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R175型柴油机机体加工自动线上用的多功能机械手设计

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软件简介

设计内容及要求:
设计内容:
给出条件:
   (1)最大抓取重量:15kg;
   (2)工件最大尺寸(长×宽×高):250×170×140mm;
   (3)最大操作范围:提升高度1m;回转半径1.5m;行走范围≤30m;
   (4)机械手自由度:4—5个;
   (5)定位精度:0.5—1mm;
   (6)装料高度:1050mm;输送轨道宽度:350mm;输送速度:20m/min;
   (7)生产纲领:10万件/年;生产节拍:3min/件。
设计内容:
查阅有关工业机械手设计资料,确定设计柴油机机体加工自动线上用多功能机械手的主要技术参数。
进行柴油机机体加工自动线上用多功能机械手总体方案设计。
完成多功能机械手抓取机构和送放机构的机构结构设计。
完成机械手液压系统和电器控制系统设计。
二、设计要求:
根据总体设计方案,绘制出多功能机械手总图一张(A0三维计算机图);
进行手臂和驱动力计算,绘制出机械手手臂和腕部机械结构图一张(A0计算机图);
进行机身驱动力计算,绘制出机械手机身机械结构图一张(A0计算机图);
根据控制系统总体设计方案,绘制出液压系统和电器系统图一张(A1计算机图2张);
绘制出机身零件图一张(A0或A1手工图);
科技译文(不少于3000汉字)。
编写毕业设计说明书一套(不少于一万字,有英文摘要,全部用计算机打出)。
R175型柴油机机体加工自动线上用的多功能机械手
摘要: 本次设计的多功能机械手用于R175型柴油机机体加工自动线上,主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成,具备上料、翻转和转位等多种功能,并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式,自动线围绕机座布置,其坐标形式为球坐标式,具有立柱旋转、手臂伸缩、手臂俯仰、腕部转动和腕部摆动5个自由度;驱动方式为液压驱动,且选用双联叶片泵,系统压力为2.5MPa,电机功率为5.5KW,共有整机回转油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸6个液压缸;定位采用机械挡块定位,定位精度为0.5~1mm,采用行程控制系统实现点位控制。
关键字: 机械手,球坐标,液压,机械挡块 ,点位控制

(一)方案设计

根据课题要求,机械手需要具备上料、翻转和转位等多种功能,并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作,因此可采用以下多种设计方案。

(1)直角坐标系式,自动线成直线布置,机械手空中行走,顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种方案结构简单,自由度少,易于配线,但需要架空行走,油液站不能固定,这使设计复杂程度增加,运动质量增大。

(2)机身采用立柱式,机械手侧面行走,顺序完成上料、翻转、转位等功能,自动线仍呈直线布置。这种方案可以集中设计液压站,易于实现电气、油路定点连接,但占地面积大,手臂悬伸量较大。

(3)机身采用机座式,自动线围绕机座布置,顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种案具有电液集中、占地面积小、可从地面抓取工件等优点,但配线要求较高。

本设计拟采用第三种方案,如图(1)所示。这是一种球坐标式机械手,具有立柱旋转⌒z、手臂伸缩→x、手臂俯仰⌒y、腕部转动⌒x和腕部摆动⌒y五个自由度。

图(1)

(二)主要参数的确定

1. 抓取重量

15kg

2. 坐标形式和自由度

坐标形式为球坐标式,有五个自由度。

3.工作行程

工作行程由已知条件及方案分析确定:

最大工作半径1500mm;

手臂最大中心高1000mm;

手臂水平中心高700mm;

手臂伸缩行程450mm;

手臂回转范围:φ=0~270

手腕回转范围:翻转θ=0~180

腕部摆动范围:转位α=0~90

手臂上下摆动角度:β=0~60

4.运动速度

直线运动速度:手臂伸缩行程l=450mm,运动时间t=2s,则手臂伸缩速度为:v==0.45/2=0.225m/s;

回转运动速度:定为60/s。

5.驱动方式

驱动方式采用液压驱动的方式。由于机械手操作时各缸不同时工作,手臂伸缩缸和手臂回转缸所需的流量大,其余各缸所需的流量均较小,因此可选用双联叶片泵。在小流量时,只需高压小流量供油,大流量低压泵卸荷;在大流量时,两泵同时供,这样可以减少系统功率损失,防止油温升高。

6.定位精度

定位采用机械挡块定位,定位精度为0.5~1mm。

7.控制方式

采用行程控制系统实现点位控制。

 、 抓取机构的设计

(一) 抓取机构结构形式的确定

抓取机构的结构形式主要决定于工件的形状和质量,本课题的抓取工件为250×170×140mm的箱式零件,因此采用平行连杆杠杆式手部结构较为合适。夹紧装置为常开式,当夹紧液压缸通油时,推动活塞带动杠杆机构合拢将工件夹紧。当夹紧液压缸断油时,活塞杆通过弹簧复位,手爪张开。

(二) 夹紧力(握力)的确定

当用不同的手部机构夹紧同一种工件时,由于各手部机构的增力倍数不同,所需拉紧油缸的驱动力也不同。当手部机构选定后,由于工件的方位不同(如工件水平放置或垂直放置),钳爪的受力状态不一样,因而所需拉紧油缸的驱动力也不一样。下图(2)为两钳爪式手部机构,由于驱动力P使一对平行钳口对被夹持的工件产生两个作用力N,当忽略工件重量时(即相当于夹紧一块握力表),这两个力大小相等,力N称为由驱动力P产生的夹紧力。

图(2)

现引入一个称为“当量夹紧力”的概念,所谓当量夹紧力,就是指把重量为G的工件,按某一方位夹紧可以求得其拉紧油缸具有的最小驱动力,这个最小驱动力所能产生的夹紧力,就称为工件在这个方位的当量夹紧力。

当量夹紧力的数值与具体的手部机构方案无关。只与工件的重量G和它相对与钳爪的放置方位有关。证明如下:

(1)首先求驱动力P与夹紧力N的关系。当驱动力推动活塞杆移动一小段距离dy时,两个钳爪都相应产生一微小转角dθ,依据虚功原理,驱动力P所做功(Pdy)和夹紧力N所做功应相等,即

一、方案设计及主要参数的确定┄┄┄┄┄┄5
   (一)方案设计  ┄┄┄5
   (二)主要参数的确定  6
二、抓取机构的设计┄┄7
   (一)抓取机构结构形式的确定  ┄┄┄┄┄7
   (二)夹紧力(握力)的确定┄┄┄┄┄┄┄7
   (三)夹紧缸驱动力的计算 ┄┄┄┄┄┄┄10
   (四)夹钳式抓取机构的定位误差分析 ┄┄11
   (五)夹紧液压缸主要尺寸的确定┄┄┄┄ 13
三、送放机构的设计 ┄16
   (一)概述┄┄┄┄16
   (二)液压系统主要参数的确定 ┄┄┄┄18
   (三)机械手的腕部设计 ┄┄┄┄┄┄┄21
   (四)机械手的手臂和机身的设计 ┄┄┄32
   (五) 液压系统元件的选择  ┄┄┄┄┄38
   (六)液压系统回路的分析┄┄┄┄┄┄39
四、控制系统的设计┄42
五、参考文献┄┄┄┄43
六、谢辞┄┄┄┄┄┄44
七、附录:科技论文翻译┄┄┄┄┄┄┄┄45

机械手外观图
说明书
方案图.bmp
方案图2.bmp
机身明细表.txt
机身装配图.dwg
夹持.bmp
手臂装配图.dwg
受力简图.bmp
液压图.dwg
油缸.dwg
油缸2.dwg

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