机械类专业大学毕业设计（工业机械手设计）论文.doc-资料库

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辽宁工业大学课程设计说明书（论文）第一章绪论 1.1 工业机械手的设计目的工业机械手设计是机械手机械制造,机械设计和机械电子工程(机电一体化)等专业的一个重要的教学环节,是学完技术基础课及有关专业课的一次专业课内容的综合设计.通过设计提高学生的机构分析与综合的能力,机械结构设计的能力,机电液一体化系统设计能力,掌握实现生产过程自动化的设计方法.通过设计把有关课程(机构分析与综合,机械原理,机械设计,液压与气压技术,自动控制理论,测试技术,数控技术,微型计算机原理及应用,自动机械设计等)中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用,使这些知识得到巩固和发展,并使理论知识和生产密切地结合起来.工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完善的机电一体化设计.通过设计,培养学生独立的机械整体设计的能力, 树立正确的设计思想,掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤,为自动机械设计打下良好的基础.通过设计,使学生能熟练地应用有关参考,计算图表,手册,图册,和规范;熟悉有关国家标准和部颁标准,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练. 1.2 工业机械手在生产中的作用 a 建造旋转体零件 b 实习单机自动化 c 锻，焊，热处理等热加工方面 1.3 工业机械手的分类 1.3.1 按规格（所搬运的工件重量）分类 a 微型的搬运重量在 1kg 以下 b 小型的搬运重量在 10kg 以下 c 中型的搬运重量在 50kg 以下 d 大型的搬运重量在 500kg 以下 1

辽宁工业大学课程设计说明书（论文） 1.3.2 按功能分类 a 简易型工业机械手有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制来给定程序。 b 记忆再现型工业机械手这种工业机械手由人工通过示教装置领教一遍，由记忆元件把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序重法进行循环动作 c 计算机数字控制的工业机械手可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作程序，还可以进行多机控制。 d 智能工业机械手由电子计算机通过各种传感元件等进行控制，具有视觉，热觉，触觉，行走机构等 1.3.3 按用途分类 a 专用机械手附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。这种机械手工作对象不变，动作固定，结构简单，使用可靠，适用于成批，大量生产的生产自动线或专机作为自动上，下料用。 b 通用机械手具有独立控制系统，程序可变，动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中，小批量自动化生产。 1.4 工业机械手的组成工业机械手是由执行机构，驱动系统和控制系统所组成 a 执行机构执行机构由抓取部分(手部),腕部,肩部和行走机构等运动部件组成 b 驱动机构有气动,液动,电动和机械式四种形式 c 控制系统有点动控制和连续控制两种方式.大多数用插销板进行点位程序控制,也有采用可编程序控制器控制,微型计算机数字控制,采用凸轮,磁盘磁带,穿孔卡等记录程序.主要控制的是坐标位置,并注意其加速度特性. d 基体(机身) 基体是整个机械手的基础 2

辽宁工业大学课程设计说明书（论文） 1.5 工业机械手的技术发展方向国内外实际上使用的定位控制的机械手,没有"视觉"和"触觉"反馈.目前.世界各国正积极研制带有"视觉"和"触觉"的工业机械手,使它能对所抓取的工件进行分辨,选取所需要的工件,并正确地夹持工件,进而精确地在机器中定位,定向. 为使机械手有"眼睛"去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件,它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息,通过计算机进行图形分辨,判别是否是所要抓取的工件.为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来,一般采用两种方法:一是检测把握物体手臂的变形,以决定适当的握力;另一种是直接检测指部与物体的滑落位移,来修正握力. 因此这种机械手就具有以下几个方面的性能 a 能准确地抓住方位变化的物体 b 能判断对象的重量 c 能自动闭开障碍物 d 抓空或抓力不足是能检测出来这种具有感知能力并能对感知的信息作出反应的工业机械手称为智能机械手,它是具有发展前途的. 现在,工业机械手的使用范围只限于在简单复杂的操作方面节省人力,其效益是代替人从事繁重的工作和危险的工作,在恶劣环境下尤其明显.至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业部门,机械手的应用情况决不能说是很好的.虽然这些工业部门工时不足的问题很尖锐,但采用机械手只限于一小部分工序.其原因之一是,工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求,适于机械手工作的范围很小.另外经济性问题当然也很重要,采用机械手来节约人力从经济上看不一定总是合算的,然而,利用机械手或类似机械设备节省和实现生产合理化的要求,今后还会增长. 1.6 工业机械手的设计的内容 a 拟订整体方案,特别是传感,控制方式与机械本体的有机结合的设计方案. b 根据给定的自由和技术参数选择合适的手部,腕部,肩部和机身的结构. c 各部件的设计计算 d 工业机械手工作装配图的设计与绘图 e 液压系统图的设计与绘图 f 电气控制的绘制 g 编写设计计算说明书 3

辽宁工业大学课程设计说明书（论文）第二章手臂升降机构的设计手臂升降机构的设计通常是先进行粗略的估算,或类比同类结构,根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸,在进行校核计算,修正设计,如此反复数次,绘出最终的结构. 2.1 手臂作升降运动的液压缸驱动力计算根据液压缸运动时所需要克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需的驱动力。 2.1.1 液压缸活塞的驱动力的计算    F 摩 FFFF  回密  G 惯 (2-1) 式中 ——摩擦阻力。 ——密封装置处的摩擦阻力。 F 摩 F 密 F 回 F 惯 G ——零部件及工件所受的总重力。 ——液压缸回油腔低压油液所造成的阻力。 ——启动或者制动时，活塞杆所受的平均惯性。 a) F 摩的计算 F 摩 =G f . 788  211 48.78 G 其中 f 取 0.16 那么根据式(2-2)可求出  320 . 188 N (2-2) F 摩 =320.188 0.16=52.23 N b) F 密的计算 F 密 = F 1 封  F 封 2  F 封 3 (2-3) 活塞与活塞杆处都采用“O”形密封圈，液压缸密封处的总摩擦力为： 4

辽宁工业大学课程设计说明书（论文） F 1 封  2 封  03.0 F F dlP 3封 F (2-4) (2-5) 式中 F ——驱动力 P ——工作压力（Pa） d ——伸缩油管的直径(m) l ——密封的有效长度（m）为了保证“O”形密封圈装入密封沟槽，并与配合件接触后起到严格的密封，在加工密封沟槽时考虑密封圈的预压缩量 2  dK 0 K=0.08--0.14 d K K 0 2  设计时取 K=0.1 初步拟订=0.6mm d=5mm 那么根据式(2-6)可求出  l 2 又根据式(2-7)求出 0 d 12 mm l =5.23mm 求出以上 2 个结果后，可根据式(2-5)求出 dlP 3封 F =82.111 pa c) F 惯的计算 vGF  tg   总惯 (2-6) (2-7) (2-8) 式中 G总 ——参与运动的零部件所受的总重力（包括工件重量） g ——重力加速度，取 9.81 v ——由静止加速到常速的变化量 t ——起动过程时间。一般取 0.01—0.5 s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载取较大值初步设计时取 v =0.1 m/s t 取 0.02 S 5

辽宁工业大学课程设计说明书（论文） G总 48.78  211 . 788  320 . 188 N 那么 vGF  tg   总惯 = 320 . 81.9 188  1.0  02.0  163 . 194 N 的计算 d) F 回一般背压阻力较小，可按 F 回 e) 驱动力的确定根据以上分析，结合式(2-1)可知：   F 密回 =0.05F 计算。摩   FFFF  =52.23+163.194+0.03F+82.811+0.05F+320.188 =671.43N G 惯 2.2 确定液压缸的结构尺寸 2.2.1 液压缸内径的计算如图 2-1 当油进入无杆腔时：图 2-1 双作用液压缸示意图 6

辽宁工业大学课程设计说明书（论文）当油进入有杆腔时：液压缸的有效面积： F  F   1 P 2 D  4  F  F   2 P 2  dD   4 2  S  F P 1 故有：式中 D  D  1 4 F P  4 F P  1  13.1 F P  1 （无杆腔）  2 d （有杆腔） (2-9) (2-10) ——液压缸的工作压力（pa） F ——驱动力（N） P1 d ——活塞杆的直径（m） D ——液压缸的直径（m）  ——液压缸的机械效率。初步设计中取机械效率为 0.85。代入已求得的 F 值可得根据表（2-2）可选取液压缸直径 D=100mm D=0.07259 m 2.2.2 液压缸壁厚计算 a 中等壁厚：即 16＞ D ＞3.2 时    P     3.2 D 1 P  1  C   (2-11) 式中 P——液压缸内工作压力 ——强度系数（当为无缝钢管时＝１）Ｃ——计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般圆整到标准壁厚值 7

辽宁工业大学课程设计说明书（论文） (2-12) (2-12)  1     P P 1 1 b 薄壁： c 厚壁：式中Ｄ——液压缸内径（m）即 D  16 时   1DP   2 即当 D  3.2 时    D 2             4.0 3.1 b ——材料抗拉强度 n——安全系数， n=3.5~5 一般常用缸体材料的许用应力［］锻纲［］=110~120MPa 铸铁［］=60MPa 无缝钢管［］=100~110MPa 通过以上分析选厚壁，缸体材料无缝钢管［］=100~110Mpa 因此根据式(2-12)可计算出壁厚为 117.0 m 2.3 缸盖螺钉的计算缸盖的受力为保证联接的紧密性,必须规定螺钉的间距 t，然后决定螺钉的数目.每个螺钉在危险剖面上承受的拉力F Q0 和预紧力FQS '`' 之和为工作载荷F Q F Q0 =F Q ' +F Qs 式中 pD 2 4 Z F Q  F ——驱动力（N） Z——螺钉数目 8

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