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畢 業(yè) 設(shè) 計 方 案題 目 學(xué) 院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 學(xué) 生 學(xué) 號 20090404048 指導(dǎo)教師 二〇一 一 年 月 日畢業(yè)設(shè)計方案濟南大學(xué) - 1 -學(xué)院 機械工程學(xué)院 專業(yè) 機械工程及自動化 學(xué)生 學(xué)號 設(shè)計題目 一、選題背景與意義1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 采用機械手完成玻璃的裝卸、搬運與放置。工業(yè)機械手是一種模仿人體上肢部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備，它可以代替手的繁重勞動，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。著廣闊的發(fā)展前途。目前國內(nèi)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。國外機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達(dá)到 3M/S，量新產(chǎn)品達(dá)到 6 軸，負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。更重要的是將機械 手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。2.目的及意義 單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序銜接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。機械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況，它不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。機械手的應(yīng)用具有以下意義：（1）.使用機械手對無夾具定位工件的自動柔性搬運系統(tǒng)生產(chǎn)流水線更加簡單畢業(yè)設(shè)計方案濟南大學(xué) - 2 -（2）.占地面積不大，結(jié)構(gòu)簡單易于維護（3）.具有很高的效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性（4）.柔性較高且可靠性高，可以滿足不同種類產(chǎn)品生產(chǎn)（5）.提高了上產(chǎn)過程中的自動化程度并且降低了勞動強度二、設(shè)計內(nèi)容本次設(shè)計中，主要研究機械手部分。機械手部分研究機械手組成與各部分作用，通過研究組成與作用，完成各部分的設(shè)計，使機械實現(xiàn)成控制要求動作。 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。①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夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機構(gòu)組成。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，制造容易應(yīng)用廣泛。吸附式有氣吸式和磁吸式兩種，氣吸式中吸盤與工件直接接觸，對硬脆易碎件的裝卸搬運和有利，例如玻璃，有效避免了物件破損。手腕：連接手部與手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位（即姿勢）手臂：手臂是支撐被抓物件、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，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關(guān)系。機械手的在立柱因工作需要，有時也可作橫向移動。行走機構(gòu)：當(dāng)工業(yè)機械手需要完成較遠(yuǎn)距離操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪，以實現(xiàn)機械手整機移動，去動滾輪則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。機座：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)均安裝在機座上，起到支撐和連接作用。②驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行運動的動力裝置和輔助裝置。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機械傳動。③控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定要求運動的系統(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（或機械檔塊定位）系統(tǒng)組成，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。預(yù)期研究結(jié)果：要能通過控制系統(tǒng)來控制驅(qū)動系統(tǒng)，從而讓驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機畢業(yè)設(shè)計方案濟南大學(xué) - 3 -構(gòu)再完成手部、手腕、手臂或立柱的要求實現(xiàn)動作。通過吸盤吸取玻璃后，先上升一定高度，然后再通過機座轉(zhuǎn)位實現(xiàn)搬運，當(dāng)轉(zhuǎn)到要求位置時，通過腕部或其他部位配合實現(xiàn)一定角度的俯仰，然后下降防止工件。三、設(shè)計方案對機械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確的地裝卸和搬運件，這要求它們具有快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意位置都能自動定位等特性。充分分析作業(yè)對象（工件）的作業(yè)技術(shù)要求，擬定合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機械手結(jié)構(gòu)機運行控制的要求，盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)件，簡化設(shè)計制造過程。本次設(shè)計是實現(xiàn)玻璃裝卸搬運的機械手，是一種 可以用程序?qū)崿F(xiàn)自動裝卸搬運的設(shè)備，操作單調(diào)頻繁。因為抓取工件是玻璃，玻璃硬脆易損壞，要考慮安全可靠的抓取，而夾鉗式抓取機構(gòu)在住區(qū)玻璃方面并無優(yōu)勢，一旦夾取玻璃有可能夾碎，而在工作臺上夾取也不方便，而一旦用夾鉗式抓取就不能使單臂，單臂不利于平衡。吸附式抓取機構(gòu)中的氣吸式與磁吸式兩種類型，廣泛應(yīng)用于抓取薄型工件，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便、工作可靠等特點。但磁吸式廣泛應(yīng)用于吸取磁性的材料和工件，所以最終選取氣吸式抓取機構(gòu)來完成玻璃的抓取搬運，并且安裝四個吸盤。腕部設(shè)計，當(dāng)放置玻璃時，需要把玻璃安置到玻璃架上，而玻璃架是與水平方向呈一定角度的，這就要求放置玻璃時要旋轉(zhuǎn)一定角度，一定角度的產(chǎn)生主要靠腕部的俯仰或腕部的回轉(zhuǎn)實現(xiàn)，此處選擇腕部的俯仰來實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，腕部采用俯仰液壓缸來實現(xiàn)俯仰。手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部分，其作用是支承手腕及抓取機構(gòu)（包括被抓去的工件） ，有時其他一些裝置如傳動機構(gòu)或驅(qū)動機構(gòu)裝置也安裝在手臂上。機身則在直接支承和帶動手臂不件，并實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)、升降、俯仰等運動。手臂和機身的質(zhì)量較大，其運動速度和負(fù)荷也較大，因此，他們的工作平穩(wěn)很重要，設(shè)計時力求結(jié)構(gòu)合理、緊湊、重量輕。手臂設(shè)計，手臂要有伸縮的功能來保證抓取放置的正確位置，采用普通液壓的伸縮移動或利用機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)手臂的伸縮。機械結(jié)構(gòu)可以用齒輪齒條的嚙合傳動來完成，此處選用液壓缸的伸縮來實現(xiàn)移動。機身為懸掛式時，自動線成直線布置，機械化手空中行走，順序完成抓取、轉(zhuǎn)位、卸料等功能，這種方案結(jié)構(gòu)簡單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，有油液站不能固定，這是設(shè)計復(fù)雜程度增加，運動質(zhì)量增大。機身次用立柱式，機械手側(cè)面行走，順序完成抓取、轉(zhuǎn)位和卸料等動作，自動線仍呈直線布置。這種方案可以集中設(shè)計液壓站 ，易于實現(xiàn)電氣、油路定點連接，但占地面積達(dá)，手臂懸伸量大。畢業(yè)設(shè)計方案濟南大學(xué) - 4 -機身采用機座式 ，自動先圍繞機座布置，順序完成抓取、搬運和卸料等功能。這種方案 具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工件等優(yōu)點，配線要求高。綜上采用機身機座式，這是一種球坐標(biāo)式機械手，具有立柱旋轉(zhuǎn)的功能，也能實現(xiàn)升降與輔助手臂進(jìn)行俯仰的功能。旋轉(zhuǎn)需要回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)，升降就是靠普通液壓缸垂直方向的伸縮實現(xiàn)。而俯仰靠一個輔助式的液壓缸實現(xiàn)，當(dāng)不需要輔助手臂俯仰只需完成手臂升降時，對兩個液壓缸同時供油，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)升降，當(dāng)需要輔助手臂俯仰時，只對其中用來起到輔助作用的液壓缸供油，這樣就能起到輔助手臂俯仰的功能。通過以上對機械手的設(shè)計，使其能夠由手臂伸縮和機身升降來抓取玻璃，然后通過機身旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)玻璃的轉(zhuǎn)位搬運，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到指定位置時，在由腕部或機身輔助的輔助實現(xiàn)俯仰，翻轉(zhuǎn)到一定角度把玻璃放到玻璃架上。四、參考文獻(xiàn)[1] 上海發(fā)那科技機器人有限公司.FANUC 智能化機床上下料系統(tǒng)介紹[J]. 自動化, 2010（9）:60-64.[2] 沈小強 , 臧華東,李洪群.系統(tǒng)中搬運機械手的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計[J] . 現(xiàn)代機械 ,2010（4）:33-34.[3] 陳凡 ,周繼 ,蒲如平.數(shù)控車床用真空夾具系統(tǒng)設(shè)計[J].液壓與氣動,2010（7）:41-42.[4] 劉繼展 ,李萍萍 ,倪齊,李智國.番茄采摘機器人真空吸盤裝置設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2010（10）:171-173.[5] 陳羽鋒 ,胡國清 ,欒厚寶.基于 PLC 的氣動送料控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].機械制造與自動化,2010（2）:154-155.[6] 牛建嶺 .低壓吸取部件裝置[J].國外塑料,2010（2）:66.[7] 劉媛麗 ,顧喜 ,田秀平.不同類型液壓油缸密封系統(tǒng)的選用[J].鑿巖機械氣動工具,2010（3）: 56-58. 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