机械类毕业设计-平面关节型机械手设计、气动机械手的设计及其PLC控制系统.docx

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1、湛江海洋大学毕业设计（论文）书设计题目：平面关节型机械手设计专 业：机械设计制造及其自动班 级:99机制（5）班学生姓名：刘祖涛指导教师：李作全职称副教授设计起讫日期：2003年3月25日至6月1日设计地点： 湛江海洋大学2003 年 6 月 1 日湛江海洋大学毕业设计（论文）成绩评定表指导教师评语:指导教师签名:200 年 月 日评阅教师评语:评语教师签名:200 年 月 日答辩小组评语答辩组长签名:200 年 月 日系主任签名:毕业设计成绩:审批单位（盖章）200年 月 日目录设计要求1摘要2第1章总体设计2第2章手指设计4第3章移动关节设计6第4章小臂设计8第5章大臂设计12第6章机身设

2、计16翻译17鸣谢22参考文献22成绩评定23平面关节型机械手设计（含CAD图纸）平面关节型机械手设计摘要平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。关键词：机械手轴承汽缸Abstract Selective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints andone move joints , two slew joints control the mo

3、ving of the front and back left andright the move joints control the moving of up and down . the work room as workroom drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the verticalsection is move joints journey ,the move angle of the two slew joints decide the bigand small and figure

4、 of the vertical section Key words ： manipulator axletree cylinder-9-目录目录5设计要求7第1章机械手总体设计81.1 主要技术参数81.2 结构特点8第2章手指设计102.1设计时要注意的问题102.2零件的计算10第3章移动关节的设计计算133. 1驱动方式的比较133. 2汽缸的设计13第4章小臂的设计164.1 设计时注意的问题164.2 小臂结构的设计164.3 轴的设计计算174.4 轴承的选择174.5 轴承摩擦力矩的计算184.6 驱动选择19第5章大臂的设计计算215.1 结构的设计215.2 轴的设计计算2

5、15.3 轴承的选择225.4 轴承摩擦力矩的计算235.5 伺服系统的选择24第6章机身的设计256.1 设计时注意的问题256.2 设计方案确定25翻译26鸣谢31参考文献32设计要求一、通过设计平面关节型机械手，培养综合运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。有关资料：上下料搬运机械手，3个自由度，平面关节型；需要搬运的工件:环类零件，内孔直径50研；高150mm,厚10mm,（只能从内孔夹持工件），材料40钢，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，（两输送线距离为2. 5m,高度差 0. 4m）o要求：设计方案和计算正确，叙述清楚，图纸符合规范。翻译一篇有关外文资料。二、图

6、纸：1 .机械手机构简图2 .工作空间投影图3 .机械手传动原理图4 .机械手装配图5 .零件图三、实习：1 .本校机械实验室组装各类机械手模型。2 .学习工业机械人设计方面知识。四、参考书：1 .工业机器人设计周伯英 机械工业出版社19952 .机器人机械设计龚振帮电子工业出版社19953 .机构设计（日）藤森洋三 机械工业出版社19904 .机械手图册（日）加藤一郎 上海科技出版社19895 .机械设计图册（5）成大先化学工业出版社1999作者QQ联系方式：401339828第1章机械手总体设计工业机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工

7、具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用范围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。平面关节型机器人又称SCARA型装配机器人，是Selective ComplianceAssembly Robot Arm的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子

8、工业零件的插接、装配中应用广泛。总体设计的任务：包括进行机械手的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统和电控系统，整体结构设计，最后绘出方案草图。1.1 主要技术参数主要技术参数见表1-1表1T机械手类型平面关节型抓取重量2. 2Kg自由度3个（2个回转1个移动）大臂 700mm,回转运动，回转角240,步进电机驱动 单片机控制小臂长600mm,回转运动，回转角240,步进电机驱动单片机控制移动关节气缸驱动行程开关控制手指气缸驱动行程开关控制1.2 结构特点结构特点如下图:平面关节型机械手设计(含CAD图纸)第2章手指设计工业机械手的手部是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、准确和

9、牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。2.1设计时要注意的问题(1)手指应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。(2)手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。(3)应能保证工件在手指内准确定位。(4)结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。(5)根据应用条件考虑通用性。2.2零件的计算V=(R2-r2)h= 3.14(352 -252)150=282600(mm3)m = pvQ OQZ： G = mg = pvg = 7800 1

10、0 = 22.0428( Ag)其中g取10取 G=23 (N)2.3紧力的计算：2. 3. 1 4fNGf为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为40号钢，手指为钢材，查机械零件手册表2-5 f=0. 15所以NS =4/234x0.15 38.33-17-取 N=40 (N)驱动力的计算P = 4tgaN-a为斜面倾角，a = l5of 77为传动机构的效率，这里为平摩擦传动，查机械零件手册表2-2 7 = 0.85-0.92这里取0. 85所以P = 415o4O = 50.440.85取 p=55(N)2. 3. 2活塞手抓重量的估算G1 = 7rr2hpg =3.14252 150 78

11、00 10 23(N)r为杆的半径，h为长度，g取102. 3. 3汽缸的设计因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染,动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。汽缸内型选择，由于行程短，选单作用活塞汽缸，借弹簧复位。汽缸的计算气压缸内径D的计算按液压传动与气压传动公式13-1 D-D为汽缸的内径(m), P为工作压力(Pa), 为负载率，负载率与汽缸工作压力有关，取尸= 0.40,查液压传动与气压传动表13-2 P = 0.30-0.65由于汽缸垂直安装，所以取P=0.3I p I 455. D = =J- = 0.02416(m) =

12、24.16(mm)P V3.140.40.3106按液压传动与气压传动表13-3圆整取32mm.活塞杆直径d的计算一般 % = 0.2 -0.3,此选 0.2.*. d = 0.2D = 0.2 32 = 6.4 mm按液压传动与气压传动表13-4圆整取8mm汽缸壁厚3的计算按液压传动与气压传动表13-5查得5 = 4弹簧力的F的计算FG =23(N)第3章移动关节的设计计算2.1 驱动方式的比较机械手的驱动系统有液压驱动，气压驱动，电机驱动，和机械传动四种。一台机械手可以只用一种驱动，也可以用几种方式联合驱动，各种驱动的特点见表3-1 o3. 2汽缸的设计因为气压工作压力较低，对气动组件的材

13、质和精度要求较液压底，无污染,动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。汽缸内型选择：因为活塞行程较长，往复运动，所以选双作用单活塞汽缸，利用压缩空气使活塞向两个方向运动。初选活塞杆直径d=12mm,估算其重量G2 =4(4)2pg=3.14(IL21Z)2 x0.557800 10 = 4.85(V)22取5NF = G + G1 +G2 =2323 + 5 = 51取80N表3-1比较内容驱动方式机械传动电机驱动气压传动液压传动异步电机，直流电机步进或伺服电机输出力矩输出力矩较大输出力可较大输出力矩较小气体压力小，输出力矩小，如需输出力矩较大，结构尺寸过大液体

14、压力高，可以获得较大的输出力控制性能速度可高，速度和加速度均由控制性能较差，惯控制性能好，可精确可高速，气体压缩性大，阻油液压缩性小，压力流量均容易机构控制，定位精度高，可与主机严格同步性大，步易精确定位定位，但控制系统复杂力效果差，冲击较严重，精确定位较困难，低速步易控制控制，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制体积当自由度多时，机构复杂，体积液较大要油减速装置，体积较大体积较小体积较大在输出力相同的条件下体积小维修使用维修使用方便维修使用方便维修使用较复杂维修简单，能在高温，粉尘等恶劣环境种使用，泄漏影响小维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火用围应范适用于自由度少的专用机械手，高速低速均能适用