基于极组堆叠过程机械手设计-三自由度圆柱坐标工业机械手含6张CAD图
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设计(XX)任务书院(部): 专业: 学生姓名学生学号指导教师职称学位课题名称基于极组堆叠过程机械手设计起止时间20XX年10月15日 20XX年5月10日课题来源实验 生产实践 科研项目 R其它来源于社会实践或应用研究的课题设计(论文)的主要任务与基本要求:一、主要任务本课题针对基于极组堆叠过程机械手机械结构的研究现状,对科研项目进行更深入的研究、整理、完善,通过科学的研究方法,以期最终形成完善的基于极组堆叠过程机械手的设计。二、基本要求:(一)内容设计要求:1. 机器总体设计方案。2. 传动系统的设计:主要是电动机的选择、传动方式的选择等。3. 减速器的设计计算(二)工作量要求:1. 设计说明书一份。2. 零件图和装配图一套。进度安排:1.2019年10月15日-2019年11月03日,下达任务书、明确设计任务,撰写并提交开题报告。2.2019年11月04日-2019年11月15日,调研、查阅设计相关资料,确定设计方案。3.2019年11月16日-2019年12月20日,完成各部分的设计,形成毕业设计初稿。4.2019年12月21日-2020年03月15日,优化、细化初稿,完成毕业设计修改稿。5.2020年03月16日-2020年04月20日,毕业设计定稿,整理毕业设计材料,准备答辩。 指导教师签字: 年 月 日院(部)本科毕业设计(论文)工作领导小组意见: 签章: 年 月 日注:1.任务书由指导老师填写。2.任务书在第七学期下达给学生。3.本表一式三份,院(部)、指导教师、学生各一份。 目 录一、实习目的1二、实习单位概况1三、公司管理管理风格2四、安全教育2五、实习内容2六、实习感受与总结3II一、实习目的 随着社会的快速发展,用人单位对大学生的要求越来越高,对于即将毕业的机械设计制造及其自动化专业在校生而言,为了能更好的适应严峻的就业形势,毕业后能够尽快的融入到社会,同时能够为自己步入社会打下坚实的基础,毕业实习是必不可少的阶段。毕业实习能够使我们在实践中了解社会,让我们学到了很多在机械设计制造及其自动化专业课堂上根本就学不到的知识,受益匪浅,也打开了视野,增长了见识。使我认识到将所学的知识具体应用到工作中去,为以后进一步走向社会打下坚实的基础,只有在实习期间尽快调整好自己的学习方式,适应社会,才能被这个社会所接纳,进而生存发展。刚进入实习单位的时候我有些担心,在大学机械设计制造及其自动化专业知识与实习岗位所需的知识有些脱节,但在经历了几天的适应过程之后,我慢慢调整观念,正确认识了实习单位和个人的岗位以及发展方向。我相信只要我们立足于现实,改变和调整看问题的角度,锐意进取,在成长的道路上不断攀登,有朝一日,那些成才的机遇就会纷沓而至,促使我们成为机械设计制造及其自动化专业公认的人才。我坚信“实践是检验真理的唯一标准”,只有把从书本上学到的专业理论知识应用于实践中,才能真正掌握这门知识。因此,我作为一名机械设计制造及其自动化专业的学生,有幸参加了为期四个月的毕业实习。机电工程学院为了使我们更多了解机电产品、设备及工作性质,提高对机械制造相关技术的认识,加深机械制造在工业各领域应用的感性认识,开阔视野,了解相关设备及技术资料,熟悉典型零件的加工工艺,特意安排了我们到青岛百创机械设备有限公司进行了为期四个月的参观实习。这次的认知实习也是为了我们能将所学的理论知识与实践结合起来,培养勇于探索的创新精神、提高动手能力,加强社会活动能力,严肃认真的学习态度,为以后专业实习和走上工作岗位打下坚实的基础,也为了能够让我们对自己的未来有个明确的规划。 二、实习单位概况 青岛百创机械设备有限公司是一家专业从事进口、国产物流仓储设备的,集叉车批发、销售、租赁、保养、维修、配件于一体的专业性叉车服务运营商。公司主要经营的产品有叉车、牵引车、堆高车、搬运车、牵引蓄电池等物流仓储设备,同时为用户提供适合、专业的物流装备解决方案和设备终身维护、保养、维修服务以及二手叉车置换业务。我们本次实习的单位是位于山东省青岛市城阳区,位置在夏庄街道西黄埠社区南50米附近。公司主要经营大宇叉车配件,斗山叉车配件, 公司系韩国大宇叉车中国青岛事业部,主要经营斗山大宇叉车的整机销售、配件销售批发、维修服务、保内索赔等业务。 三、公司管理管理风格 在公司里面我们见到最多的就是它的5s管理。而何为5s:5s是起源于日本的一种现场管理方法,是整理(seiri)、整顿(seiton)、清扫(seiso)、清洁(seikeetsu)、素养(shituke)5个词的缩写。因为这5个词日语中罗马拼音的第一个字母都是“s”,所以简称为“5s”,5s活动的目的是为了创造一个干净整洁、舒适合理的工作环境,并通过工作环境的整治,达到改善和提升管理的功效,最终提升企业的市场竞争力,5s包括5个部分即整理、整顿、清扫、清洁、素养。 四、安全教育 2020年3月12日下午我们在公司中心进行了安全教育。科长给我们看安全生产记录还有事故案例,一些注意事项加血淋淋的案例,尽管我很害怕,不敢听不敢看,但我不能,我必须听还要看,还要做笔记,这些血淋淋的案件给人们敲响了警钟。老师给我们提了好多要求,我们都必须做到,毕竟事故发生了谁也负担不起。不允许穿凉鞋进厂;进厂必须穿长裤;禁止在厂里吸烟,被发现者罚款; 进厂后衣服不准敞开,外套不准乱挂在身上,不得背背包进厂;人在厂里不要成堆,不要站在主干道上;注重自身和学校形象;不准乱按按扭、开关;注意安全。五、实习内容 一开始我感到没有信心,在老师和同学的帮助下逐步建立起了自信,通过实行加深学生对汽车专业在国民经济中所处地位和作用的认识,巩固专业思切身了解汽车服务市场现状3.熟悉汽车修理环境、修理工具。为将来工作打下基础。通过现场维修实习和企业员工的交流指导,理论联系实际,把所学的理论知识加维修实习是对学生的一次综合能力的培养和训练。在整个实习过程中充分调动学例如:电脑检测分析仪、喷油清洗分析仪、四轮定位仪、自动循环清洗,等等。使得该厂软、硬件兼备且完善。汽车保养u形螺栓是否牢固可靠。起动发动察看仪表工作是否正常,倾听发动机有无异响。检查车辆有无漏水、漏油、漏气、汽车点火系统故障排查信号发生器以及连接导线等。 六、实习感受与总结 为期四个月多的实习结束了,在老师和工厂技术人员的带领下看到了很多也学到了很多。让我对原先在课本上许多不很明白的东西在实践观察中有了新的领悟和认识。在这个科技时代中,高技术产品品种类繁多,生产工艺、生产流程也各不相同,但不管何种产品,从原料加工到制成产品都是遵循一定的生产原理,通过一些主要设备及工艺流程来完成的。因此,在专业实习过程中,首先要了解其生产原理,弄清生产的工艺流程和主要设备的构造及操作。其次,在专业人员指导下,通过实习过程见习产品的设计、生产及开发等环节,初步培养我们得知识运用能力。没去之前我总以为根据自己从书上、从课堂上所学到的知识应该对企业的生产情况有了比较深刻的了解,但去了之后才知道自己的想法有多么幼稚,才体会到书上所说的“纸上得来终觉浅,绝知此事需躬行”的真正含义,也明白了老师要我们一定要下工厂实习的良苦用心。真的,有许多东西看似已经懂了,但真正到了实际却又是另一种情况。有时自己认为自己已掌握的东西可能仅是一些肤浅的表面或总体的一个方面,甚至有时是错误的认识,而如果没有实地考察实践,是无法发现这些问题的。这次实习给我们每个人一个很好的机会学习那些书本上不能学到的知识,增长了我们的见识,对生产操作有了一定的直观认识,对工人也有了一种全新的认识。感谢领导、老师给我们这次充实自己、增长见识的机会。 4青岛滨海学院实习鉴定表姓名连升性别男年龄实习出勤(次数或天数)120专业机械设计制造及其自动化迟到早退0病假0事假0旷课0专业技能方面受过何种奖励第十五届山东省大学生机电创新设计大赛一等奖;第八届全国大学生机械创新设计大赛一等奖;第七届山东省高校机器人大赛二等奖; 评价内容劳动态度(10分)劳动纪律(25分)职业道德(20分)专业技能(25分)创新能力(10分)协作精神(10分)合计得分924182410994个人小结很感谢实习单位给我这个这么好的实习机会,让我学习很多、成长很多、收获很多。 签字: 年 月 日实习单位鉴定 负责人签字:(单位盖章): 年 月 日指导教师考核意见成绩评定:指导教师签字: 年 月 日学院意见 学院签字(单位盖章): 年 月 日备注注:实习结束时,由实习学生填写本表后,交指导教师和实习单位签署意见,最后交学院院办归档保管。青岛滨海学院实习报告成绩学号 20160190311 姓名连升班级16机械本3专业机械设计制造及其自动化学制4班主任实习报告题目 青岛百创机械设备有限公司实习心得指导教师柏秀芳职务或职称讲师指导教师评语评审小组意见学院终审意见备注注:本表填写完毕后,由各学院对学生成绩汇总后,交教务处一份备案。XX设计(XX)开题报告题 目: 基于极组堆叠过程机械手设计 英文题目:Manipulator design based on pole Group Stacking Process 学 院: 专 业: 姓 名: 学 号: 指导教师: 20XX年1月6日一、课题来源、研究目的(选题的意义和预期应用价值)1.课题的来源本课题来源于生产实践,课题灵感来自青岛力神新能源有限公司装配车间的一段工序,针对叠片车间来料进行堆叠及包胶的过程,采用新的设计思路,减少人力物力,结合机械结构原理,进行创新改造。2.本课题研究的意义近年来,能源危机、环境污染问题日趋严重,全球范围内都在大力发展可持续的新能源,如锂离子电池、太阳能、风能等,锂离子电池因具有循环性能好、工作温度范围宽、具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能,而且要求成本尽量低,使用寿命尽量长,锂离子电池在为数不多的新能源中脱颖而出。电池行业的发展也进入了新的阶段,智能化、规范化成为重要的发展方向,为经济的发展做出了巨大的贡献。电池行业竞争也是在于设备先进程度的竞争,电池包胶设备的好坏严重影响极片的焊接及入壳后电池的质量。本设备堆叠夹紧机构极大提高极组堆叠的整齐度,避免不良品的产生,效率与质量的提升使企业在锂电池行业处于领先地位。3.本课题研究目的方形叠片锂动力电池生产过程中,装配工序应先对个级组进行胶带包裹,形成预固定,以便于进行级组级耳焊接及装入电池壳,传统作业方式为作业人员徒手进行多级组包裹作业,不仅作业效率低下,且包裹整齐度参差不齐,严重影响极组的质量乃至电池的质量。本设备堆叠夹紧机构极大提高极组堆叠的整齐度,避免不良品的产生。拉胶固定切胶吸胶贴胶自动化工艺并设有两个机械抓极大提高包胶质量及效率,后设包胶检测装置,消除一切不良品为后续其他工序做好准备。效率与质量的提升使企业在锂电池行业处于领先地位。此次的设计满足省时省力,效率精度高,生产周期短,制造成本低,获取更大的经济利益等要求。同时在课题的研究设计过程中提升自己的能力,综合运用大学所学知识,融会贯通。实现自己对知识的进一步掌握。二、与本课题相关的国内外研究现状(文献综述),预计可能创新的方面国内外早有人意识到电池堆叠包胶速度与质量的重要性。也曾设计极组包胶装置,上料时利用弹簧推动的方式使需要包胶的电池板依次下落,自动下料,利用传送轮的方式使电池板在带动下下移,利用下压的电池板抵住胶带本体,使胶带主体覆盖于电池板的外侧,并使胶带主体与外连接框分离,对外连接框进行收集,并拉动胶带移动便于进行下一个电池的包胶;包胶完成后的电池通过热压和切割,使多余的胶带被切除,实现自动化的生产。虽然大大提高了效率不过对于极组的保护与大批量的生产还存在一些的压力。创新方面:结合极组堆叠设备与包胶设备取之长处,利用气缸控制机械手臂实现取料堆叠及包胶。利用马达带动传送带减少人力物力从而实现大批量、高质量、高效率的极组堆叠及包胶一体的设备。参考文献:1.纪常委,锂离子动力电池研究设计M.北京:北京工业大学,2006.2高耀东,刘学杰,周可璋.ANSYS机械工程应用精华30例M.北京电子工业出版社,2010.3谭铮.新能源汽车电池分析J.汽车驾驶及维修,2005(3):73-74.4 机械设计手册编委会. 机械设计手册M. 北京: 机械工业出版社, 2000.5 濮良贵, 纪名刚. 机械设计M. 北京:高等教育出版社, 2006.6 骆素君, 朱诗顺. 机械课程设计简明手册M. 北京:化学工业出版社, 7杨桂从.动力电池装配线路研究J.汽车工艺与研究-2010年12期8 朱倩.电动汽车动力电池J.电气时代 2006.12.167l一0711(2006)120035039江迈进.新能源的发展前景J.福建能源开发与节约,2001年第2期10 陈铁鸣. 新编机械设计课程设计图册M. 北京:高等教育出版社, 2003.三、研究的主要内容与可行性分析本次是对极组堆叠包胶设备设计与优化。对的主要结构部件进行结构以及造型设计。对工件的选性与设计,对设备问题点的改进与优化。毕业设计将严格按照工业研发流程进行:(1)通过查阅相关资料了解堆叠包胶设备机构的工作原理,涉及机械手、马达、气缸、感应指示灯、皮带传送、PLC控制等,为后面的设计打下坚实的基础。(2)设计堆叠包胶机平面图,保证从来料到出料,机台各个工位设计合理美观。(3)对各工位进行设计,保证满足工艺技术要求。以气缸与马达完成设备要求动作,设备要具备:极组上料,极组堆叠,极组两侧包胶,极组顶/底包胶,极组包胶检测,极组出料等工艺要求。(4)对设计进行分析与优化,要求设备满足故障率小于1,合格率 98,两极组边缘对齐后按照同向堆叠在一起,对齐度0.5mm。两个极耳中间胶带宽度1040mm,两个侧边胶带和底边胶带宽度1050mm,胶带直径:300mm。可行性分析实习期间对极组堆叠包胶机有了初步的了解,明确本次设计需要注意的各项要求与结构,通过大学四年的学习,我已掌握了机械设计、机械制图、金属材料、plc等相关基础知识,且有清晰的设计基本思路,坚持阅读指导教师指定的参考文献、资料、书籍,并阅读了较多的自选资料和较多的外文文献,积极开展调研论证,同时了解模具设计的要点,并对极组进行工艺性分析和结构尺寸的计算。此外,还熟练掌握了CAD、UG等辅助设计软件,可对设备结构进行设计、分析等,本设计切实可行,能够达到预期的要求。 四、本课题研究的主要方法和步骤第一,需要明确极组堆叠包胶设备的设计要求,并进行工艺性分析,来料极组分析,托盘结构工艺分析,物流线布局的分析,明确极组的生产批量,计算出设备空间尺寸及线路长短。第二,综合运用CAD、UG计算机辅助设计软件进行布局绘制,机械手的合理布局,感应指示灯设计,托盘回流位置的确定等。第三,确定上料皮带传动所需控制马达及运行感应指示灯的选用及编程。堆叠工位机械手尺寸设计,及气缸的选用。包胶工位机械手设计,包胶机构伺服马达的选用,包胶检测装置设计等。第四,完成机械手绘图,设备总体布局描述。通过上述设计流程的实施,实现极组的堆叠包胶一体化。便于实现智能化生产,因此在生产过程中完全符合要求。五、研究进度安排1.2019年10月15日-2019年12月20日,下达任务书、撰写并提交开题报告。2.2019年12月21日-2019年01月20日,调研、查阅相关资料,确定设计案。3.2020年01月21日-2019年02月25日,完成初稿。4.2020年02月26日-2019年03月15日,完成第二稿。5.2020年03月16日-2019年04月12日,完成定稿,准备答辩。六、指导教师意见指导教师签字:年 月 日七、院(部)本科毕业论文(设计)工作领导小组意见组长签章:年 月 日6基于极组堆叠过程机械手设计,任务要求:,夹持最大物重:1Kg 直径为: 以下尺寸的圆形棒料 移动范围:半径为0.5的扇形区域 高度变化范围为:0.5m 设计寿命:3年 动力装置自定,选用液压系统,要设计出液压系统图和相应电气控制系统。,手抓设计:,滑槽式杠杆回转型手部,腕部设计:,腕部回转缸,手抓与手腕连接:,手臂设计:,双向导向杆手臂伸缩机构,机身设计:,回转缸置于升降缸之上的机构,驱动系统设计:,控制电路设计:,从原位开始升降臂下降夹持器夹紧升降臂上升底座快进回转底座慢进手腕回转伸缩臂伸出夹持器松开伸缩臂缩回;待加工完毕后,伸缩臂伸出夹持器夹紧伸缩臂缩回底座快退(回转)底座慢退手腕回转升降臂下降夹持器松开升降臂上升到原位停止,准备下次循环。,谢谢观赏, XX设计(XX)题 目: 基于极组堆叠过程机械手设计 英文题目: Manipulator Design Based on Pole Group Stacking process 学 院: 专 业: 姓 名: 学 号: 指导教师: 20XX年 5 月 10日摘要:论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则,立足于对极组堆叠过程机械手机构的设计与研制,完成的基本工作如下:通过对极组堆叠包胶设备的设计要求,并进行工艺性分析,来料极组分析,托盘结构工艺分析,物流线布局的分析,明确极组的生产批量,为装置关键部件和试验研究等层面提供了性能依据,主要设计包括机械手的致动器,包括手,腕,臂和其他组件,在PLC程序的控制下,机械手可根据运动轨迹的顺序以一定的速度和时间执行执行机构的相应部件的要求从而保证满足工艺技术的要求。关键字:机械手 致动器 轨迹II Abstract:The text is based on the principles of material saving, low cost, safety, simplicity, and high efficiency. Based on the design and development of the manipulator mechanism of the pole group stacking process, the basic work completed is as follows: Through the design requirements of the pole group stacking and encapsulation equipment, and Perform technical analysis, incoming pole group analysis, pallet structure process analysis, logistics line layout analysis, clarify the production batch of the pole group, provide performance basis for the key components of the device and experimental research, etc. The main design includes the activation of the manipulator Under the control of PLC program, the manipulator can execute the requirements of the corresponding parts of the actuator at a certain speed and time according to the sequence of the motion trajectory under the control of the PLC program to ensure that it meets the requirements of process technology.Key words: Manipulator Actuator Track III目录1 绪 论11.1 背景11.2 机械手的设计要求11.3 研究主要方法11.4 机械手的主要技术参数21.5 机械手的组成和系统工作原理22 总体方案设计32.1上料的机械手设计32.2机械人手臂腰座结构设计32.2.1机械人手臂腰座设计要求32.2.2设计具体采用方案32.3 机器人手腕结构的设计要求42.3.1设计具体采用方案42.4 机械手末端执行器结构设计52.4.1 机器人夹持器的运动和驱动方式52.5.2 电动驱动系统63.2.2 臂部回转运动113.2.3 臂部升降运动113.2.4 臂部升降油缸的计算134 PLC控制系统设计144.1 可编程序控制器的选择及工作过程144.2 可编程序控制器的使用步骤144.3 机械手可编程序控制器控制方案144.3.1 控制系统的工作原理及控制要求154.3.2 取料机械手的工作流程15总 结17参考文献18致 谢19ii 1 绪 论1.1 背景本课题来源于生产实践,课题灵感来自青岛力神新能源有限公司装配车间的一段工序,针对叠片车间来料进行堆叠及包胶的过程,采用新的设计思路,减少人力物力,结合机械结构原理,进行创新改造,依据现目前机械手在先前的制造技术领域中重要地位,这是一个通过先进技术实现自动化的生产设施。它可以执行自动位置控制和重新排序过程。它具有多个自由度,可以用于:电子设备,控件,计算机,传感器,人工智能等的综合性现有技术,在运用PLC程序的控制下,可以根据运动轨迹的顺序以一定的速度和时间执行执行机构的相应部件的要求,从而使执行机构可以一定的速度到达设定位置。从而达到取料的目的。1.2 机械手的设计要求本主题中要完成的主要任务如下:(1)机械手是通用机械手,因此比专用机械手具有更广泛的应用范围。(2)选择机器人的坐标类型和自由度。(3)设计机械手的致动器,包括手,腕,臂和其他组件的设计。为了使它更具通用性,手被设计为可替换的结构,不仅可以用于抓握手指以抓取电池工件,还可以在工业需要时用于负压吸盘来抽吸片状工件。(4)气动传动系统设计;将设计机器人的气动传输系统,气动回路的设计以及气动原理图。(5)机械手控制系统的设计;自动取料机械手使用可编程逻辑控制器来控制机械装置的动作。1.3 研究主要方法机械手的主要基本工作原理为:机械装置主要由执行器,驱动系统,控制系统和位置检测装置组成。在PLC程序控制的条件下,采用气动传动来满足执行器相应零件的要求。这些部分具有顺序,运动轨迹以及一定的速度和时间,使机械手以一定的精度到达设定位置,为了使其能够研究出来,方法的运用具有很重要的作用,以下介绍几种设计过程中运用的一些方法。文献研究法:根据研究主题,通过搜索文档获取技术数据,通过以往的研究成果分析出最佳技术方案。定量分析法:根据调查结果制定出技术攻关,依据工作原理制定出力学或者材料学分析论证。模拟法:通过使用3D建模平台组装零件,创建类似的模型,然后用于研究机械模型的一些基本特征。1.4 机械手的主要技术参数1、机械手工作质量 1 kg2、自由度数 3个自由度3、座标型式 圆柱座标4、最大工作半径 1500mm5、手臂最大中心高 1300mm 6、手指夹持范围 工料: 2006050mm 7、驱动方式 气压传动8、控制方式 PLC控制 1.5 机械手的组成和系统工作原理工作原理框图(机械手的系统)如图1.1所示:图1.1 机械手的系统工作原理框图16 2 总体方案设计2.1上料的机械手设计对于机械手的基本要求是可以快速的进行作业,这就要求它要有更高的精度,并且有足够的灵活度,有大量的工作空间,有一定的刚度和强度。而且可以轻松的编写程序来写出程序来控制机械手如图2.1所示为整体结构示意图。图2.1 机械手整体结构2.2机械人手臂腰座结构设计2.2.1机械人手臂腰座设计要求机械人手臂腰座结构设计要求应该满足以下条件:(1) 后座有一个足够大固定结构,以保证机器人在工作时整个系统的稳定性。(2) 后座承担全部重量和负载,因此,与基体的轴承结构和腰部具有足够的强度和刚度,以确保它的承载能力。(3) 机械手的旋转接头,对机器人的运动和操作的准确性的影响最大,因此,要特别注意对这个部位进行更加精密的设计。2.2.2设计具体采用方案通过摆动液压缸或液压马达,目前的趋势是使用这个。由于其精度高,结构紧凑,并且由电气控制,无需设计液压系统等辅助设备。考虑第一个旋转接头,腰座是影响机器人操作的最大因素,并且这个部位采用电机驱动实现旋转运动,一般不能直接驱动电动机,考虑到特定需求的速度和转矩,采用大型齿轮传动系统。图2.2 腰座具体结2.3 机器人手腕结构的设计要求机器人腕部安装在机器人手臂上,设计机器人手腕时,应努力减轻其重量和体积,并且其结构紧凑,为了减轻机器人手腕的重量,驱动了手腕机构的分离,一般安装在手臂上,腕部驱动器不使用直接驱动,而选择高强度铝合金,机器人腕部必须连接到末端执行器上,因此,必须有标准的连接法兰,结构应易于装载 然后卸载;它必须具有足够的强度和刚度,以确保传递力和运动;必须提供可靠的传输间隙调整机制以提高传输精度。2.3.1设计具体采用方案通过数控机床的装载作业的详细分析,并考虑到数控机床的特定形式的具体要求和机器人装载操作,会议系统技术的需求,以提高安全性和可靠性的前提下,那么机器人手结构尽可能地简单,减少控制的难度,这样的设计不会增加手腕的自由度,实践证明它是完全可以满足的要求,可以实现机器下运动。特定的手指结构如图图2.5 车床上料机械手手2.4 机械手末端执行器结构设计2.4.1 机器人夹持器的运动和驱动方式 该机器人抓取和夹持器的机器,一般工业机械爪,爪根据手指的运动,可以分为运动和转换类型,根据夹紧方式,外夹式和内型两种,机器人夹持(爪子)有三个主要类型的驾驶方式:(1)该驱动系统的气动驱动方式是使用电磁阀来控制的运动方向爪,与空气调节器调整速度。气动驱动系统,价格低所以气动夹具是在工业上得到广泛应用。此外,由于气体的可压缩性,迅速开始爪抓住运动具有一定的灵活性,这是把握行动是必要的。(2)电力驱动的电动驱动爪更广泛的应用。爪,一般的直流伺服或步进电机,减速机,需要足够的动力和力矩。(3)液压传动传动刚度大的液压传动系统,可实现连续的位置控制。2.4.2 机器人夹持器的典型结构1。楔块杠杆式手爪使用楔和杠杆实现爪抓取工件。2。槽式夹具当活塞向前,推针夹紧槽合并,从而产生夹紧作用和夹紧力,当活塞运动,夹爪松脱。钳子打开和关闭行程大,适应不同大小的现象。3。连杆杠杆爪子在推力活塞时,连杆和杆夹(放松)的运动,这时电动控制杆可能会产生更大的夹紧力。通常与温度有关。4。齿轮齿条式爪钳子的活塞移动架、机架和齿轮旋转,产生夹紧和放松的行为。5。平行夹杆在平行四边形机构,以确保这两个手指爪可以平行运动,在导轨平行移动的摩擦要小得多。2.4.3 设计具体采用方案结合具体情况,设计采用连杆杠杆式的手爪。本设计根据工件的直径是80 - 130毫米,夹具的具体结构如图2.6所示:图2.6 手爪的具体结构2.5 传动机构的设计2.5.1 设计具体采用方案具体到本设计中,因为使用了机器人臂在水平方向和垂直液压缸中,由于液压缸直接驱动。因此,没有中间传动机构,它简化了结构,提高了精度。腰部旋转运动机器人由马达驱动,该传动机构必须用来减缓并增加扭矩。通过分析和比较,选择圆柱齿轮,以确保高精确度,尽可能减小齿轮传动误差,而大大提高了转矩,同时降低电机的速度,保持流畅的机器人的移动,良好的动态性能。所以要使用高强度材料的齿轮。2.5.2 电动驱动系统机器人压缩空气为动力源,如各类机器人和伺服马达和伺服驱动器的快速发展,为机器人驱动系统更新创造条件。由于高起动转矩、大扭矩、低惯性的交流和直流电机的应用,机器人的动力问题得到解决,所以一般来说,重量在100公斤的工业机器人的使用电力驱动系统。1.机器人驱动系统电机的选择根据机器人目的,用途,机器人驱动电机的选择更加多样化,结合各种马达,性能,结构特征和具有成本效益的要综合考虑。根据机器人的运动轴电机的额定转矩,减速机,负载特性的要求来计算,选择额定功率等参数,根据其主要特点和性能,在选择合适的电机。表2.1各类驱动电动机主要特点名称主要特点及性能结构特点用途及使用范围驱动器惯量直流永磁伺服电动机电机的惯量小,理论加速度大,快速反应是好的,和良好的低转速,速度比可达1:10E4范围内,但不低的输出扭矩转子直径小,惯量小适用于快速和苛刻的负载转矩不大的场合可控硅直流PWM伺服驱动变压器驱动器有刷绕组永磁直流伺服电动机转动惯量小,快速响应性能好;转子无铁损,效率高;换向性能好,寿命长;负载波动对转速影响小,输出力矩平稳。无铁心,具有轴向平面间隙可频繁起制动、正反转工作,响应迅速,适用于机器人,数控等直流PWM伺服驱动器,SCR变压驱动器大惯量永磁直流伺服电动机输出力矩大,转矩波动小,机械特性硬度大,可以长时间工作在堵转条件下又称力矩电机,其转子较粗适用于驱动力矩较大的场合,因可不用齿轮传动,消除了齿轮间隙直流PWM伺服驱动器,SCR变压驱动器表2.2 各类驱动电动机主要特点反应步进电 机电脉冲信号直接进入角,所述角是成正比的脉冲数,输出力矩大电机转子无转租,由永磁体构成转子磁极作为用于数字系统的致动器,如数控机床,机器人;开环控制直流PWM伺服驱动器SCR变压驱动器同步交流伺服电动机定子绕组的旋转磁场的速度建立了严格的同步;从低到高转速,高电流通过定子绕组,所以起动和制动转矩不减小,可频繁起动和制动由永久磁铁转子,定子具有三相,转子相对较小,主要用于中小容量的伺服驱动系统,如数控,机器人和其他系统交流PWM变频调速器异步交流伺服电动机速度总是比旋转磁场由定子绕组产生,机构简单,高容量,低价格低定子由对称三相绕组组成,用于数控机床主轴等容量大的场合交流PWM变频调速器3 机械手设计计算3.1 夹持式手抓的设计计算3.1.1 手抓部力的计算1夹紧力的计算夹紧力 KG式中: 安全系数一般取1.2-2; 动态负载系数,主要考虑的冲击惯性力。 方位系数; 被抓取工件的重量1kg。根据本次所设计的手爪结构 =1.5, 取=0.87,为机械传动效率,由摩擦等因素产生。 3.2 腕部设计手和胳膊的手腕是连接组件,它有独立的自由度,机械手,以满足需求的复杂运动。手腕运动在X轴运动称为旋转;在Y轴运动称为球场;在Z轴运动称为摇摆;也可以有一个自由度沿Y方向移动。3.2.1 腕部的设计要求1腕部自由度的选取2腕部的动作要灵活、自重要轻图3.1手腕回转结构图3.2.1臂部设计要求 臂设计实现所需的运动第一次要求,为了实现这些动作需要满足以下几个要求。表3.1 几种常用梁的惯性矩比较名称截 面 形 状截 面 积每米重量惯性矩为圆钢的几倍圆钢F=28.9(D=6)G=22.19J=63.6钢管F=28.3(D=6)(d=8)G=22.19J=284.54.5工字钢F=28.3(16号断面)G=20.5()18(1.5)槽钢(20号断面)G=22.63()(28)23.2.2 臂部回转运动手臂运动,除了前后伸缩运动和旋转运动。机械手的设计,它的设计将是一个单一的旋转运动。有些机器人,而不是一个旋转运动,而是相结合的复合运动。可以有以下程序来完成一个个单一的旋转运动。3.2.3 臂部升降运动一些机械手的升降行程比较大,需设计立柱式结构,支撑升降运动机构,其轮廓尺寸相对比较大。图3.2 升降机构设在机座上方可伸缩的提升机制:这个平台的组织结构的优点是整个机器形式高度可以降低高度是机器人臂的高度,转动臂的转动惯量可以更小,不需要额外的指导支持,结构紧凑,提高的旅程。线性缸升降结构:起重机械手臂的机制设计也直接使用,其结构如图15所示,导套,导性能好,刚度大,工作稳定,球铰链的活塞杆和导向套时,活塞杆的倾斜荷载挠度。图3.3 机械手的升降液压缸结构图3.2.4 臂部升降油缸的计算(1)液压缸主要参数的确定液压缸的工作压力为p=2.94Mpa,推力F=24000N液压缸的机械效率,一般取=0.95 ,经计算7.5 (2)活塞杆直径计算(3)液压缸的流量计算中部位置检测装置是利用机器人的运动控制的位置,或检测设备,由控制系统的运动控制机器人的位置。如反馈控制系统、运动系统和调整的位置控制系统,运动停止在规定的位置,为了确保机器人的运动的定位精度。引用一个应用电液比例反馈控制。 4 PLC控制系统设计4.1 可编程序控制器的选择及工作过程同时考虑机械手的多功能性和点控制,我们使用可编程逻辑控制器(PLC)来控制机械手。机械手的动作流程发生变化时,只能更改PLC程序,非常方便,快捷。4.2 可编程序控制器的使用步骤当可编程控制器和受控对象(机器,设备或生产过程)形成自动控制系统时,通常分七个步骤执行:(1)系统设计:即确定受控对象的工作原理,控制要求,动作和动作顺序。(2)I / 0分配:即确定哪些信号被发送到可编程控制器并分配给相应的输入端子号;哪些信号由可编程控制器发送到受控对象并分配相应的输出端子号。另外,还分配了可编程控制器中使用的计数器,定时器等。可编程控制器通过数字识别信号。(3)绘制梯形图:它与继电器控制逻辑的梯形图具有相同的概念,并表示系统中所有动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT),则绘制梯形图等效于创建程序,并且可以将梯形图直接发送到可编程控制器。对于简单的程序员,通常有必要进行下一个助记符程序转换过程。(4)助记符机器程序:相当于微型计算机的助记符程序是面向机器的(即,来自不同制造商的可编程控制器具有不同形式的助记符指令)。使用简单的编程器时,梯形图应转换为助记符程序。将其输入可编程控制器。(5)准备程序:也就是说,检查程序中的每个语法错误,如果有,请对其进行修改。这项工作是在程序员上完成的。(6)保存程序:通过调试的程序可以在EPROM中固化,也可以保存在磁盘上以备将来使用。4.3 机械手可编程序控制器控制方案控制对象是圆柱坐标气动操纵器。它的手臂具有三个自由度,即在水平方向上的伸展和收缩;在垂直方向上上下;绕垂直轴顺时针旋转和逆时针旋转。此外,其末端执行器还可以执行抓握和释放功能。其中,一组齿条用于旋转运动,以将气缸的线性运动转换为旋转运动。这样,PLC的8个输出端可以连接到电磁阀的8个线圈,并且可以通过编程按一定顺序励磁电磁阀的线圈,从而使机械手按照预先设定的方式工作。安排动作顺序。需要更改接线,只需稍微修改程序中的动作代码和顺序即可。此外,除了抓握和放置外,在其他六个动作的末尾都设有一个限位开关,以检测该动作是否到位。如果没有采取某些措施,错误指示灯将亮起。4.3.1 控制系统的工作原理及控制要求为了满足生产需要,应将机械手设置为手动工作模式,单动工作模式和自动工作模式。(1)手动工作模式:轻松调整和检修设备以及设置手动工作模式。使用按钮分别控制机器人的每个动作。(2)单动模式:从原点开始,按照自动工作循环的顺序,每次按下启动按钮,机器人将在完成一个工作步骤后自动停止。(3)自动工作模式:当按下开始按钮时,机械手将从原点开始,并根据该过程自动连续进行,直到按下停止按钮为止。机械手完成最后一个循环的动作后,返回原点并自动停止。4.3.2 取料机械手的工作流程根据系统输入输出点的数目,选用OMRON C28P型PC,它有16个输入点,标号为X0-X16;12个输出点,标号为M0-M12.如表4.1所示。 表4.1 I/O分配启动 X0手臂左转 M0停止 X1手臂右转 M1手部抓紧 X10手臂伸长 M2左转限位开关 X2手臂收缩 M3右转限位开关 X3手臂上升 M419伸长限位开关 X4手臂下降 M5收缩限位开关 X5手腕逆转 M6上升限位开关 X6手腕顺转 M7下降限位开关 X7手抓抓紧 M8逆转限位开关 X8手抓放松 M10顺转限位开关 X9物品检测 X11手动控制 X12其它地址分配:1夹紧定时器:T1,定时5s 2放松定时器:T2,定时5s 3自动方式标志:M0.0 4 单动方式标志:M0.1 5、 手动方式标志:M0.2 6 结束标志:M0.521总 结论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则,立足于对极组堆叠过程机械手机构的设计与研制,完成的基本工作如下:通过对极组堆叠包胶设备的设计要求,并进行工艺性分析,来料极组分析,托盘结构工艺分析,物流线布局的分析,明确极组的生产批量,为装置关键部件和试验研究等层面提供了性能依据,主要设计包括机械手的致动器,包括手,腕,臂和其他组件,在PLC程序的控制下,机械手可根据运动轨迹的顺序以一定的速度和时间执行执行机构的相应部件的要求从而保证满足工艺技术的要求。本设计采用PLC控制,可靠性高,程序变更灵活。无论是时间控制,行程控制还是混合控制,都可以通过设置PLC程序来实现。可以根据机器人的运动顺序修改程序,以使机器人更具通用性。鉴于研究能力有限,极组堆叠过程机械手的结构优化和等一些关键性因素还有待进一步提升。未来希望可以更好的学习有关的知识,将,极组堆叠过程机械手与智能化控制方向结合,使,极组堆叠过程机械手朝着更好的方向迈进一步。参考文献1机械工业部.机械设计手册(新版)S.北京:机械工业出版社,2015.2濮良贵,纪名刚.机械设计M. 北京:高等教育出版社,2017.3华楚生.机械制造技术装备M.重庆:重庆大学出版社,2017.4刘朝儒.机械制图M. 北京:高等教育出版社,2019.5范钦珊.材料力学(上、下)M.北京:高等教育出版社,2013.6史美堂.金属材料及热处理M. 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谢不积跬步无以至千里,本课程设计能够顺利完成,得益于指导老师吕晓杰老师,本论文是在吕老师悉心的指导下完成的,吕老师拥有丰富的学术经验和严谨的治学态度,在课程设计题目制定时,她首先肯定了我的研究课题,同时给了极大的勇气,帮我具体的分析利弊使我最终选取了对称上调式三辊卷板机设计这个课题,使我在研究时有了具体方向。当论文开题后时,具体的设计不是很清楚,在老师的帮助下,我的设计有了明确的方向,初稿完成后,老师仔细检查了我的写作并指出了我的问题,为接下来的改进提供了方向,在此十分感谢老师的细心指导,才能让我顺利完成毕业论文的写作。感谢机电工程学院的全体领导和老师,在他们认真的教导下,我学到了很多专业性知识,掌握了扎实的专业技能;感谢参与本论文的批阅,和对本论文提出宝贵意见的老师和领导。25
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