直進(jìn)回轉(zhuǎn)式機(jī)械手設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

直進(jìn)回轉(zhuǎn)式機(jī)械手設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū),回轉(zhuǎn),機(jī)械手,設(shè)計(jì),cad,圖紙,說(shuō)明書(shū),仿單 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱(chēng) ___直進(jìn)回轉(zhuǎn)式機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 定稿日期： 7 直進(jìn)回轉(zhuǎn)式機(jī)械手設(shè)計(jì) 1 選題背景、來(lái)源及其意義 本課題來(lái)自企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)的各領(lǐng)域，越來(lái)越多的工業(yè)機(jī)械手出現(xiàn)在我們的面前。特別是在搬運(yùn)、焊接、噴漆、裝配等條件比較惡劣和工作比較繁重的情況下，采用機(jī)器手代替人工勞動(dòng)有更大的優(yōu)越性，這不僅減輕了工人的工作強(qiáng)度，而且提高了工作效率和準(zhǔn)確性。特別是裝配線(xiàn)機(jī)械手在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化。 現(xiàn)代工業(yè)中， 生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化， 自動(dòng)化已成為突出的主題。 然而在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生 產(chǎn)工序銜接起來(lái)，不僅費(fèi)時(shí)而且效率不高。同時(shí)人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，有時(shí)還會(huì) 出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率和自動(dòng)化程度。 機(jī)械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況，它不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。 在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用具有以下意義： 1. 可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的 裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 2. 可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故 在高 溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒 性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。 而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)， 大大地改善了工人的勞動(dòng) 條件。同時(shí)，在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工 作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3.可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用 機(jī) 械 手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由 于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī) 床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手， 以減少人力和更準(zhǔn)確地控制 生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 2 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)） 在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中，機(jī)械手雖然 目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危 險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視， 并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。 （王承義，1995） 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái) 機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī) 構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962 年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又 試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)） 。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存 儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年，美國(guó)機(jī)械 制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 Vewrsatran 機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、 升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。這兩種出現(xiàn)在六十年代初的機(jī)械 手，是后來(lái)國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大 學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 Unimate-Vicarm 型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子 計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1 毫米。聯(lián)邦德國(guó) KnKa 公司 還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 目前，機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主 要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控 制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感 覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò) 程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系 統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)節(jié)。 機(jī)械手應(yīng)用意義機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消 費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。 機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的 重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一 。新世紀(jì)，生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)機(jī) 械工業(yè)的快速發(fā)展。 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性 能方面都不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 所以， 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍， 重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用 專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、 計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以 便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有 觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng) 中的一個(gè)基本單元。 國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、 橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái) 完成規(guī)定的操作。 國(guó)外機(jī)械數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使 它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍 許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取 得一定成績(jī)。 目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化， 高速化， 多軸化， 輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。 定位精度可以滿(mǎn)足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到 3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá) 到 6 軸，負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。更重要的是將機(jī)械手、柔性制 造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀 態(tài)。 同時(shí)， 隨著機(jī)械手的小型化和微型化， 其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域， 而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。 目前我國(guó)機(jī)械手的研發(fā)和應(yīng)用還處在一個(gè)發(fā)展的階段， 跟美國(guó)日本等發(fā)達(dá)國(guó) 家相比還有很大的差距，很多產(chǎn)品還需進(jìn)口，特別是高靈活、高精度的機(jī)械手。 要使我國(guó)機(jī)械工業(yè)更進(jìn)一步在發(fā)展壯大，就必須提高其自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率， 將人手操作變?yōu)闄C(jī)械手操作。同時(shí)，國(guó)家應(yīng)加大對(duì)機(jī)械手及機(jī)器人的研發(fā)投入， 積極開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，從根本上解決對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的進(jìn)口需求。 3 研究?jī)?nèi)容 根據(jù)畢業(yè)任務(wù)書(shū)要求，將機(jī)器人設(shè)計(jì)為圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人。 設(shè)計(jì)部分：一、機(jī)械部分 1、底部導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 底部導(dǎo)軌主要用于機(jī)器人前進(jìn)和后退導(dǎo)向作用，和支撐整個(gè)機(jī)器人。 機(jī)器人與底部導(dǎo)軌采用滾珠絲杠傳動(dòng)，滾珠絲杠水平放置。 2、水平回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 水平基座采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同過(guò)兩級(jí)減速裝置與垂直轉(zhuǎn)軸相連，轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承與箱體連接。 驅(qū)動(dòng)部分：步進(jìn)電機(jī) 傳動(dòng)部分：轉(zhuǎn)軸 執(zhí)行部分：水平機(jī)身 3、手臂部分設(shè)計(jì) 手臂與水平機(jī)身通過(guò)銷(xiāo)軸連接。手臂由4根鋼管形成的桁架組成。 手臂垂直擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)蝸輪蝸桿減速器與軸連接，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械手臂。 驅(qū)動(dòng)部分：步進(jìn)電機(jī) 傳動(dòng)部分：軸、手臂后端 執(zhí)行部分：手臂 4、末端機(jī)械手設(shè)計(jì) 機(jī)械手采用雙支點(diǎn)連桿式機(jī)械手，機(jī)械手為多齒V字型，連桿接 液壓缸伸出桿，隨著液壓缸伸出桿的伸出和縮進(jìn)，機(jī)械手打開(kāi)或閉合。 驅(qū)動(dòng)部分：氣壓缸 傳動(dòng)部分：連桿 執(zhí)行部分：多齒V字型手指 搬運(yùn)物體 設(shè)計(jì)機(jī)械手抓 計(jì)算并設(shè)計(jì)擺動(dòng)的電機(jī) 設(shè)計(jì)手臂 設(shè)計(jì)控制機(jī)械手抓的氣壓缸 設(shè)計(jì)水平回轉(zhuǎn)部件和電機(jī)選擇 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌、滾珠絲杠選型和小部件選擇校核 完成 ` 二、電氣部分 1、PLC選型 2、檢測(cè)裝置采用接近開(kāi)關(guān) PLC 驅(qū)動(dòng)電路 傳動(dòng)部分 末端執(zhí)行器 M1 M2 液壓缸 接近開(kāi)關(guān) 反饋 4 研究方案 機(jī)械傳動(dòng)方案 該機(jī)器人的完成的任務(wù)是：將50KG的重物搬運(yùn)5m的距離，同時(shí)要求搬運(yùn)時(shí)機(jī)械手臂水平旋轉(zhuǎn)180°。抓取重物時(shí)要提升一段高度，放下時(shí)再下降響應(yīng)的一段距離。所以該機(jī)器人分為三個(gè)重要部分——底部導(dǎo)軌部分、機(jī)身水平旋轉(zhuǎn)部分和手臂上下擺動(dòng)部分。 底部導(dǎo)軌部分 采用雙導(dǎo)軌，傳動(dòng)采用滾珠絲杠。 機(jī)身水平旋轉(zhuǎn)部分 機(jī)身底座安裝在導(dǎo)軌和螺母上，水平基座采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同過(guò)兩級(jí)減速裝置與垂直轉(zhuǎn)軸相連，轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承與箱體連接。箱體采用分體鉚接式。 手臂上下擺動(dòng)部分 手臂主體由4根鋼管、一個(gè)電機(jī)和蝸桿渦輪減速器組成，手臂由4根鋼管為主體構(gòu)成的桁架形成，桁架與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分通過(guò)螺栓連接，手臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分安裝在手臂箱體上，箱體與底部機(jī)器人的水平回轉(zhuǎn)通過(guò)螺栓連接。 電氣控制方案 控制部分采用PLC控制，PLC通過(guò)控制步進(jìn)控制器控制步進(jìn)電機(jī)，然后電機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)指定位置時(shí)，接近開(kāi)關(guān)采集信號(hào)，并反饋到PLC，PLC運(yùn)行程序，給出下一步動(dòng)作指令，達(dá)到機(jī)器人快速響應(yīng)的要求。 5 進(jìn)度計(jì)劃 2011.11-2011.12 收集資料、調(diào)研、翻譯外文技術(shù)資料，完成開(kāi)題報(bào)告。 2011.12-2012.1 研讀資料，擬定設(shè)計(jì)方案。 2012.1-2012.3 完成設(shè)計(jì)草圖，作必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。 2012.3-2012.4 最終完成總裝配圖，以及部件圖和零件圖設(shè)計(jì)。 2012.4-2012.5 完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 2012.6 答辯準(zhǔn)備及答辯。 參考文獻(xiàn) 1 UNECE, IFR. 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