工業(yè)機(jī)械手設(shè)計指導(dǎo)書

1、工業(yè)機(jī)械手設(shè)計一、畢業(yè)設(shè)計題目概述機(jī)械手是模仿人的手部動作，按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動裝置，它是機(jī)械化、自動化的重要手段。因此，獲得了日益廣泛的應(yīng)用，特別在高溫、高壓、危險、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中，它代替了人的工作，具有重要的意義。在機(jī)械加工中，沖壓、鑄、鍛、焊、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸、國防工業(yè)等各方面，也已愈來愈引起人們的重視。機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)以及位置檢測裝置等組成，驅(qū)動系統(tǒng)可采用液壓傳動、氣動傳動、電氣傳動和機(jī)械傳動等形式，而多數(shù)采用電液機(jī)聯(lián)合傳動。該機(jī)械手是將圓柱形零件從傳送帶上

2、夾裝到專用機(jī)床上，待加工完畢后再夾裝回傳送帶的專用機(jī)械手(圖1)。機(jī)械手總體設(shè)計分為夾持器、伸縮臂、升降臂和底座四大部件設(shè)計及二個系統(tǒng)：PC電控系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)設(shè)計。夾持器安裝于伸縮臂上，伸縮臂安裝在升降臂上，升降臂安裝在底座上。連接方式均為法蘭盤螺栓連接。機(jī)械手工作過程如圖2所示。圖2 機(jī)械手工作流程圖碼垛機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖3所示。工作程序為：液壓缸2伸出四邊形機(jī)構(gòu)3下降夾持器4夾緊工件5液壓缸2縮回四邊形機(jī)構(gòu)3上升底座1回轉(zhuǎn)（到達(dá)位置后）液壓缸2伸出四邊形機(jī)構(gòu)3下降夾持器4放開工件5液壓缸2縮回四邊形機(jī)構(gòu)3上升底座1回轉(zhuǎn)至原位。然后進(jìn)行下一循環(huán)。改變夾持器形狀，可夾持不同工件或物體。二、設(shè)計

3、參數(shù)（說明：工業(yè)機(jī)械手改換末端執(zhí)行器和工作方式，可完成不同工件或物體的操作，基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計內(nèi)容和控制程序大體相同。本設(shè)計題目共分四種：工件工序轉(zhuǎn)換機(jī)械手；箱體類物體移位機(jī)械手；工件翻轉(zhuǎn)機(jī)械手；裝箱機(jī)械手。）本設(shè)計工業(yè)機(jī)械手由四個部分組成：底座回轉(zhuǎn)部分、機(jī)身升降部分、伸縮臂伸縮部分和末端執(zhí)行器夾持部分。主機(jī)總體參數(shù)：圓柱形零件的尺寸為直徑80毫米，高為150毫米，機(jī)械手回轉(zhuǎn)角度為90度，升降高度為500mm，伸縮長度為300mm。三、設(shè)計方案及要求（一）底座回轉(zhuǎn)部分設(shè)計方案及要求1、轉(zhuǎn)動角度90度，單向運動時間2秒；定位準(zhǔn)確，要有定位措施。2、采用回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)，齒圈固定，液壓馬達(dá)行星齒輪傳動或電

4、機(jī)驅(qū)動。3、與大臂和地基采用法蘭聯(lián)接。（二）機(jī)身升降部分設(shè)計方案和要求1、升降臂起升高度：0500mm，任意可調(diào)；2、單向升降運動時間：03s；3、可采用電機(jī)驅(qū)滾珠絲杠傳動或液壓傳動齒輪倍程升降機(jī)構(gòu)，共兩種方案。4、升降臂定位可靠、精確。5、升降臂與旋轉(zhuǎn)底座、伸縮臂為法蘭連接；6、結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮伸縮臂工作時的整機(jī)平衡；（三）伸縮臂設(shè)計方案和要求1、伸縮長度：300mm，伸縮臂固定在升降臺上，隨升降臺做上下運動和旋轉(zhuǎn)運動；伸縮臂前端安裝機(jī)械手，用于夾持工件；伸縮臂直線伸縮，完成工件的工位轉(zhuǎn)換。2、單方向伸縮時間：11.5S3、可采用電機(jī)(伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī))驅(qū)滾珠絲杠傳動或液壓驅(qū)動，共兩種方案。

5、4、伸縮運動平穩(wěn)，起動和終止無剛性沖擊，定位準(zhǔn)確，要有定位措施。（四）夾持器設(shè)計方案和要求1、所要抓緊的工件直徑為80mm。2、抓持速度為20mms3、采用液壓驅(qū)動連桿式或楔塊式夾持器，有多種方案，方案自定。4、加緊動作平穩(wěn)，起動和終止無剛性沖擊；由運動分析及所需夾持力得到機(jī)構(gòu)各部分尺寸四、設(shè)計步驟及工作量設(shè)計步驟1、明確設(shè)計任務(wù)，收集分析資料認(rèn)真閱讀設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計任務(wù)，查找收集有關(guān)資料，進(jìn)行認(rèn)真分析研究，了解類似機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和工作原理。2、總體方案設(shè)計參考有關(guān)資料，進(jìn)行方案設(shè)計。確定各部分采用的具體方案，繪出結(jié)構(gòu)草軼聞。3、技術(shù)設(shè)計根據(jù)總體方案的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計，進(jìn)行運動設(shè)計和動

6、力設(shè)計，選擇元件，對主要零件進(jìn)行強度和剛度計算初步確定主要結(jié)構(gòu)尺寸。4、圖紙設(shè)計根據(jù)總體設(shè)計方案和技術(shù)設(shè)計的結(jié)果，進(jìn)行圖紙設(shè)計，按國家制圖標(biāo)準(zhǔn)完成圖紙設(shè)計。5、編制技術(shù)文件按規(guī)定要求，編制設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文），準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。設(shè)計內(nèi)容和工作量1、方案選擇，列出多方案分析對比，從中選優(yōu)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，畫出簡圖。2、運動分析計算。3、動力計算。4、控制系統(tǒng)的設(shè)計和控制程序的編制。5、結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪圖，按學(xué)院要求，工程繪圖量一般不少于折合成圖幅為A0號的圖紙3張。機(jī)械裝配圖1張，電器控制圖1張，液壓控制圖1張，零件圖數(shù)量根據(jù)設(shè)計結(jié)果確定，為培養(yǎng)工程素質(zhì)，要加大繪圖量。6、編制畢業(yè)設(shè)計說明書，畢業(yè)設(shè)

7、計說明書正文字?jǐn)?shù)不少于2萬字（大約40頁以上），查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)10篇以上，翻譯與課題有關(guān)的英文資料2萬個印刷字符以上，約5000個漢字。五、控制系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計的控制系統(tǒng)包括液壓控制和電器控制兩部分。液壓控制部分參考液壓相關(guān)教材進(jìn)行設(shè)計。電器控制的核心部分是PLC控制。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計按以下程序和要求進(jìn)行：1、分析控制過程與要求根據(jù)任務(wù)書要求，分析整個系統(tǒng)必須完成的動作與順序，畫出工藝流程圖（各個動作的順序及相應(yīng)所需的執(zhí)行器、行程開關(guān)）并具此而列出機(jī)械手動作的順序表，（各個不許對應(yīng)的輸入條件，輸出狀態(tài)及個對應(yīng)執(zhí)行器的對應(yīng)關(guān)系等）分析整個控制過程，即可確定PLC的輸入輸出兩即相應(yīng)的元件與設(shè)備

8、。2、選擇PLC（1） I/O點數(shù)的估算根據(jù)上述分析的結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計估算，一般估算后再增加15%的點數(shù)。（2） 容量計算一般指令的條數(shù)為I/O點數(shù)的10-12倍左右，PLC的容量不得小于此要求。（3） 其它還應(yīng)考慮功能，I/O接口模塊（工作電壓、負(fù)荷及匹配等）的要求。我們此次設(shè)計選擇的PLC定為F1或FX系列。3、編制I/O分配表、圖根據(jù)所選的PLC（F1或FX系列）的內(nèi)部元件及輸入輸出的相關(guān)元件、設(shè)備，編制出I/O分配表、圖4、軟件設(shè)計根據(jù)任務(wù)書的要求，可以采用移位寄存指令或步進(jìn)指令進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計，整個控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)采用模塊化設(shè)計。六、圖紙設(shè)計根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算的結(jié)果，進(jìn)行圖紙設(shè)計。制

9、圖工作量不少于學(xué)院規(guī)定。圖面要求整潔，圖幅、圖樣畫法、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的標(biāo)注等符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，裝配圖技術(shù)求中說明伸縮臂的技術(shù)參數(shù)及裝配技術(shù)要求，標(biāo)準(zhǔn)件、外購件的規(guī)格型號應(yīng)在明細(xì)表中注明。 七、編制設(shè)計計算說明書編制設(shè)計計算說明書的基本要求：1、設(shè)計計算說明書按統(tǒng)一格式打印裝訂。2、正文的內(nèi)容及格式：概述方案設(shè)計（包括控制方案）動力設(shè)計計算主要零件的設(shè)計計算結(jié)構(gòu)設(shè)計及必要的說明（附圖）設(shè)計總結(jié)。3、設(shè)計計算公式和參數(shù)選擇正確，并注明出處，計算過程清晰、正確，單位統(tǒng)一，符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。八、知識準(zhǔn)備本設(shè)計涉及機(jī)、電、液各方面內(nèi)容，可進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計能力的訓(xùn)練、設(shè)計計算能力的訓(xùn)練、機(jī)

10、械結(jié)構(gòu)設(shè)計的訓(xùn)練、電器控制系統(tǒng)設(shè)計能力的訓(xùn)練、液壓系統(tǒng)設(shè)計計算和回路設(shè)計能力的訓(xùn)練，查閱機(jī)械設(shè)計手冊和相關(guān)技術(shù)資料的能力訓(xùn)練、閱讀翻譯科技英語的訓(xùn)練，知識涵蓋面廣，綜合能力訓(xùn)練比較全面。涉及到已學(xué)知識有：機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、工程材料、機(jī)制工藝、機(jī)電傳動與控制、可編程控制器、液壓傳動與控制等。在設(shè)計中應(yīng)用到相關(guān)內(nèi)容時要進(jìn)行復(fù)習(xí)。如采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，可用PLC控制，也可用單片機(jī)控制，單片機(jī)知識不足的學(xué)生，可自行學(xué)習(xí)，通過自學(xué)，培養(yǎng)自己獲取知識的能力。九、本題目的重點和難點以及與同組其它學(xué)生所做題目的關(guān)系本題目的綜合訓(xùn)練比較強，涉及知識面廣，重點是對學(xué)生進(jìn)行綜合

11、能力培養(yǎng)，在設(shè)計過程中培養(yǎng)工程思想，培養(yǎng)工程意識，理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)和提高初步設(shè)計能力。本題目難度適中，難點不在于設(shè)計計算，而在于結(jié)合實際，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇標(biāo)準(zhǔn)零部件，查閱設(shè)計手冊，培養(yǎng)實際能力。工業(yè)機(jī)械手由底座、機(jī)身、伸縮臂、末端夾持器和控制部分組成，不同部分，不同方案，組合成不同題目，每個學(xué)生所做題目都不完全相同，但各部分之間又有相互聯(lián)系，設(shè)計中要有總體思想，注意和其他學(xué)生之間的接口聯(lián)接。十、指導(dǎo)方式和進(jìn)度安排本次畢業(yè)設(shè)計采取集中指導(dǎo)和個別指導(dǎo)相結(jié)合的輔導(dǎo)方式。根據(jù)設(shè)計進(jìn)度，分階段進(jìn)行集中指導(dǎo)，要求每個學(xué)生要按要求完成規(guī)定時間的工作量，跟上設(shè)計進(jìn)度。對個別學(xué)生設(shè)計的困難的，或設(shè)計中有什么

12、問題，可隨時與老師聯(lián)系，進(jìn)行個別指導(dǎo)。學(xué)生畢業(yè)設(shè)計在固定教室進(jìn)行，教師經(jīng)常到教室查看設(shè)計進(jìn)度，解答學(xué)生設(shè)計中遇到的問題，并對學(xué)生出勤情況進(jìn)行登記。學(xué)生有事外出，必須請假（假條經(jīng)輔導(dǎo)員簽字，交指導(dǎo)老師登記）。畢業(yè)設(shè)計過程不符合要求的學(xué)生不準(zhǔn)參加畢業(yè)答辯。進(jìn)度安排：本次畢業(yè)設(shè)計時間總共16周，設(shè)計進(jìn)度大致安排如下：第1周第2周：收集資料，相關(guān)知識準(zhǔn)備。第3周第8周：方案設(shè)計、設(shè)計計算、控制系統(tǒng)設(shè)計、草圖設(shè)計。第9周第12周：圖紙設(shè)計，完成全部設(shè)計圖紙。第13周第14周：整理打印設(shè)計說明書。學(xué)生要在第14周以前完成全部設(shè)計。指導(dǎo)老師對設(shè)計成果進(jìn)行評閱，不符合要求的要修改設(shè)計。進(jìn)行畢業(yè)答辯資格審查，達(dá)

13、不到答辯要求的不能參加答辯。學(xué)生準(zhǔn)備畢業(yè)答辯，準(zhǔn)備內(nèi)容在答辯前講。畢業(yè)答辯，評定畢業(yè)設(shè)計成績。十一、參考資料的使用方法畢業(yè)設(shè)計涉及知識面很廣，學(xué)生在設(shè)計過程中要注意培養(yǎng)獲取知識的能力，除指定的參考資料外，可自己根據(jù)需要參考一些參考資料，還要學(xué)會從互聯(lián)網(wǎng)上獲取所需知識。設(shè)計中用到參考資料中的內(nèi)容，要在引用內(nèi)容的右上角標(biāo)出序號x，從互聯(lián)網(wǎng)上查到的資料，要把網(wǎng)址列入?yún)⒖假Y料中，并標(biāo)出代號。以下列出參考書目，供設(shè)計時參考，也可參考其它書，要特別注意參考書目的寫法，畢業(yè)設(shè)計說明書中的參考書，要按以下格式列出。1 張建民著.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計（第二版）.北京:高教出版社,2001.8 2 馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計.大連:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.103 鄭堤，唐可洪主編.機(jī)電一體化設(shè)計.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20054 丁樹模主編.液壓傳動.北京:機(jī)械工業(yè)出