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正文內(nèi)容

棒料抓裝機械手的設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-10-02 09:52 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 ,如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機械工業(yè)中,應(yīng)用機械手的意義可以概括如下: 一、以提高生產(chǎn)過程中的自 動化程度 應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度,從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動條件,避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中,用人手直接操作是有危險或根本不可能的,而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè),使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復(fù),特別是較笨重的操作中,以機械手代替人進行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力,并便于有節(jié) 奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機械手代替人進行工作,這是直接減少人力的一個側(cè)面,同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)的工作,這是減少人力的另一個側(cè)面。因此,在自動化機床的綜合加工自動線上,目前幾乎都沒有機械手,以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍,便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。 綜上所述,有效的應(yīng)用機械手,是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 本機械手主要與多工位沖床組合最終形成生產(chǎn)線,實現(xiàn)加工過程(上料、加工、下料)的自動化、無人化。目前,我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展,越來越多的資金流向制造業(yè),越來越多的廠商加入到制造業(yè)。本設(shè)計能夠應(yīng)用到加工工廠車間 ,從而減輕工人勞動強度,節(jié)約加工輔助時間,提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。 機械手的組成和分類 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相 8 互之間的關(guān)系如方框圖 21所示。 圖 21機械手組成方框圖 (一 )執(zhí)行機構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的還增設(shè)行走機構(gòu)。 手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同,可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接 接觸的構(gòu)件,常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?;剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少,其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,但平移型手指夾持圓形零件時,工件直徑變化不影響其軸心的位置,因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠 桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和 9 重力式等。 圖 11 機械手手抓結(jié)構(gòu) 手腕 是連接手部和手臂的部件,并可用來調(diào)整被抓取物件的方位 (即姿勢 ) 手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件,并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置 .工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合,以實現(xiàn)手臂的各種運動。 立柱 立柱是支承手臂的部件,立柱也可以是手臂的一部分,手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立 I因工作需要,有時也可作橫向移動,即稱為可移式立柱。 行走機構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作,或擴大使用范圍時,可在機座上安滾輪式行走機構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機構(gòu),以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。 機座 10 機座是機械手的基礎(chǔ)部分,機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上,故起支撐和連接的作用。 (二 )驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動??刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成??刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種,它支配著機械手按規(guī)定的程序運動, 并記憶人們給予機械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 ),同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視,當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 (二 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械 手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成??刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種,它支配著機械手按規(guī)定的程序運動,并記憶人們給予機械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 ),同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視,當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 (四 )位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置,并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng),并與設(shè)定的位置進行比較,然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整,從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置。 業(yè)機械手的種類很多,關(guān)于分類的問題,目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn),在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 (一 )按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種 : 專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點,適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手,如自動機床、自動線的上、下料機械手。 11 通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。格性能范圍內(nèi),其 動作程序是可變的,通過調(diào)整可在不同場合使用,驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強,適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以“開一關(guān)”式控制定位,只能是點位控制 :可以是點位的,也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制,伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng),一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。 (二 )按驅(qū)動方式分 液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是 :抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、 動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格,不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響,且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng),可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制,使機械手的通用性擴大,但是電液伺服閥的制造精度高,油液過濾要求嚴(yán)格,成本高。 氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是 :介質(zhì)李源極為方便,輸出力小,氣動動作迅速,結(jié)構(gòu)簡單,成本低。但是,由于空氣具有可壓縮的特性,工作速度的穩(wěn)定性較差,沖擊大,而且氣源壓力較低,抓重一般在 30公斤以下,在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大 ,所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等 )驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手,其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠,用于工作主機的上、下料。動作頻率大,但結(jié)構(gòu)較大,動作程序不可變。 電力傳動機械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手,因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu),故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長,維護和使用方便。此類機械手目前還 不多,但有發(fā)展前途。 (三 )按控制方式分 點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動,只能控制運動過程中幾個點的位置,不能控 12 制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多,則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線,其特點是設(shè)定點為無限的,整個移動過程處于控制之下,可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動,并且使用范圍廣,但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢 : (1)工業(yè)機器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 ),而單機價格不斷下降,平均單機價格從 91年的 97年的 65萬美元。 (2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 。國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 (3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機 器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制 。多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制,如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 (6)當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與機器人的人機交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控 遙控操作系統(tǒng),使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。 (7)機器人化機械開始興起。從 94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來,這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一,紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從 80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過“七五”、“八五”科技攻關(guān),目 13 前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件,開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運 等機器人 。其中有 130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用,弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看,我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離,如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機器人應(yīng)用工程起步較晚,應(yīng)用領(lǐng)域窄,生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 。在應(yīng)用規(guī)模上,我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200臺,約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè),當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求,“一客戶,一次重新設(shè)計”,品種規(guī)格多、批量小、零部件通用 化程度低、供貨周期長、成本也不低,而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù),對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計,積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 .我國的智能機器人和特種機器人在“ 863”計劃的支持下,也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人, 6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平,還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作,有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控 加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步,與國外先進水平差距較大,需要在原有成績的基礎(chǔ)上,有重點地系統(tǒng)攻關(guān),才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品,以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 課題的主要 要求 設(shè)計通用圓柱坐標(biāo)系機械手及控制系統(tǒng)。設(shè)計中的機械手各動作由液壓缸驅(qū)動,并有電磁閥控制,技術(shù)指標(biāo)如下:( )原始數(shù)據(jù): a、 抓重: 200N b、 自由度(四個自由度) c、 動作 符號 行程范圍 速度 伸縮 X 500mm 小于 300mm/s 升降 Z 330mm 小于 70mm/s 回轉(zhuǎn) φ 0—— 180186。 小于 90186。/s d、 手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn) φ 行程范圍 0—— 180186。 速度 小于 90186。/s e、 手指夾持范圍:棒料,直徑 65—— 85mm,長度 450—— 1200mm 14 f、 定位方式:電位器(或接近開關(guān)等)設(shè)定,點位控制 g、 驅(qū)動方式:液壓(中、低壓系統(tǒng)) h、 定位精 度:177。 3mm。 i、 控制方式: PLC a、 熟悉任務(wù),查閱資料 b、 畫出機械手裝配圖 c、 畫出液壓控制原理圖 d、 根據(jù)控制要求,選擇 PLC型號及輸入輸出元件 e、 畫出 PLC控制的輸出輸入接線圖 f、 完成梯形圖和語句表的程序設(shè)計 g、 整理設(shè)計說明書,答辯 要求:
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