答辯PPT-澆注機械手設計

1、題目：澆注機械手設計目錄01、緒 論02、總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成03、澆注機械手的手部設計04、機械手尺寸設計與校核05、計算和選擇液壓元件06、結(jié) 論PART 01緒 論研究目的及意義工業(yè)機器手，是近數(shù)十年發(fā)展起來的一類高科技智能化制造裝置。工業(yè)機器手的發(fā)展是制造業(yè)機器人的一個主要分支。它的主要優(yōu)點是人可以通過編程來實現(xiàn)所有預期的作業(yè)目標，在結(jié)構(gòu)和功能方面也兼具了人與機械各自的優(yōu)勢，特別反映了人的智慧性與適應性。機械手操作的準確率及其在各類自然環(huán)境中進行操作的能力，在社會主義國民經(jīng)濟各應用領域都擁有著巨大的前途。澆注機械手是在農(nóng)業(yè)化機器自動制造過程中蓬勃發(fā)展出來的一類新型設備。在現(xiàn)代制造流程

2、中，由于機器手已經(jīng)被普遍的使用在自動化工廠中。因此，機器人的研究與制造已經(jīng)成為高新技術(shù)鄰域內(nèi)的一項新技術(shù)，正在快速發(fā)展起來，使機器手能夠很好地完成其機械化和自動化的有機融合。由于澆注機械手目前還遠沒有人手那么靈巧，但是由于它有著能夠持續(xù)反復上班與勞力，不知疲倦，不畏風險，并且抓舉重物的能力遠較人手力大的優(yōu)點，所以，機器手已經(jīng)引起了很多部門的注意，并日益普及進行使用。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是可自動識別的。聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關節(jié)

3、式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、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。 在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機構(gòu)，設計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要

4、求選擇不同類型的基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。主要研究內(nèi)容0103通過搜集相關機械手研究的資料，結(jié)合鑄造車間流水線的工作場地、搬運流程以及毛坯重量等，確定本次設計的初始參數(shù)?？紤]到生產(chǎn)成本問題，本次機械手設計多以國家標準零件為主，部分采用非標準件，根據(jù)主體結(jié)構(gòu)方案以及配合尺寸，設計非標件的尺寸、選材以及相關計算校核，配合繪圖軟件CAD完成零件圖、裝配圖。根據(jù)設計要求，本次研究主要內(nèi)容包含如下幾點：手部設計與相關運算0402手腕設計與相關運算手臂設計與相關運算回轉(zhuǎn)液壓缸的設計PA

5、RT 02總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成機械手基本參數(shù)1、澆包的最大容量8公斤2、自由度數(shù)3個 3、坐標型式：球坐標4、回轉(zhuǎn)角：110，俯仰角545、澆包的最大傾轉(zhuǎn)角為706、驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。綜合國內(nèi)常用機械手資料已知，其按照坐標形式可分成四大類：直角形、圓柱形、球形、關節(jié)形，且按照其工作范圍適用的場合也不同，則：直角形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為直角形狀，多作直線移動，國內(nèi)應用率較高，維修簡單，可用場合較多；圓柱形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為圓柱形狀，可直接實現(xiàn)擺動，與直角形相比，結(jié)構(gòu)形式相對復雜，需精心維護，靈活性較高，適用于大批量鍛壓等重復性搬運工種；球形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為球形狀，摩擦系數(shù)較大，與球形相比

6、，結(jié)構(gòu)形式類似，對于搬運較重的物體，增大摩擦，降低使用壽命，制造成本較高，適用于小批量、較輕工件搬運；關節(jié)形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為關節(jié)形狀，相對上述三類坐標機械手，其靈活性最高，結(jié)構(gòu)最復雜，對零件及結(jié)構(gòu)裝配的要求較高，因此，市場多用于小空間、靈活性要求較高的場合。 結(jié)合流水線的工作空間、搬運工件質(zhì)量、設計成本等要求，鑒于其所需搬運要求簡單，需要實現(xiàn)三個自由度，所以，最終采用第三種坐標形式-球形。機械手的組成機械手系統(tǒng)主要由運行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制器三個部分所構(gòu)成。其構(gòu)成和相互關系，如圖所示。1、執(zhí)行機構(gòu)（1）手部手部安裝于手腕的最前端。手腕的內(nèi)孔中裝有旋動軸，能將動作傳到手指，用以旋轉(zhuǎn)、伸屈手腕

7、，并開閉手指。本課所做的機械手采用二指形狀，手部示意圖如所示：（2）手臂手臂的主要功能是促使指頭正確的把握工件，并傳遞到所要求的部位上。為使機械手可以更精確的工作，機械手臂的三個自由度都在必須精確的位置。本課題所要作的機械手，在手臂的上升、下落、前伸、倒退、左拐、右拐三個方面的位置都通過行程開關控制，以提高定位的準確性。軀干是支撐手臂、動力源和執(zhí)行機構(gòu)的支柱。具體手臂示意圖所示：2、驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動器機構(gòu)大致有四類:液壓驅(qū)動器、氣壓驅(qū)動器、電力驅(qū)動器和機械驅(qū)動器。其中又以液壓驅(qū)動器用的最多，約占有百分之九十以上，而電力、機械驅(qū)動器用的則相對少。液壓驅(qū)動器主要是利用汽缸、閥、水泵和油缸等進行傳動的。

8、它利用汽缸、電動機，加上齒輪、齒條進行垂直運動;利用擺動氣缸、電器與減速機、油缸與齒條、牙輪或鏈條、鏈輪等，進行旋轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動器的好處是電壓高、容積小、輸入出力大、運動穩(wěn)定，能無級變速器，自鎖簡單，且可在中間區(qū)域停車。但缺點則是必須設置電源電壓且成本也比較高。液壓驅(qū)動系統(tǒng)所使用的基本單元為液壓缸、液壓電機、氣閥等。通常使用四到六個大液壓，但是個別的也可以達到八到十個大液壓。它的優(yōu)勢是氣源設計簡單，保養(yǎng)簡便，成本低廉。但不足之處是輸送能力小，且尺寸大。而且因為空氣的壓縮系數(shù)較大，靠近中心的位置很難停止，所以必須僅能用點位控制，且空氣潤滑性很差，而且液壓控制系統(tǒng)還易生銹。為降低停機時產(chǎn)生的撞擊

9、，液壓控制系統(tǒng)配備機速調(diào)節(jié)機構(gòu)及緩沖機構(gòu)。電氣驅(qū)動以前使用并不多?，F(xiàn)在一般使用三相感應發(fā)電機做為引擎，用最大減速器來推動執(zhí)行機構(gòu);直線運動時一般選用馬達推動絲杠。而普通機械手可選擇使用步進電機、直流或交換的伺服馬達、變速器等機械驅(qū)動的好處是動力源單一，維護，使用方便。而且傳動方式和控制器都可使用統(tǒng)一型式的機械驅(qū)動，力量輸出也比較高;但不足之處是機械驅(qū)動速度較慢。機器驅(qū)動器通常只使用在穩(wěn)定的工作場所。通常用凸輪連桿完成規(guī)定的動態(tài)。它的優(yōu)勢是動作確實可靠，且轉(zhuǎn)速較高，成本低;但劣勢則是速度無法調(diào)節(jié)。本課題中所做的機械手用電動機牽引絲杠螺母機構(gòu)來完成手腕的向上、下滑方面。包括了手腕的左拐、右轉(zhuǎn)、手腕

10、的夾緊、放松等主要方面。3、控制系統(tǒng)及工作要求機械手控制的基本條件：包括工作次序、到達地點、動作時間和加速度等。控制器也可針對動作的特點而設計或使用數(shù)值方式進行控制。先要編制程序進行儲存，之后再按照指定的程式，通過操控機器手完成工作。由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過程分析可知，澆注機械手系統(tǒng)的控制過程為：系統(tǒng)開啟后首先檢測機械手是否在初始位置（即小臂在上端、大臂伸出、手爪松開）小手臂下降手爪夾緊小手臂上升大手臂收縮手腕旋轉(zhuǎn)90度放料機械手擺動90度手腕旋轉(zhuǎn)90度大手臂伸出小手臂下降手爪松開大手臂收縮機械手擺動轉(zhuǎn)動90度大手臂伸出手爪夾緊小手臂上升大手臂收縮手腕旋轉(zhuǎn)90度拾取完成?？刂葡到y(tǒng)工作要求具體方案選取

11、在本課題中要做的機械手通過電動機和絲杠螺母機構(gòu)來完成手臂的向上、下滑方面。滾珠螺桿傳動原理是在絲杠與螺紋滾道中間裝入大小適當?shù)臐L珠，使螺紋與絲扣相互之間形成滑動磨擦。絲桿傳動原理是帶動滾珠繞螺絲的扣軌道滑動。而滾珠螺線傳動和滑動螺線傳動和其他直線運動副比較，具有如下優(yōu)點:（1）有著較高的傳送效率一般滾珠絲杠副的傳動效能約為百分之八十五百分到百分之九十八，是傳統(tǒng)滑動絲杠副的三至四倍。（2）運動平緩滾動摩擦力近似為常數(shù)，因此起動和運行的磨擦應力差異極小。啟動時無沖擊，低速時無爬行。（3）能量預充預緊后可減少間隔產(chǎn)生過盈，增加接觸強度和傳動精度。同時產(chǎn)生的沖擊力矩也不大。（4）工作壽命長滾珠絲杠螺母

12、副的磨擦表面均為高硬度、高質(zhì)量，因此具備較長的操作生命周期和高精度性能。壽命大約是滑動絲杠副的四到十倍。（5）定位精度和重復定位精度高由于滾珠絲杠的副摩擦系數(shù)較小、溫升小、無爬行、無縫隙，能夠采用預緊和預拉長的方式進行補償，所以，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的位置精確度和重復定位精確度。（6）同步性好用幾套同樣的滾珠絲杠副同時傳動著一些同樣的運動機件，進而來達到較好的同步運動。（7）耐用性高潤滑密封設備構(gòu)造簡易，維護簡便。（8）不自鎖一般做垂直運動，還需要在控制系統(tǒng)中增加自鎖的電子制動裝置。（9）經(jīng)濟穩(wěn)定性差，價格高因為結(jié)構(gòu)過程很復雜，所以制作的高價格也往往以mm計量。經(jīng)過計算，選擇如下：型號為：Y803-3

13、輸出功率為：1.1W絲杠型號為：Tr407手部工作原理由文獻可知6手部:包含杠桿手指，以及單向作用式的握緊油缸等。其工作機理:當物品到達手指空間時，由拉桿所推動的杠桿手指旋轉(zhuǎn)，從而完成抓持或松弛運動。（1）手臂的前伸后縮手臂的前伸后縮部分是由直線油缸帶動完成。在直線油缸工作時會通過對活塞桿行程的改變，實現(xiàn)手臂的自由伸縮運動。（2）手臂的上升下降臂的左右移動機構(gòu)，是由發(fā)電機、絲桿驅(qū)動副、支柱等組件所構(gòu)成。在電動機轉(zhuǎn)動時，可以利用聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)絲桿，因為絲桿來螺栓和螺母周受立柱的徑向旋轉(zhuǎn)影響，所以螺栓和螺母周及手臂架都可以做上下運動。（3）腰轉(zhuǎn)部分腰轉(zhuǎn)部分是由由轉(zhuǎn)盤和旋轉(zhuǎn)油缸所構(gòu)成。壓力燃油流入旋轉(zhuǎn)油

14、缸時，旋轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，并利用活塞桿的伸縮推動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，進而完成了機械手的左右旋轉(zhuǎn)。（4）運行機構(gòu)運行機構(gòu)一般是由電機齒輪和帶輪等所構(gòu)成。在發(fā)電機運作時，利用管輪、帶輪的傳動。使得小車的輪子旋轉(zhuǎn)，以便完成行駛。PART 03澆注機械手的手部設計手部結(jié)構(gòu)方案設計01通過氣泵進氣、出氣帶動吸盤實現(xiàn)吸、放，對工件表面粗糙度有一定要求，不適用于多邊形物件的搬運；02三個手指以支柱為中心均勻分布，通過伸縮立柱上端活動套帶動連接桿調(diào)節(jié)手爪的縮放，成自定心狀態(tài)。但抓取接觸面較小，適用于多邊形、圓形等點接觸工件的搬運；04帶工業(yè)形式的手部結(jié)構(gòu)，例如噴嘴式等，其性能相對固定，實用性不高，相對于小型代加工廠

15、不太適用，因此，流通性較低。03多設計成卡鉗式，與自定心式卡爪工作原理類似，主要應用在中小型工件搬運。調(diào)查市場，常見的結(jié)構(gòu)形式為鰲夾式、板夾式等卡鉗式；針對現(xiàn)有機械手，結(jié)合工件形狀、性能等要求，分析常見型機械手手部的區(qū)別，例舉相關手部結(jié)構(gòu)圖形如圖所示：氣動式真空吸盤式手部自定心卡式手爪鉗式手爪 特殊工種手爪手部夾緊液壓缸的設計齒輪齒條式手部缸筒壁厚的設計缸筒壁厚的設計對于澆注機械手的手部進行了設計，確定了手部結(jié)構(gòu)的類型以及各手部零件的相關尺寸參數(shù)，進而完成了手腕，回轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動力計算及尺寸校核。PART 04機械手尺寸設計與校核手臂伸縮液壓缸的尺寸設計與校核手臂伸縮液壓缸，是由煙臺液壓元件廠

16、設計制造的，參照根據(jù)本企業(yè)設計制造的所有產(chǎn)品的構(gòu)造特征，以及規(guī)格技術(shù)參數(shù)，根據(jù)本產(chǎn)品的具體特點，標準液壓缸為CTA系統(tǒng)液壓缸，標準尺寸產(chǎn)品的初選內(nèi)徑比手臂升降液壓缸的尺寸設計與校核底座材料及尺寸的選定初步確定底座的上底版和臂座以及連接板各選用HT200，上底板邊長為640mm，高為438mm的方鑄鐵，下臂座選用邊長為六百毫米，高為70mm的方鑄鐵，連接板邊長為400mm，高為25mm的圓鑄鐵，立柱為80mm口徑，高為460mm的圓鑄鐵，通過回轉(zhuǎn)油缸緊固于聯(lián)接板與底板之間，并通過螺釘相連。估算的底座重約為650N。根據(jù)設計要求分析，其搖桿需滿足0180回轉(zhuǎn)，圖4-2所示弧度槽為90，則搖桿固定在

17、最右端時，氣缸活塞桿全部回縮，此為搖擺極限點；搖桿固定在最左端時，氣缸活塞桿全部伸出，此為搖擺另一極限點，兩極限點的夾角即為180。整個機構(gòu)操作簡單，可循環(huán)使用，且以較小的力，驅(qū)動整個主臂實現(xiàn)擺動，符合本次設計選型要求。搖桿機構(gòu)機體底座支承主臂的結(jié)構(gòu)設計支承結(jié)構(gòu)圖搖桿機構(gòu)-機座-主臂，三個部分連接依次按照該順序安裝?？紤]到機座作為中轉(zhuǎn)點，且支承整個機械手重量，需添加支承裝置。為提高傳動靈活性，安裝便捷性，此處采用組合支承。機座為載體，由軸連接兩端，配合雙支承軸承對軸進行支承，在機座內(nèi)連接的結(jié)構(gòu)圖如圖。鑒于主臂支承架孔可根據(jù)軸的大小調(diào)節(jié)開口，待軸進入連接口，用螺栓、螺母固定，限制軸活動；而軸的另一端是搖桿機構(gòu)頂端連接處為通孔，則通過過盈配合將軸卡死在連接孔內(nèi)，此時，待氣缸驅(qū)動搖桿機構(gòu)，連接軸隨之轉(zhuǎn)動，帶動主臂旋轉(zhuǎn)角度。其具體連接如圖。安裝部件圖本章設計了手臂伸縮液壓缸和手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的尺寸，并對其進行計算校核。確定了導向裝置和平衡裝置及底座，底板的材料尺寸選定，從而完成了大部分機械手元件的設