氣動搬運機械手設(shè)計

設(shè)計說明書全套圖紙加V信153893706或扣3346389411目錄TOC\o"1-3"\h\u267171.課題設(shè)計目的 設(shè)計及計算結(jié)果課題設(shè)計目的課程題目氣動搬運機械手課題設(shè)計目的:1、對所學(xué)課程理論知識進行一次系統(tǒng)的回顧檢查復(fù)習(xí)和提高，加深對機械結(jié)構(gòu)、氣動執(zhí)行裝置、PLC控制系統(tǒng)的理解；2、從理論到實踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨立運用所學(xué)理論解決具體問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生對機電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計能力；3、運用和初步熟悉設(shè)計資料，了解有關(guān)部門的國標、部標及設(shè)計規(guī)范等。設(shè)計任務(wù)設(shè)計一氣動搬運機械手，將工件從供料處到裝配處。夾持器：工件的夾緊和放松（氣動手爪）伸縮臂：Z軸移動（伸縮氣缸）垂直臂：Y軸豎直移動（升降氣缸）底座：回轉(zhuǎn)運動（擺動氣缸）水平移動：X軸移動（步進電機+絲杠）主要設(shè)計參數(shù)表1要求參數(shù)表抓取重量2.71kg（鐵）抓取尺寸70mm×70mm×70mmx軸行程700mmy軸行程300mmz軸行程300mm控制方式PLC控制驅(qū)動方式氣動驅(qū)動+步進電機驅(qū)動速度X軸移動速度，Y、Z軸單向伸縮時間：1-1.5s，擺動時間4s總體方案設(shè)計設(shè)計要求設(shè)計生產(chǎn)線上搬運機械手，實現(xiàn)工件從供料處到裝配站的搬運，機械手總體設(shè)計簡圖如下，機械手可實現(xiàn)工件的夾緊和放松，整體旋轉(zhuǎn)，X、Y、Z方向的移動，具體性能見要求參數(shù)表1。原位：氣動爪松開，Y軸下降，Z軸氣缸縮回，擺缸右擺，氣缸上的磁性開關(guān)有輸出，滾柱絲杠上的微動開關(guān)有輸出。原點時，按下啟動按鈕，Z軸伸出，伸出到位，氣動爪夾緊，延時2秒，Y軸上升，上升到位，Z軸縮回，縮回到位，延時2秒，整體沿X軸移動，移動到位，擺缸左擺180°，右擺到位，機械手到達裝配站，Y軸下降，下降到位，Z軸伸出，伸出到位，氣動爪松開，Z軸縮回，Y軸上升，擺缸右擺180°，機械手返回原點，Y軸下降。機械手的組成本機械手由氣動手爪、伸縮臂氣缸、升降臂氣缸、擺動氣缸、步進電機和絲杠滑臺組成，如圖1所示。圖1機構(gòu)簡圖設(shè)計方案氣動手爪安裝于伸縮臂前端上，伸縮臂與升降臂互相垂直安裝，升降臂安裝在擺動氣缸上，擺動氣缸安裝在滾珠絲杠滑臺上。如下圖2所示。連接方式：法蘭盤/連接支架/螺栓連接/螺釘連接。圖2設(shè)計示意圖氣動手爪選型氣爪類型選擇根據(jù)工件大小、形狀、質(zhì)量和使用目的，選擇類型：平行氣爪DHPS系列；抓取方式：外抓取；手指類型：平行手指。其工件重量G=2.71kg，尺寸為70mm×70mm×70mm，選用DHPS系列的平行氣爪，安裝一對平行手指，手指材質(zhì)為45鋼，其接觸摩擦系數(shù)為。氣爪加持力計算圖3受力示意圖如圖3所示，采用摩擦鎖緊方式，故受力分析得：式中：-工件質(zhì)量，kg；-重力加速度，；-動態(tài)運動時產(chǎn)生的加速度，；-安全系數(shù)；-氣爪夾頭與工件的摩擦因素；由于手爪與工件材料都采用45鋼，查表得。由于上升行程Y=300mm，，t=1s,所以：=氣爪尺寸確定由于夾緊力與工作壓力和桿臂長度相關(guān)所以根據(jù)下圖4選取氣爪尺寸。圖4夾緊力與杠桿臂x之間的關(guān)系圖夾持點距離的確認：夾持點外伸距離必須小于允許外伸量，否則會降低手指氣缸(氣爪)的使用壽命；選取型號DHPS-20型號的平行氣爪，工作壓力0.5Mpa，X=70mm，手指長度L=110mm，查表可知DHPS-20型號的平行氣爪總夾緊力為242N，扭矩為11.67。校核：所以該型號平行氣爪符合要求，所以選取DHPS-20的平行氣爪。手指設(shè)計查DHPS系列參數(shù)表得到B1=30mm，B2=17mm，B3=17.5mm;可求得最大距離為65mm。圖5尺寸參數(shù)圖最大距離小于工件尺寸，于是設(shè)計如下圖6所示。圖6手指示意圖手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核負載負載：運動部件（工件、夾持器、連接器）慣性力+活塞桿摩擦力，如圖7所示。圖7垂直受力圖手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計手臂伸縮氣缸采用標準氣缸，參看各種型號的結(jié)構(gòu)特點、尺寸參數(shù)，結(jié)合設(shè)計的實際要求，氣缸預(yù)選用SLE-25-300-KF-A-G-CN-CH-PV-PH。校核最大橫向負載1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑=25mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可，設(shè)計使用壓強，重量約為3.5kg。則驅(qū)動力：慣性力：其中m=3.5kg，抓取重量2.71kg，平行氣爪重量0.79kg；對Z軸受力分析：，取t=1s，SZ=300mm，故aZ=0.6m/s22.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),總受力=2.1+0.42=2.52(N),所以標準SLE氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。伸縮臂與氣爪氣缸連接件設(shè)計及校核由于平行氣爪標準孔與伸縮臂標準孔不能直接連接，如圖8所示設(shè)計一連接板與平行氣爪通過螺釘進行連接，內(nèi)設(shè)沉頭孔；連接板與伸縮氣缸通過螺釘與連接板連接，如圖8所示。圖8安裝示意圖連接板材質(zhì)為45鋼，板上開有螺紋孔，中間為M4螺紋孔,板厚8mm。升降臂氣缸選型負載負載：升降臂以上全部重量+上升期運動部件慣性力+活塞桿摩擦力，如圖9所示。圖9垂直受力示意圖升降臂氣缸的選用預(yù)選用型號為SLM-20-300-KF-A-G-CV-CH-PV-PH-HV-E-41選缸徑為20mm，壓強P=0.5mpa，重量約為2.5kg。則驅(qū)動力校核最大橫向負載則重力:慣性力:對Z軸受力分析：取t=1s，SY=300mm，故aY=0.6m/s2考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)0.2，總受力，所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求。升降臂和伸縮臂連接件設(shè)計由于升降臂與伸縮臂不能直接連接，故采用如圖L型的連接板進行連接，L型托板與伸縮氣缸采用螺釘連接；與升降氣缸采用螺栓連接，如圖10所示。圖10垂直安裝示意圖擺動氣缸選型計算負載：慣性負載其中，t=2s代入得工件的轉(zhuǎn)動慣量為：伸縮臂氣缸的轉(zhuǎn)動慣量為：升降臂氣缸的轉(zhuǎn)動慣量為：手爪的轉(zhuǎn)動慣量為：所以，含工件的整體轉(zhuǎn)動慣量為：J=0.0133+2.92×10-3+0.000125+7.9×10-5=0.0288kg·m2力矩：M=J·α=0.0288×1.571=0.045N·m按負載性質(zhì)選取負載率，計算氣缸輸出轉(zhuǎn)矩取代入得轉(zhuǎn)動動能總質(zhì)量=10kg所以F=m總g=10×9.8=98N使用壓力為方便選型，結(jié)構(gòu)簡單取0.5MPa預(yù)選名義缸徑由M0、選取壓力P，選取缸徑，初步選型用DRRD-12-180-FH-P。檢驗最大軸向負載170N>93.1N，最大扭矩0.8N·m>0.512N·m，最大轉(zhuǎn)動慣量0.03kg·m2>0.0288kg·m2，所以選型符合要求。電機與絲杠的選型預(yù)選福譽科技的FLS40滾珠絲桿直線模組。查詢FLS40滾珠絲桿直線模組基本參數(shù)得：品牌： FUYU 型號： FSL40有效行程： 700MM 定位精度： ±0.05MM最大速度： 250MM/S 最大負載： 25KG標配電機： 57步進電機 絲桿規(guī)格： G161057步進電機參數(shù)：FM5756SFD04，保持轉(zhuǎn)矩為0.92Nm，步矩角為1.8°。圖11垂基本參數(shù)表根據(jù)要求參數(shù)表1中X軸運動速度為150mm/s及上述設(shè)計選型后得所重小于FLS40滾珠絲桿直線模組最大負載，故選型符合。驅(qū)動器的選擇根據(jù)選用的步進電機，選取與之匹配的驅(qū)動器FMDD50D40NOM型號。根據(jù)細分設(shè)定為m=200，步距角=1.8°，行進700mm，絲杠導(dǎo)程10mm，要求速度為150mm/s，求出脈沖當量為：輸出脈沖數(shù)P為：輸出頻率F為：底座平臺及其他連接件設(shè)計擺動氣缸與升降臂連接件連接件呈C形狀，如圖12所示，與升降臂采用螺栓連接，與擺動氣缸采用螺釘連接。圖12升降氣缸與擺動氣缸安裝圖底座平臺設(shè)計如圖13所示，底座平臺采用長方形塊，平臺在上滑動，地板內(nèi)設(shè)滑動導(dǎo)軌支撐，外殼兩端設(shè)平臺導(dǎo)軌。絲杠副與滑動平臺采用螺栓連接。圖13移動滑臺示意圖控制系統(tǒng)設(shè)計總控制方案機械手采用電氣相結(jié)合，電動由一電機帶動平臺移動和感應(yīng)裝置；氣動控制氣缸運作。原位：氣動爪松開，Y軸下降，Z軸氣缸縮回，擺缸右擺，氣缸上的磁性開關(guān)有輸出，滾柱絲杠上的微動開關(guān)有輸出。原點時，按下啟動按鈕，Z軸伸出，伸出到位，氣動爪夾緊，延時2秒，Y軸上升，上升到位，Z軸縮回，縮回到位，延時2秒，整體沿X軸移動，移動到位，擺缸左擺180°，右擺到位，機械手到達裝配站，Y軸下降，下降到位，Z軸伸出，伸出到位，氣動爪松開，Z軸縮回，Y軸上升，擺缸右擺180°，機械手返回原點，Y軸下降。氣動控制原理圖圖14氣動連接圖PLC外部連線圖（I/0分配圖）硬件：FX3U-64MT/DS表3PLC外部接線表（I/O分配表）輸入信號輸出信號轉(zhuǎn)換開關(guān)（手動）X0脈沖頻率PUL驅(qū)動器Y0轉(zhuǎn)換開關(guān)（自動）X1脈沖頻率DIR驅(qū)動器Y2Z軸伸出傳感器X2電磁閥1左ZY4Z軸縮回傳感器X3電磁閥1右ZY5Y軸伸出傳感器X4電磁閥2左YY6Y軸縮回傳感器X5電磁閥2右YY7手動Z軸伸出X6電磁閥3左氣爪（緊）Y10手動Z軸縮回X7電磁閥3右氣爪（松）Y11手動Y軸伸出X10電磁閥4左回轉(zhuǎn)氣缸Y12手動Y軸縮回X11電磁閥4右回轉(zhuǎn)氣缸Y13手動氣爪抓緊X12手動氣爪放松X13手動左限位X14手動右限位X15絲杠前進X17絲杠后退X20停止按鈕X21圖15電路接線圖連接線路：通過24V變壓器將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電；正極連接一熔斷器FU、PLC正極輸入端、驅(qū)動器正極和PUL+與BIR+上，步進電機驅(qū)動器脈沖接電源24V，步進電機驅(qū)動器脈沖輸入電壓高于5V需要串聯(lián)電阻在電源正極與PUL+端與BIR+端之間；PLC上X的輸入端各接一個開關(guān)再接PLC“0”端形成回路。負極連接PLC負極輸入端、驅(qū)動器負極和PUL+上；PLC上Y0、Y2接驅(qū)動器上的PUL-端與BIR-端，Y4~Y7、Y11~Y14每個輸出端各接一通電線圈后連接PLC的COM端口形成回路，PLC的COM端口形成回路在與電源負極相接。程序設(shè)計參考文獻[1]機械手的意義：/p-4325820.html[2]JohnHolland.DesigningAutonomousMobileRobots.USA.2004[3]機器人2（英文）：/topic/robots[4]芮延年主編.機器人技術(shù)及其應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2008.05.[5]任宗偉主編.機器人設(shè)計與實現(xiàn).科學(xué)出版社，2008.01.[6]王積偉，章宏甲，黃誼.液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社，2005[7]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊.氣壓傳動與控制.機械工業(yè)出版社，2007.02.[8]氣動工程手冊編委會.氣動工程手冊.國防工業(yè)出版社，1995.[9]毛謙德，李振清主編.袖珍機械設(shè)計師手冊.機械工業(yè)出版社,2007.01.[10]合肥工業(yè)大學(xué),尹志強等編著.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.機械工業(yè)出版社,2007.05.[11]張建民主編.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.高等教育出版社，2000.07.[12]李剛，林凌主編.現(xiàn)代測控電路.高等教育出版社，2004.11.[13]譚維瑜主編.電機與電氣控制.機械工業(yè)出版社，2004.01.[14]鄧星鐘著.機電傳動控制.華中科技大學(xué)出版社，2008.05.[15]王淑芳著.電機驅(qū)動技術(shù).科學(xué)教育出版社，2008.[16]張毅剛著.單片機原理及應(yīng)用.高等教育出版社，2003.12.[17]李飛，鄭郁飛，文斌，楊明欣編著.單片機原理及應(yīng)用.西安