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毕业设计 工业机械手设计说明书 第一章引言
工业机械手概述
工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平,可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中,它代替人进行正常的工作,意义更为重大。因此,在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单,专用性较强,仅为某台机床的上下料装置,是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展,制成了能够独立的按程序控制实现重复操作,适用范围比较广的"程序控制通用机械手",简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序,适应性较强,所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便,输出力小,液压动作迅速,结构简单,成本低。但是,由于空气具有可压缩的特性,工作速度的稳定性较差,冲击大,而且气源压力较低,抓重一般在30公斤以下,在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大,所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
液压技术有以下优点: (1)体积小、重量轻,因此惯性力较小,当突然过载或停车时,不会发生大的冲击; (2) 能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度,并可实现无极调速:
(3)换向容易,在不改变电机旋转方向的情况下,可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换:
(4) 液压泵和液压马达之间用油管连接,在空间布置上彼此不受严格限制:
(5) 由于采用油液为工作介质,元件相对运动表面间能自行润滑,磨损小,使用寿命长:
(6) 操纵控制简便, 自动化程度高:
(7) 容易实现过载保护。
液压机械手的设计要求
课题的设计要求本课题将要完成的主要任务如下:
(1) 机械手为通用机械手,因此相对于专用机械手来说,它的适用面相对较广。
(2) 选取机械手的座标型式和自由度。
(3) 设计出机械手的各执行机构,包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了便通用性更强,手部设计成可更换结构,不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件,在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。
(4) 液压传动系统的设计本课题将设计出机械手的液压传动系统,包括液压元器件的选取,液压回路的设计,
并绘出液压原理图。
(5) 机械手的控制系统的设计本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制,本课题将要选取PLC型号,根
据机械手的工作流程编制出PLC程序,并画出梯形图。
机械手的系统工作原理及组成
机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。
位置检测装置
图1-1机械手的系统工作原理框图
机械、手的工作原理:机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下,采用液压传动方式,来实现执行机构的相应部位发生规定要求的,有顺序,有运动轨迹,有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手的动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置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.
(一)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。由于与物件接触的形式不同,可分为夹持式和吸附式手在本课题
中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件,常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单,制造容易, 故应用较广泛。平移型应用较少,其原因是结构比较复杂,但平移型手指夹持圆形零件时, 工件直径变化不影响其轴心的位置,因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
2、手腕是连接手部和手臂的部件,并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)
3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的