吸盤式機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計

吸盤式機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計,吸盤,機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計 LOGO論文文題目目吸盤式機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計吸盤式機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計選題依據(jù)選題依據(jù)主要技術(shù)要求參數(shù)：吸持力主要技術(shù)要求參數(shù)：吸持力2kg；自由度數(shù)為；自由度數(shù)為3；運(yùn)動；運(yùn)動形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍0-300mm，手臂升，手臂升降行程范圍降行程范圍0-200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍0-180；定位；定位方式為定位塊；控制方式為點位式、方式為定位塊；控制方式為點位式、PLC控制；驅(qū)動方式為控制；驅(qū)動方式為氣壓傳動系統(tǒng)。氣壓傳動系統(tǒng)。主要用途：設(shè)計一套真空吸盤式氣動機(jī)械手，它采用圓主要用途：設(shè)計一套真空吸盤式氣動機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動形式，氣壓傳動，柱坐標(biāo)型的運(yùn)動形式，氣壓傳動，PLC系統(tǒng)控制。功能原理系統(tǒng)控制。功能原理先進(jìn)，動作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求。先進(jìn)，動作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求。選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路u主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容.了解液壓與氣壓傳動機(jī)械的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。了解液壓與氣壓傳動機(jī)械的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。.掌握氣壓傳動機(jī)械設(shè)計的一般過程。掌握氣壓傳動機(jī)械設(shè)計的一般過程。a.氣壓機(jī)械手及氣壓傳動系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計氣壓機(jī)械手及氣壓傳動系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計（工藝分析、原理圖設(shè)計、總體布局）。（工藝分析、原理圖設(shè)計、總體布局）。b.技術(shù)設(shè)計（各組成部分的運(yùn)動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料技術(shù)設(shè)計（各組成部分的運(yùn)動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、零件強(qiáng)度與剛度校核、繪制設(shè)計圖樣和編寫技術(shù)文選擇、零件強(qiáng)度與剛度校核、繪制設(shè)計圖樣和編寫技術(shù)文件。）件。）c.審核鑒定。審核鑒定。.了解常用的了解常用的CAD設(shè)計軟件，并能熟練運(yùn)用一種設(shè)計軟件，并能熟練運(yùn)用一種CAD軟軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計。件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計。.具備較強(qiáng)的自學(xué)能力、掌握獨(dú)立獲取、消化和應(yīng)用新知具備較強(qiáng)的自學(xué)能力、掌握獨(dú)立獲取、消化和應(yīng)用新知識的能力和方法，具有一定的分析解決實際問題的能力，識的能力和方法，具有一定的分析解決實際問題的能力，具有初步的科研、開發(fā)能力。具有初步的科研、開發(fā)能力。選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路u研究思路研究思路分析、理解設(shè)計任務(wù)書的要求分析、理解設(shè)計任務(wù)書的要求查閱相關(guān)資料查閱相關(guān)資料初步初步擬訂設(shè)計方案擬訂設(shè)計方案設(shè)計方案對比并確定最佳方案設(shè)計方案對比并確定最佳方案參數(shù)的設(shè)參數(shù)的設(shè)計計算計計算裝配圖草圖裝配圖草圖零件設(shè)計零件設(shè)計零件草圖零件草圖繪制零件圖繪制零件圖繪制裝配圖繪制裝配圖編寫設(shè)計說明書編寫設(shè)計說明書論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容u第一部分第一部分真空元件部分真空元件部分u第二部分第二部分控制系統(tǒng)部分控制系統(tǒng)部分u第三部分第三部分氣壓系統(tǒng)部分氣壓系統(tǒng)部分u第四部分第四部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分u第五部分第五部分機(jī)械手手臂部分機(jī)械手手臂部分第一部分第一部分真空元件部分真空元件部分u真空吸盤真空吸盤在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機(jī)械裝配等自動作業(yè)線上機(jī)械裝配等自動作業(yè)線上,使使用真空吸盤來抓取物體的案用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。柔而有彈性的例越來越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸如吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等工件的吸持、脫開、傳遞等搬運(yùn)功能搬運(yùn)功能,并確保不損壞其作并確保不損壞其作用之對象。用之對象。在此次設(shè)計中，工件平放；在此次設(shè)計中，工件平放；故從水平方向?qū)φ婵瘴P的故從水平方向?qū)φ婵瘴P的受力分析進(jìn)行動態(tài)分析。受力分析進(jìn)行動態(tài)分析。第一部分第一部分真空元件部分真空元件部分吸盤直徑雖表示吸盤的外徑，但利用吸盤直徑雖表示吸盤的外徑，但利用真空壓力吸附物體時，因真空壓會使橡真空壓力吸附物體時，因真空壓會使橡膠變形，吸附面積也會隨之縮小?？s小膠變形，吸附面積也會隨之縮小?？s小后的面積即稱為有效吸附面積，此時的后的面積即稱為有效吸附面積，此時的吸盤直徑即稱為有效吸盤直徑。吸盤直徑即稱為有效吸盤直徑。根據(jù)真空壓力，吸盤橡膠的厚度以及根據(jù)真空壓力，吸盤橡膠的厚度以及與吸附物的摩擦系數(shù)等不同，有效吸盤與吸附物的摩擦系數(shù)等不同，有效吸盤直徑也會有差異，一般情況可預(yù)估會縮直徑也會有差異，一般情況可預(yù)估會縮小小10%。綜合上述，所選吸盤參數(shù)為：吸盤直綜合上述，所選吸盤參數(shù)為：吸盤直徑徑D=40mm，吸盤吸持面積吸盤吸持面積A=12.6，吸盤個數(shù)，吸盤個數(shù)n=1，真空壓力，真空壓力P=0.04MPa。第一部分第一部分真空元件部分真空元件部分u真空發(fā)生器真空發(fā)生器真空發(fā)生器用于產(chǎn)生真空，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無可動真空發(fā)生器用于產(chǎn)生真空，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無可動機(jī)械部件，安裝和使用都很方便，因此應(yīng)用很廣泛，真空機(jī)械部件，安裝和使用都很方便，因此應(yīng)用很廣泛，真空發(fā)生器產(chǎn)生的真空度可達(dá)到發(fā)生器產(chǎn)生的真空度可達(dá)到88kpa，真空發(fā)生器的工作原，真空發(fā)生器的工作原理如圖所示。它是由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管理如圖所示。它是由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管1、負(fù)壓腔、負(fù)壓腔2、和接收管、和接收管3等組成，有供氣口、排氣口和真空口，當(dāng)供等組成，有供氣口、排氣口和真空口，當(dāng)供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出的超聲速射流。氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出的超聲速射流。由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負(fù)壓腔內(nèi)的氣體，使該由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負(fù)壓腔內(nèi)的氣體，使該腔形成很低的真空度，在真空口腔形成很低的真空度，在真空口A處接上真空吸盤，靠真空處接上真空吸盤，靠真空壓力和吸盤吸取物體。壓力和吸盤吸取物體。第一部分第一部分真空元件部分真空元件部分真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不但由噴嘴的直徑?jīng)Q定，還與供氣壓力有關(guān)。同意噴嘴直徑，但由噴嘴的直徑?jīng)Q定，還與供氣壓力有關(guān)。同意噴嘴直徑，其耗氣量隨供氣壓力的增加而增加，如圖所示。噴嘴直徑其耗氣量隨供氣壓力的增加而增加，如圖所示。噴嘴直徑是選擇真空發(fā)生器的主要依據(jù)。噴起直徑越大，抽吸流量是選擇真空發(fā)生器的主要依據(jù)。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越高。和耗氣量越小，真空度越高。該真空發(fā)生器耗氣量和真空度分別取該真空發(fā)生器耗氣量和真空度分別取5L/min，-0.002Mpa。第二部分第二部分控制系統(tǒng)部分控制系統(tǒng)部分應(yīng)用應(yīng)用PLC作為電氣控制，可以簡化控制線路，降低故障作為電氣控制，可以簡化控制線路，降低故障率，實現(xiàn)機(jī)械手多種動作線路。一般機(jī)械手有手動和自動率，實現(xiàn)機(jī)械手多種動作線路。一般機(jī)械手有手動和自動控制之分，手動控制主要用來硬件調(diào)試。自動控制中也分控制之分，手動控制主要用來硬件調(diào)試。自動控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按下啟動按鈕，檢測氣動機(jī)械手是否處于原位，如果不是，下啟動按鈕，檢測氣動機(jī)械手是否處于原位，如果不是，按下復(fù)位按鈕回到原位，如果是，則檢測氣動機(jī)械手處于按下復(fù)位按鈕回到原位，如果是，則檢測氣動機(jī)械手處于何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動按鈕，機(jī)械何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動按鈕，機(jī)械手執(zhí)行一步動作；單周期指執(zhí)行一次動作循環(huán)，最后回到手執(zhí)行一步動作；單周期指執(zhí)行一次動作循環(huán)，最后回到初始位置；周期循環(huán)是機(jī)械手重復(fù)不斷的執(zhí)行動作，直到初始位置；周期循環(huán)是機(jī)械手重復(fù)不斷的執(zhí)行動作，直到按下復(fù)位或停止按鈕為止。按下復(fù)位或停止按鈕為止。根據(jù)機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)，PLC輸入信號有：工作狀態(tài)選輸入信號有：工作狀態(tài)選擇開關(guān)輸入、啟動停止按鈕輸入、磁性接近開關(guān)信號輸入、擇開關(guān)輸入、啟動停止按鈕輸入、磁性接近開關(guān)信號輸入、手動開關(guān)輸入及程序選擇開關(guān)輸入共手動開關(guān)輸入及程序選擇開關(guān)輸入共22個輸入點；機(jī)械手個輸入點；機(jī)械手的輸出信號有：驅(qū)動的輸出信號有：驅(qū)動4個氣缸的電磁閥線圈個氣缸的電磁閥線圈4個，控制真空個，控制真空吸盤的電磁閥線圈吸盤的電磁閥線圈2個，原點指示燈個，原點指示燈1個，共七個輸出點。個，共七個輸出點。選擇輸入點大于選擇輸入點大于22點，輸出大于點，輸出大于7點的點的PLC。第二部分第二部分控制系統(tǒng)部分控制系統(tǒng)部分機(jī)械手的定位系統(tǒng)采取定位塊定位，在設(shè)定位置裝置定機(jī)械手的定位系統(tǒng)采取定位塊定位，在設(shè)定位置裝置定位塊。并為了達(dá)到緩沖的目的，在滿足工作要求的前提下，位塊。并為了達(dá)到緩沖的目的，在滿足工作要求的前提下，設(shè)計盡量輕的零部件。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，設(shè)計盡量輕的零部件。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，或者將一些實心的零件做成空心的，以此來減輕總質(zhì)量?；蛘邔⒁恍嵭牡牧慵龀煽招牡?，以此來減輕總質(zhì)量。采取采取PLC程序控制，控制系統(tǒng)選擇三菱公司的程序控制，控制系統(tǒng)選擇三菱公司的FX1S系列的系列的PLC控制器。另外機(jī)械手還可進(jìn)行回零等，其有手動控制控制器。另外機(jī)械手還可進(jìn)行回零等，其有手動控制方式和全自動控制。方式和全自動控制。自動生產(chǎn)線機(jī)械手的主要參數(shù)自動生產(chǎn)線機(jī)械手的主要參數(shù):吸持力吸持力2kg；自由度數(shù)；自由度數(shù)為為3；運(yùn)動形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮最大行程；運(yùn)動形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮最大行程300mm；手臂升降最大行程為手臂升降最大行程為200mm；手臂回轉(zhuǎn)最大行程；手臂回轉(zhuǎn)最大行程180度，度，手臂升降速度為手臂升降速度為150mm/s；大臂回轉(zhuǎn)角度范圍；大臂回轉(zhuǎn)角度范圍0-90，大臂回轉(zhuǎn)速度為大臂回轉(zhuǎn)速度為135/s；定位方式為定位塊；定位精度；定位方式為定位塊；定位精度為；控制方式為點位式、為；控制方式為點位式、PLC控制；驅(qū)動方式為氣壓系統(tǒng)。控制；驅(qū)動方式為氣壓系統(tǒng)。第三部分第三部分氣壓系統(tǒng)部分氣壓系統(tǒng)部分真真空空吸吸盤盤式式氣氣動動機(jī)機(jī)械械手手是是自自動動化化流流水水生生產(chǎn)產(chǎn)線線中中廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用的的工工件件搬搬運(yùn)運(yùn)機(jī)機(jī)械械設(shè)設(shè)備備，它它是是流流水水線線作作業(yè)業(yè)中中不不可可或或缺缺的的運(yùn)運(yùn)輸輸單單元元。氣氣動動機(jī)機(jī)械械手手要要求求氣氣壓壓系系統(tǒng)統(tǒng)完完成成的的主主要要動動作作是是（工工件件平平放放）：吸吸持持工工件件-大大臂臂上上升升200mm-大大臂臂回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 180-手手 臂臂 延延 伸伸300mm-放放下下工工件件-手手臂臂收收縮縮300mm-大大臂臂反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)180-大大臂臂下下降降200mm。整整個個周周期期要要完完成成所所有有動動作作必必須須由由3個個氣氣壓壓缸缸協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)動動作作才才能做到能做到。第四部分第四部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分u齒輪齒條機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)齒輪齒條傳動與帶傳動相比主要有以下優(yōu)點：齒輪齒條傳動與帶傳動相比主要有以下優(yōu)點：（1）傳遞動力大、效齒輪傳動的特點。齒輪傳動用來傳遞）傳遞動力大、效齒輪傳動的特點。齒輪傳動用來傳遞任意兩軸間的運(yùn)動和動力，其圓周速度可達(dá)到任意兩軸間的運(yùn)動和動力，其圓周速度可達(dá)到300m/s，傳遞功率可達(dá)傳遞功率可達(dá)105KW，齒輪直徑可從不到，齒輪直徑可從不到1mm到到150m以上，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣的一種機(jī)械傳動。以上，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣的一種機(jī)械傳動。（2）壽命長，工作平穩(wěn)，可靠性高；壽命長，工作平穩(wěn)，可靠性高；（3）能保證恒定的傳動比，能傳遞任意夾角兩軸間的運(yùn)能保證恒定的傳動比，能傳遞任意夾角兩軸間的運(yùn)動。動。齒輪傳動與帶傳動相比主要缺點有：齒輪傳動與帶傳動相比主要缺點有：（1）制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高；）制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高；（2）不宜作遠(yuǎn)距離傳動。）不宜作遠(yuǎn)距離傳動。第四部分第四部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分圖圖7.1齒輪結(jié)構(gòu)圖齒輪結(jié)構(gòu)圖圖圖7.2齒齒條條結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖第四部分第四部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分機(jī)械機(jī)構(gòu)部分表表7.1齒輪性能參數(shù)表齒輪性能參數(shù)表第五部分第五部分機(jī)械手手臂部分機(jī)械手手臂部分手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運(yùn)動。部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運(yùn)動。手臂運(yùn)動應(yīng)該包括手臂運(yùn)動應(yīng)該包括3個運(yùn)動：伸縮、翻轉(zhuǎn)和升降。個運(yùn)動：伸縮、翻轉(zhuǎn)和升降。臂部運(yùn)動的目的：把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點。臂部運(yùn)動的目的：把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個自由度才能滿足基本個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動。手臂的各種要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運(yùn)動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工的靜、動載荷，而且自身運(yùn)動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。由于本設(shè)計需要，手部、腕部無需設(shè)計，只需設(shè)計手臂由于本設(shè)計需要，手部、腕部無需設(shè)計，只需設(shè)計手臂即可。本設(shè)計選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用氣壓驅(qū)動即可。本設(shè)計選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用氣壓驅(qū)動,氣壓缸氣壓缸選取雙作用氣壓缸。選取雙作用氣壓缸。第五部分第五部分機(jī)械手手臂部分機(jī)械手手臂部分氣壓缸的驅(qū)動力氣壓缸的驅(qū)動力F=1700N，氣壓缸的內(nèi)徑為氣壓缸的內(nèi)徑為40mm，行程為行程為500mm，氣壓缸的，氣壓缸的缸筒長度缸筒長度L為為668mm。致謝致謝