小型柔性生產(chǎn)系統(tǒng) 機(jī)械設(shè)計(jì)龍門機(jī)械手【10張cad圖紙】【原稿可編輯】

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本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)龍門機(jī)械手，將用于工作人員出入，使斷開輸送帶上的零件通過機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)輸，需完成對(duì)工件的安全抓緊和釋放，并將零件從輸送帶的一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。通過本課題的研究，學(xué)生不僅可以了解自動(dòng)生產(chǎn)線的工作過程，還可以深入了解其組成部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。希望學(xué)生通過本課題設(shè)計(jì)，能充分運(yùn)用已學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出可行、優(yōu)化的裝置，并完成機(jī)械裝配圖，重要零件的加工圖，在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中，選用合理的動(dòng)力元件，計(jì)算設(shè)計(jì)零件的合理尺寸，體現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)思路，綜合應(yīng)用機(jī)械原理和設(shè)計(jì)、工程制圖，以及現(xiàn)代制造理念。2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）2.1國內(nèi)機(jī)械手領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展目前國內(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、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(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、視覺等性能的機(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。 2.2 國外機(jī)械手領(lǐng)域發(fā)展趨勢國外機(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)程序來完成規(guī)定的操作。國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢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，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。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。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S，量新產(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。市場上的龍門機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖:3 研究內(nèi)容3.1 課題的技術(shù)要求工件形狀：5050mm的鋁制圓柱體或5050mm的塑料圓柱體;托價(jià)為200145mm方形有機(jī)玻璃，2公斤。定位精度：1mm；運(yùn)動(dòng)速度：2m/min；工作行程：X：1000mm，Z：200mm；設(shè)計(jì)空間：橫梁與地面高度需有1800mm，便于工作人員通過。已知工作臺(tái)高度為1000mm，托架離工作臺(tái)200mm。工作要求：X軸引動(dòng)器用于機(jī)械手在水平方向上的精確定位，Z軸引動(dòng)器則完成對(duì)工件托架提起或放下操作，機(jī)械手爪則完成對(duì)工件托架安全抓緊或釋放操作。3.2方案設(shè)計(jì) 1.機(jī)械手的設(shè)計(jì)。2.X.Y兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)。3.總體方案設(shè)計(jì)。3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.X.Y.兩個(gè)方向的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3.總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 4.零部件設(shè)計(jì)。4 研究方案4.1機(jī)械手抓緊方案設(shè)計(jì)4.1.1手部結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的手部是機(jī)器人最重要的部件之一，從其功能和形態(tài)上看，分為工業(yè)機(jī)器人的手部和類人機(jī)器人的手部。目前前者應(yīng)用較多，也較成熟，后者正在發(fā)展中。工業(yè)機(jī)器人的手部夾持器（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來握持工件或工具的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材料及表面狀態(tài)的不同。其手部結(jié)構(gòu)也是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專門設(shè)計(jì)的，按握持原理的不同，常用的手部夾持器分為如下兩類： 1）夾持式：包括內(nèi)撐式與外夾式，常用的還有勾托式和彈簧式等。 2）吸附式：包括氣吸式與磁吸式等。 4.1.2手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。4.1.3設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題 1)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。2)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持物體的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。 3) 由3.1課題的技術(shù)要求可知。該機(jī)械手工作需要夾取的是方形托盤，托著的工件為5050mm的鋁制圓柱體；或5050mm的塑料圓柱體。以鋁的密度計(jì)算，工件的最大質(zhì)量為0.264KG。加上2KG的托架，總共2.264KG。屬于輕載。所以最終決定選用氣壓傳動(dòng)的通用機(jī)械手。作結(jié)構(gòu)簡圖如下:圖1：機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖由驅(qū)動(dòng)桿上的圓柱銷套在滑槽內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)連桿同圓柱銷一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可撥動(dòng)兩個(gè)手指個(gè)繞其支點(diǎn)作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的夾緊與松開動(dòng)作。4.2 龍門機(jī)架的方案設(shè)計(jì) 4.2.1現(xiàn)有的機(jī)械傳動(dòng)方式的簡述通常來說，用于步進(jìn)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般有以下幾類：1.絲杠：是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的元件。普通梯形絲杠可以自鎖，但是傳動(dòng)效率較低不適合高速往返運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠傳動(dòng)效率高、精度高、噪音低，適合高速往返運(yùn)動(dòng)。但傳動(dòng)跨度不可太大。2.齒條和小齒輪：承載力大，傳動(dòng)精度較高，可達(dá)0.1mm，可無限長度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)速度高。但噪音較大，較易磨損。3.傳送帶（同步帶）：可以高速傳動(dòng)，噪聲低。缺點(diǎn)是不可長距離傳動(dòng)，否則皮帶的變形會(huì)影響定位與控制。4.齒輪組：是傳動(dòng)效率最高的傳動(dòng)元件。但是由于齒輪本身形狀的限制，無法應(yīng)用于長距離傳動(dòng)。5.鏈條驅(qū)動(dòng)：載荷高，傳動(dòng)效率高。但鏈條的磨損會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)精度下降。6.主軸驅(qū)動(dòng)：可調(diào)速范圍大，傳動(dòng)效率高。4.2.2 X方向傳動(dòng)方式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由X軸方向工作范圍為1000mm，要求在水平方向上精確定位，工作速度大于2m/min。故選用同步帶傳動(dòng)。由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與水平方向上的從動(dòng)輪聯(lián)動(dòng)，帶動(dòng)滑塊做X方向的水平運(yùn)動(dòng)。滑塊與同步帶通過齒輪傳動(dòng)。左右兩端安裝兩個(gè)限位裝置，限制位移。為保證傳動(dòng)的穩(wěn)定性，在上下兩側(cè)設(shè)計(jì)裝配了兩條平行導(dǎo)軌。作結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖2：X方向結(jié)構(gòu)示意圖滑塊背面示意圖：圖3：滑塊背面示意圖4.2.3 Z方向傳動(dòng)方式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由Z軸方向工作范圍為200mm，Z軸引動(dòng)器完成對(duì)工件提起或放下操作。其末端為抓取釋放工件的機(jī)械手，需精確定位。且在工作中需多次完成高速往返運(yùn)動(dòng)。故選用絲杠螺母副作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)螺母副固定，絲杠由頂端步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為保證傳動(dòng)的穩(wěn)定，在兩側(cè)設(shè)計(jì)裝配了兩條導(dǎo)軌。作結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖4：Z方向運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖4.3總體方案綜合上面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)提出以下設(shè)計(jì)方案，龍門機(jī)架的同步帶機(jī)構(gòu)裝配在機(jī)架中間，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。絲杠螺母機(jī)構(gòu)安裝到一塊固定板上，再裝配到同步帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的滑板上。氣動(dòng)通用機(jī)械手裝配在絲杠螺母機(jī)構(gòu)的末端。作總裝配的結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖 5：總體方案結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)機(jī)械手的動(dòng)作流程如下：圖 6：設(shè)計(jì)流程圖5 進(jìn)度計(jì)劃2014.12 調(diào)研、查找相關(guān)資料2014.01 開題、擬定總體設(shè)計(jì)方案2015.02 完善開題報(bào)告，完成文獻(xiàn)翻譯2015.032015.04 設(shè)計(jì)計(jì)算、初步完成總裝配圖、部件圖、零件圖的繪制2015.052015.06 完善圖紙、撰寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。6 參考文獻(xiàn)1 蔡自興.機(jī)器人學(xué)M.北京.清華大學(xué)出版社,2000.2 王革華.新能源概論M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.3John Nofsinger. 美國物料搬運(yùn)和物流管理的市場及發(fā)展趨勢J.機(jī)電信息,2001(12).584 吳治堅(jiān).新能源和可再生能源的利用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.5 丁樹模.機(jī)械工程學(xué)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.6 李昌輝. 自動(dòng)上料機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)D.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.6 7 尹自榮,熊曉紅,駱際煥,王建坤. 數(shù)控上下料機(jī)械手的研究及應(yīng)用D.武漢：華中理工大學(xué)，2010.5 8陳佩云，金茂菁，曲忠萍.我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001年第1期9康立新，馬建華.工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)J.工程技術(shù) 10芮延年. 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2008 11宗光華. 新版機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)M. 北京: 科學(xué)出版社, 2007 12陳心昭. 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.13于傳浩,章滌峰.一種氣動(dòng)機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)J.武漢：武漢化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，2003.1014金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢態(tài)分析.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ，2005 15孫樹棟.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)M.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006 16嚴(yán)學(xué)高，孟正大.機(jī)器人原理.南京:東南大學(xué)出版社，2003 17謝存禧，張鐵.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200818朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用M.浙江：浙江大學(xué)出版社，200419 Doughty S.Mechanics of Machines.New York:John Wiley &Sons Inc.,198820Jensen P. 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