直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图1-1.a。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。

直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。

2.圆柱坐标机器人结构

圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图1-1.b。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。

3. 球坐标机器人结构