封焊机的自动上料机构设计.doc
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1、 本科毕业设计(论文)题目:封焊机的自动上料机构设计系 别: 机电信息系 专 业:机械设计制造及其自动化 班 级: 学 生: 学 号: 指导教师: 2013年04月封焊机的自动上料机构设计摘要 本文通过对机械手的组成和分类,及国内外的发展状况的了解,进行了总体方案设计,确定了机械手用四自由度和圆柱坐标型式。本机械手为上料机械手,为使其通用性加强,故同时设计了机械手的夹持式手部结构和吸附式手部结构,可以更换使用。计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转汽缸的驱动力矩,确定了相关尺寸,设计了机械手的腕部结构;设计了机械手的手臂结结构;设计了手臂伸缩,升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。关键词 上
2、料;机械手;气缸 ISeal Welding Machine Automatic Feeding Mechanism DesignAbstract In this paper, the composition and classification of the robot, and the development of domestic and international understanding of the status, the overall design, the robot with four degrees of freedom and cylindrical coordina
3、tes type. The robot feeding robot, to its versatility strengthen, while the design of the robot holding hands structure and adsorption hand structure, you can replace the use of. Calculate the torque required to drive the rotation of the wrist and the drive torque of the rotary cylinder, with a hydr
4、aulic buffer identified by relative size, the design of the robotic wrist structure; design of the robotic arm junction structure; design of the telescopic arm lifting The rotary arm with hydraulic shock absorber.Keywords: feeding robot;cylinder.;manipulator1目 录1 绪论11.1 工业机械手概述11.1.1 工业机器人的发展趋势21.2
5、机械手的组成和分类31.2.1机械手的组成31.2.2 机械手的分类52 机械手的设计方案72.1机械手的坐标型式与自由度72.2 机械手的手部结构方案设计72.3 机械手的手腕结构方案设计72.4 机械手的手臂结构方案设计82.5 机械手的驱动方案设计82.6 机械手的控制方案设计82.7 机械手的主要参数82.8.机械手的技术参数列表93 手部结构设计113.1夹持式手部结构113.1.1手指的形状和分类113.1.2设计时考虑的几个问题113.1.3手部夹紧气缸的设计124 手腕结构设计164.1 手腕的自由度164. 2手腕的驱动力矩的计算164.2.1手腕转动时所需的驱动力矩164.
6、2.2回转气缸的驱动力矩计算195 手臂伸缩、升降、回转气缸的尺寸设计与校核215.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核215.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计215.1.2 尺寸校核215.1.3.导向装置225.1.4 平衡装置225.2手臂升降气缸的尺寸设计与校核225.2.1 尺寸设计225.2.2 尺寸校核235.3 手臂回转气缸的尺寸设计与校核245.3.1 尺寸设计245.3.2 尺寸校核246 结论26参考文献27致 谢28毕业设计(论文)知识产权声明29毕业设计(论文)独创性声明301 绪论1.1 工业机械手概述 本课题为封焊机的自动上料机构设计,其实就是设计一个机械手代替人手进行晶
7、体的上料。现代封焊机在把晶体底座和晶体帽封焊在一起时大多采用人工上料,人工上料不但速度慢、成本高、费工费时、而且存在一定的安全隐患。生产的需要是最大的更新动力,现设计一台工业机器人机械手,不但可以提升产品的质量还可以大大提升产品的生产效率,改善工人的工作环境机械手是模仿人手的部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分,这种新技术发展很快,逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技
8、术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力,在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识:其一、它能部分的代替人工操作;其二、它能按照生产工艺的要求,遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配,从而大大的改善了工人的劳动条件,显著的提高了劳动生产率,加快
9、实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而,受到很多国家的重视,投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合,应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展,并且取得一定的效果,受到机械工业的重视。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器,他有多个自由度,可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。11 机械手的结构形式开始比较简单,专用性较强。 随着工业技术的发展,制成了能够独立的按程序控制实现重复操作,适用范围比较广的“程序控制通用机械手”,简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序,适应性较强,毕业设计(论文)所以它在不断变换生产品种的
10、中小批量生产中获得广泛的引用。1.1.1 工业机器人的发展趋势国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势: (1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。 (2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可
11、维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的
12、“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下通过“七五”、“八五”科技攻关,目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看,我国的工业
13、机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性低于国外产品,机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距等。1.2 机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。(1)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的还增设行走机构。1) 手部:即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同,可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件,常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单,制造容易,故应用较广泛。平移型应
14、用较少,其原因是结构比较复杂,但平移型手指夹持圆形零件时,工件直径变化不影响其轴心的位置,因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)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:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2)手腕:腕部:是机械手中联接手部与臂部主要用来确定手部工作时位置并扩大臂部动作范围的部件。可用来调节被抓物体的方位,以扩大机械手的动作范围,并
15、使机械手变的更灵巧,适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求,有些动作较为简单的专用机械手,为了简化结构,可以不设腕部,而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。目前,应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压(气)缸,它的结构紧凑,灵巧但回转角度小(一般小于 ),并且要求严格密封,否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下,采用齿条传动或链轮以及轮系结构。3) 手臂: 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件,并按预定要求将其搬运到指定的位置.工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的
16、部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合,以实现手臂的各种运动。4) 立柱:立柱是支承手臂的部件,立柱也可以是手臂的一部分,手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立I因工作需要,有时也可作横向移动,即称为可移式立柱。5) 行走机构: 当工业机械手需要完成较远距离的操作,或扩大使用范围时,可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构,以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6)机座:机座是机械手的基础部分,机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装
17、于机座上,故起支撑和连接的作用。(2)驱动系统驱动系统是工业机械手的重要组成部分,是为执行系统各部件提供动力的装置。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动系统大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。 1)液压式:其驱动系统由油缸、电磁阀、油泵和油箱等组成。其特点是操作力大、体积小、动作平稳、低速性好、耐冲击耐振动。但漏油对系统的工作性能影响大。与气压式相比成本较高。2)气压式:其驱动系统由气缸、气阀、空气压缩机(或由气压站直接供给)和储气罐等组成。其特点是气源方便、维修简单、易于获得高速度、成本低、防火防爆、漏气对环境无影响。但操作力小、体积大,又由于空气的压缩性大、速度不易控制、响应慢、动
18、作不平稳、有冲击,臂力一般不超过300N。3)电气式:其驱动系统一般电电机驱动。优点是电源方便,信号传递运算容易、响应快、驱动力较大,适用于中小型工业机械手。但是必须使用减速机构(如齿减速器、谐波齿轮减速器等),所需的电机有步进电机、DC伺服电机和AC伺服机电等。4)机械式:其驱动系统由电机、凸轮、齿轮齿条、连杆等机械装置组成,传动可靠,适用于专一简单的机械手。这种方式结构比较庞大。 号。(2)控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种,它支配着机械手按规定的程序运动
19、,并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间),同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手的动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。1.2.2 机械手的分类工业机械手的种类很多,关于分类的问题,目前在国内尚无统一的分类标准,在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。(1)按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1) 专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点,适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手,如自动机床、自动线的上、下料机
20、械手和加工中心。2) 通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在性能范围内,其动作程序是可变的,通过调整可在不同场合使用,驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强,适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位,只能是点位控制,伺服型可以是点位的,也可以实现连续控制,伺服型具有伺服系统定位控制系统,一般的伺服型通用机械手属于数控类型。(2) 按驱动方式分1) 液压传动机械手 是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤
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