工业机械手毕业设计.docx
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1、本科生毕业设计姓 名: 李涛 学 号: 02062200 学 院: 机 电 工 程 学 院 专 业: 机械设计及其自动化 设计题目: 工 业 机 械 手 专 题: 指导教师: 毕莉 职 称: 讲师 二O一四 年 六 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 机电工程学院 专业年级 机自07-9班 学生姓名 李涛 任务下达日期: 2014年3月20日毕业设计日期:2014年3月20日 2014年6月17日毕业设计题目:工业机械手毕业设计专题题目: 毕业设计主要内容和要求: 进行工业机械手的设计计算:抓重10Kg,夹持棒料直径50-70mm,定位精度2.5mm. 进行机械手装配图、零件图的绘制,总图
2、量不少于3.5张(折合A0)进行说明书的撰写,字数不少于两万字进行英文文献翻译,中文译文不少于3000字院长签字: 指导教师签字: 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 指导教师签字: 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意
3、答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩:答辩委员会主任签字: 年 月 日学院领导小组综合评定成绩:学院领导小组负责人: 年 月 日摘 要机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序
4、抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率,以降低其他搬运方式的限制和不足,满足现代经济发展的要求。因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本文主要叙述了工业机械手的设计过程。本文首通过对机械手组成和分类以及国内外的发展状况的了解,确定了总体方案的设计,采用圆柱坐标型式。之后介绍了机械手的设计理论与方法。分章节详细地讨论了机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。本次设计的机械手采用液压驱动方式,通过活塞液压缸和回转液压缸完成机械手自由度的实现
5、。关键词:机械手; 液压传动; 液压缸AbstractThe manipulator can imitate the manpower and the arm certain movement functions, with by presses the fixed routine to capture, the transporting thing or operation tool automatic operation installment. It may replace humans strenuous labor by to realize the production mecha
6、nization and the automation, can operate under the harmful environment by protects the personal safety , can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of m
7、odern economic development. Thus widely applies in department and so on machine manufacture, metallurgy, electron, light industry and atomic energy.This paper mainly describes the design process of the industrial manipulator.This paper first composition and classification through the manipulator and
8、 the development of international understanding, to determine the overall program design, using a cylindrical coordinate type. After the introduction of the manipulator design theory and methods. Sub-sections detail the manipulators hand, wrist, arm and body and other major components of the structu
9、ral design. The design of the manipulator using hydraulic drive, hydraulic cylinders and rotary piston by hydraulic cylinders to complete the realization of freedom manipulator. Keyword: Manipulator; Hydraulic power transmission; Hydraulic cylinder目 录1 绪论11.1机械手概述11.2 工业机械手的简史11.3工业机械手在生产中的应用21.3.1
10、建造旋转零件(转轴、盘类、环类)自动线21.3.2 在实现单机自动化方面21.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面31.4 机械手的组成31.4.1 执行机构41.4.2 驱动机构51.4.3 控制系统分类51.5 工业机械手的分类61.6国内外工业机械手的发展趋势61.6.1 国外机器人技术现状及发展71.6.2 国内机器人技术现状及发展71.7 本章小结82 机械手的总体设计方案92.1 机械手基本形式的选择92.2机械手的主要部件及运动92.3驱动机构的选择102.4 机械手设计的内容102.5 机械手的基本参数112.6 本章小结113 手部的设计123.1 手部设计基本要求123.2
11、 手部的受力分析133.3 手指的抓取精度的计算163.4 手部夹紧液压缸的设计183.5 本章小结224 腕部的设计234.1 腕部设计的基本要求234.2 腕部的机构及选择234.2.1 典型的腕部结构234.2.2 腕部结构和驱动方式的选择234.3 腕部的设计计算234.4 本章小结265 手臂的设计275.1 臂部设计的基本要求275.2 手臂的典型机构以及结构的选择285.2.1 手臂的典型运动机构285.2.2 手臂运动机构的选择285.3 手臂部分的设计计算285.3.1 水平伸缩直线运动液压缸的驱动力285.3.2 液压缸的尺寸设计305.4 本章小结346 机身的设计356
12、.1 机身的整体设计356.2 机身回转机构的设计计算366.3 机身升降机构的设计计算396.3.1 液压缸驱动力的计算396.3.2 液压缸尺寸的计算416.4 本章小结437 驱动系统447.1工业机械手驱动系统的选择447.1.1各类驱动系统的特点447.1.2工业机械手驱动系统的选择原则447.2液压系统传动方案的确定447.2.1各液压缸的换向回路457.2.2调速方案457.2.3减速缓冲回路467.2.4系统安全可靠性477.2.5液压系统的合成和完善477.3各液压缸流量计算477.4拟定液压系统497.5各液压元件的选择计算517.6本章小结52总结53参考文献54翻译部分
13、55英文原文55中文译文61致谢66 中国矿业大学2014届本科生毕业设计 第66页1 绪论1.1机械手概述用于再现人手的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。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
14、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
15、、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,受到机械工业的关注 。 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。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,所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。1.2 工业机械手的简史机械手诞生于40年代,最早应用原子能工业领域内。随后机械手的发展突飞猛进,不断更新
16、换代,其主要经历分为三代:第一代机械手主要靠人工进行控制,控制方式为开环式,没有识别能力;改进的方向主要是将成本降低和提高精度。第二代机械手设有电子计算机控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。研究安装各种传感器,把接收到的信息反馈,使机械手具有感觉机育旨。械手能独立完成工程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着机械手功能和性能的不断改善和提高,机械手的应用领域日益在扩大,现已广泛应用于制造业、农业、
17、林业、交通运输业、原子能工业、医疗、福利事业、海洋和太空的开发事业中。机械手技术的研究与应用水平,反映着一个国家的经济实力和科技发展水平,国内外对发展这一技术都很重视,纷纷投入大量力量对机械手进行研究。我国政府非常机械手技术的发展,从“七五”科技攻关及实施863计划开始,就有计划的组织和发展工业机械手事业,经过20多年的研制和应用,目前在工业机械手的一些机种方面,如喷漆机械手、焊接机械手、搬运机械手、装配机器人和特种机器人都有了长足的进步,基本掌握了工业机械手的设计制造技术和机械手应用中单元和生产线的设计、制造技术,有了一支具有一定技术水平的科技团队。但是,我国工业机械手在总体技术上与世界先进
18、水平还有很大的差距,仅相当于国外90年代中期的水平。为了促进国内机械手工业的发展,必须在以市场需求的前提下,国家在政策上给以指导和鼓励。在国外机械制造业中,工业机械手应用较多,发展较快,一般的工业机械手技术相当成熟,国外机器人的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手,使其拥有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化,做出相应的变更,如位置发生稍些偏差时,即能更正,并自行检测。另外,机械手的应用和发展,大大促进了智能机器人的研制,其中重点领域是仿人机器人的研究。日本在2000年研制出了一台真正具有世界影响的仿人机器人Asimo,它的诞生促进了各种各样仿人机器人的研究,开辟了一个仿人机器人的发展。此后
19、,日本还推出了一个为期5年的“仿人机器人在实际环境中运行的关键技术研究和发展计划”,这个实用性项目此后,是在日本产业技术综合研究所于2005年1月开发、然后由川田等公司生产的HRP-2机器人基础上进行的。另外,韩国、美国等国家相继推出了各种类型的仿人机器人。2004年12月27日,韩国先进科技研究所(KAIST)发表HUBO机器人。美国军方正在开发机器人士兵,专家预测这至少需要30年时间。机器人杯足球赛 (RoboCup) 始于2002年,组织者预期到2050年仿人机器人足球队可以击败人类的世界杯冠军队。许多人还期望仿人机器人进入家庭,成为真正的机器人仆人。这些都是长远的目标,需要为其付出不断
20、的努力。1.3工业机械手在生产中的应用 机械手在工业生产中的应用极为广泛,可以归纳为以下一些方面1.3.1 建造旋转零件(转轴、盘类、环类)自动线一般都采用机械手在机床之间传送。国内已建成的这类,自动线很多,如沈阳水泵厂的深井泵轴承体加工自动线(环类),大连电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线(轴类),上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工自动线(盘类)。加工箱体类零件的组合机床自动线,一般采用随行夹具传送工件,也有采用机械手的,如上海动力机厂的气缸盖加工自动线转位机械手。1.3.2 在实现单机自动化方面各类半自动车窗,有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能,但仍需人工上下料;装上机械手,可实现全自动生
21、产,一人看管多台机床。目前,机械手在这方面应用最多,如伤害柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手,大连第二机床厂的自动循环液压仿形车床机械手,沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手,青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面已有成熟的经验,国内一些机床厂已经在这类机床产品出厂时就附上机械手,或为用户自行安装机械手提供条件。注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环,装上机械手自动装卸工件,可实现全自动生产。冲床有自动上下料冲压循环,装上机械手上下料,可实现冲压生产自动化。目前机械手在冲床上的应用有两个方面:一是160T以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200T冲床磁力起动器壳体下
22、料机械手和天津拖拉机厂400T冲床的下料机械手等;一是用于多工位冲床,用作冲压工位间步进,如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手(生产线有两台多工位冲床)和天津二轻局技术研究所制作的120T和40T多工位冲床机械手等。1.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面模锻方面,国内大批量生产的3T、5T、10T模锻锤,其所配的转底炉,用两只机械手成一定角度布置在炉前,实现进出料自动化。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。总的来说,机械手满足了社会生产的需要,其主要特点是:对环境的适应性强,能代替人从事危险、有害的操作,在长时间工作对人体有害的场所,机械手不受影响,只要根据工作
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