毕业设计机械手及其应用

机械手课程设计说明书

设计题目

机械手及其应用

选择与分析

总体方案选择

驱动系统方案选择

控制方式选择

相关计算

驱动系统设计

PLC控制系统设计

参考文献及设计心得

设计:汤周平

指导:刘玉峰

班级:机制024

时间:2006、3

一、设计题目

1、任务:机械手抓取工件,提高300 mm,顺时针转90°,前进300mm放下工件,回到原位置。

2、工件尺寸:40mm×40mm×40mm

工件重量:0、5Kg

工作空间:8000mm×800mm×800mm

动力源: 380V 10A 20A 220V 10A5A 36V 24V 6V 液压源气压源

控制:PLC,计算机,各种传感器

3、设计时间安排:

2月20日——2月22日查资料

2月23日——2月24日确定方案

2月27日——3月1日确定零部件,元器件的设计计算

3月2日——3月7日绘制机械图,电路图

3月08日——3月10日整理说明书,答辩

二、机械手及其应用

机械手就是一种能模拟人的手臂的部分动作,按预定的程序轨迹极其它要求,实现抓取,搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作,因而通常把工业机器人称做操作机械手。

机械手的特点:

(1)对环境的适应性强能代替人从事危险,有害的工作。在长时间工作对人体有害的场所,机械手不受影响,只要根据工作环境进行合理的设计,选择适当的材料与结构,机械手就可以在异常高温或低温,异常压力与有害气体,粉尘,放射线作用下,以及冲压,灭等危险环境中胜任工作。

(2)机械手能持久,耐劳,可以把人从繁重单调的劳动中解放出来,并能扩大与延伸人的功能。

(3)由于机械手的动作准确,因此可以稳定与提高产品的质量,同时又可以避免人为的操作错误。

(4)机械手特点就是通过用工业机械手的通用性,灵活性好,能很好的适应产品的不断变化,以满足柔性生产的需要。

因此采用机械手最明显的特点就是提高劳动生产率与降低成本。近年来,随着电子技术特别就是电子计算机的广泛应用,机器人的研制与生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化与自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作与劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点,因此,机械手已受到许多部门的重视,并越来越广泛地得到了应用。例如:在机床加工,装配作业,劳动条件差,单调重复易于疲劳的工作环境以及在危险场合下工作等。

随着工业技术的发展,工业机器人与机械手的应用范围不断扩大,其技术性能也在不断提高。在国内,应用于生产实际的工业机器人特别就是示教再现性机器人不断增多,而且计算机控制的也有所应用。在国外应用于生产实际的工业机器人多为示教再现型机器人,而且计算机控制的工业机器人占有相当比例。带有“触觉”,“视觉”等感觉的“智能机器人”正处于研制开发阶段。带有一定智能的工业机器人就是工业机器人技术的发展方向。

三、选择与分析

为实现机器人的末端执行器在空间的位置而提供的3个自由度,可以有不同的运动组合,通常可以将其设计成如下五种形式。

圆柱坐标型这种运动形式就是通过一个转动两个移动,共三个自由度组成的运动系统,工作空间为圆柱形,它与直角坐标型比较,在相同的空间条件下,机体所占体积小,而运动范围大。

直角坐标型直角坐标型机器人,其运动部分的三个相互垂直的直线组成,其工作空间为长方体,它在各个轴向的移动距离可在坐标轴上直接读出,直观性强,易于位置与姿态的编程计算,定位精度高,结构简单,但机体所占空间大,灵活性较差。

球坐标型又称极坐标型,它由两个转动与一个直线组成,即一个回转,一个俯仰与一个伸缩,其工作空间图形唯一球体,它可以做上下俯仰动作并能够抓取地面上的东西或较低位置的工件,具有结构紧凑、工作范围大的特点,但就是结构比较复杂。

关节型关节型又称回转坐标型,这种机器人的手臂与人体上肢类似,其前三个自由度都就是回转关节,这种机器人一般由与大小臂组成,立柱与大臂间形成肘关节,可使大臂作回转运

动与使大臂作俯仰运动,小臂作俯仰摆动,其特点就是工作空间范围大,动作灵活,通用性强,

能抓取靠近机座的工件。

平面关节型采用两个回转关节与一个移动关节;两个回转关节控制前后、左右运动,而移动关节控制上下运动,其工作空间的轨迹图形如图所示,它的纵截面为一矩形的回转体,纵截面高为移动关节的行程长两回转关节的转角的大小决定了回转体截面的大小、形状。这种机器人在水平方向上有柔顺度,在垂直方向上有较大的刚度,它结构简单,动作灵活,多用于装配作业中,特别适合中小规格零件的插接装配,如在电子工业的接插、装配中应用广泛。

根据本次设计的要求,工件要垂直升降、旋转、水平移动。考虑其复杂程度选择圆柱坐标型。其结构简图如下:

四、总体方案

要执行的详细的动作为:(1)定位 (2)抓取(3)提升(4)顺时针转90°(5) 前进 (6)下降 (7)松开 (8)提升 (9)后退 (10)逆时针转90°(11) 下降,完成一个工作循环。

五、驱动系统方案选择

一般情况下机器人驱动系统的选择大致按照如下原则进行选择:

1)物料搬运用有限点位控制的程序控制机器人,重负载用液压驱动,中等载荷可选用电动驱动系统,轻载荷可选用气动驱动系统。冲压机器人多用气动驱动系统。

2)用于点焊与弧焊及喷涂作业的机械手,要求具有任意点位与轨迹控制功能,需采用伺服驱动系统,需采用液压驱动或电动驱动系统方能满足要求。

按照动力源分为液压、气压与电动三大类,根据需要,也可以将这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。

液压驱动液压技术比较成熟,具有动力大、力惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点,适用于承载能力大、惯量大以及在防爆环境中工作的机械手。

气压驱动具有速度快、系统结构简单、维修方便价格低等特点,适用于中小负载的系统中。难于实现伺服控制,多用于程序控制的机械手中,在上下料与冲压机械手中应用较多。