搬运机械手机构与控制电路设计带CAD图
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搬运机械手机构设计与控制电路设计毕 业 设 计(论 文)题 目: 搬运机械手机构与控制电路设计 (英文): Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit 院 别: 机电学院 专 业: 机械电子工程 姓 名: 学 号: 指导教师: 日 期: 搬运机械手机构设计与控制电路设计摘要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。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用于按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产自动化和机械化,能在有害环境下操作以保证人的安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在工业部门中应用的机械手称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。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。它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。设计包含了机械手的结构设计及控制电路设计,其中在结构设计这方面包含了机械手的手部结构、腕部结构、臂部结构设计及机身的整体结构设计。在控制电路设计这方面包含了液压驱动控制设计、器件的选择设计、PLC可编程自动控制电路设计。本毕业设计搬运机械手机构与控制电路设计非常适合作为机械电子工程这门专业大学四年的一个总结。因为其中包含了机械设计与电路设计,是机械与电子的结合体,能充分体现这门专业的内涵。关键词:机械手;手部;腕部;臂部;机身;液压;电路Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit ABSTRACTManipulator is a kind of automatic control and from the new process to change the multi-function machine, he has multiple degrees of freedom, can carry objects to complete the work in different environments. Mechanical hand can imitate hand and arm function for some action, according to a fixed program to crawl, moving objects or to operate the automatic tool operation device. It can replace people arduous labor to realize production automation and mechanization, can operate under the hostile environment to guarantee the security of the person, and so it is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electron, light industry and atomic energy industries. In the industrial sector in the application of the mechanical hand is called the industrial manipulator. Industrial machinery hand is the modern automatic control in the field of a new technology developed in recent years, is a high-tech automated production equipment. Involves mechanics, mechanical, electrical and hydraulic technology, the automatic control technology, sensor technology and computer technology and other fields of science, is an interdisciplinary comprehensive technology. It is characterized by a variety of programming to complete the expected operation, in the structure and performance of both people and machines to their respective advantages, especially in human intelligence and adaptability. Mechanical hand operating accuracy and environment to complete operations capability, in the national economy has a broad development space. This design includes the structure of the manipulator design and the control circuit, wherein the structure design that incorporates a mechanical hand, wrist, arm structure structure structure design and the overall structure of the design. Early control circuit design which contains a hydraulic drive control design, choice of sensors design, PLC programmable automatic control circuit design. This graduation design handling manipulator mechanism and control circuit design is suitable for the mechanical electronic engineering this specialized university four years in a summary. Because of which includes the mechanical design and circuit design, mechanical and electronic integration, can fully reflect the professional connotation. Key words: mechanical hand; hand; wrist; arm; the fuselage; hydraulic circuit目录第一章 绪论11.1机械手的研究概况11.2机械手发展方向11.3工业机械手在生产中的应用21.4本设计中研究的主要内容3第二章 搬运机械手的总体设计方案42.1机械手的组成42.2机械手基本结构的选择42.3机械手的执行机构42.4机械手的驱动机构42.5机械手的控制方式选择52.6机械手的技术参数列表5第三章 搬运机械手手臂各部件的设计63.1机械手手部的设计计算63.1.1手部设计基本要求63.1.2 手部机构的选择63.1.3手抓的设计计算63.2腕部的设计计算173.2.1腕部设计基本要求173.2.2 腕部机构的选择173.2.3腕部的设计计算183.3臂部的设计计算243.3.1臂部设计基本要求243.3.2 臂部机构方案的选择253.3.3臂部的设计计算27第四章 机身的设计计算404.1机身的总体设计404.2机身的升降机构设计计算414.2.1手臂偏重力矩的计算414.2.2升降导向立柱不自锁条件分析计算424.2.3机身升降液压缸驱动力矩的计算434.2.4手臂升降液压缸参数计算444.3机身的回转机构设计计算494.3.1机身回转液压缸驱动力矩计算494.3.2机身回转液压缸主要参数514.3.4机身回转液压缸螺钉的计算524.3.5动片与输出轴间的连接螺钉计算534.3.6机身回转液压缸筒的壁厚校核544.4联接板的设计554.4.1联接板的介绍及作用55第五章 液压驱动系统与控制电路的设计575.1驱动系统设计要求575.2驱动系统设计方案575.3驱动系统设计585.3.1分功能设计分析585.3.2液压泵的确定与所需功率计算595.4控制电路设计66参考文献67致谢68附录A69第一章 绪论 1.1机械手的研究概况机械手是一种模拟人手操作的自动机械。可按人们所设计的固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。在工业生产生活中应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动,实现生产的机械化和自动化,代替人在有害环境下的手工操作,改善劳动条件,保证人身安全,更能提高生产效率,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有 6个自由度 。自由度是机械手设计的关键参数 。自由 度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。1.2机械手发展方向现阶段关于机械手的研究发展方向大体主要往重复高精度、模块化、机电一体化等方向上升级。(1)重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。(2)模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置, 使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是机械手的一个重要的发展方向。(3)机电一体化由“可编程序控制器- 传感器- 液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面,发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件, 使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”,省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。1.3工业机械手在生产中的应用国内外机械工业中机械手主要应用于以下几方面: (1)热加工方面的应用。 热加工是高温、危险的笨重体力劳动,很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率,和确保工人的人身安全,尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作 (2)冷加工方面的应用。 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用,成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用,成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 (3)拆修装方面的应用。 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一,促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门,已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等,减轻了劳动强度,提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手,可用以对客车内部进行连续喷漆,以改善劳动条件,提高喷漆的质量和效率。1.4本设计中研究的主要内容本毕业设计搬运机械手机构设计与电路控制设计主要研究包括机械手机构和传动系统设计:机械手搬运最大物重:30Kg,直径为:以下尺寸的圆形棒料。物品移动范围为半径为1.2m的扇形区域,高度变化范围为:1.5m ,要求设计寿命10年。完成机体和传动机构的总体设计,并完成指定零件的零件图设计。进行必要零部件的受力分析与强度验算;绘制总装图和相关零件图。必要时进行优化设计和应力分析。在以上给定参数条件下,设计出应用标准元件最多,体积最小、机构最为合理、强度足够,基本能交付工程实际的设计资料。第二章 搬运机械手的总体设计方案2.1机械手的组成机械手是由执行机构、驱动机构以及控制机构三大部分组成。2.2机械手基本结构的选择机械手按其基本结构可分为:直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、平面坐标式、柔软臂式、冗余自由度式、模块式等多种结构。由于本设计搬运机械手大多用于生产线上物料的上下搬运,所以所要求的自由度不高,只有机身的上下运动,手臂的伸缩及平面转动,腕部的翻转。结合上面多种结构,本设计将采用圆柱坐标式结构。圆柱坐标型机械手结构具有结构简单,定位精度较高,占地面积小等特点。2.3机械手的执行机构机械手的执行机构主要包括以下几部分:(1)末端操作(执行)器:又称手部,是在手腕上配置的操作机构,有时也称手抓。是操作机直接执行工作的装置,并可设置夹持器、工具、传感器等,是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。(2)手腕:是支乘和调整末端执行器姿态的部件,连接手部与臂部的部分。主要用来确定和改变末端执行器的方向;改变产品的空间方向;将作业载荷传递到手臂;扩大手臂的移动范围。(3)手臂:是连接机身与手腕的部分,用于支乘和调整手腕与末端执行器位置的部件,由操作机的动力关节与连接杆件等构成。主要作用是改变手部的空间位置,满足机器手的作业空间,并将各种载荷传递到机座。(4)机身:也称机座,是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件,起支乘作用。分为移动式与固定式两类,对固定机器人,直接连接在地面基础上;对移动式机器人,则安装在移动机构上,可以扩大机器人的活动范围。2.4机械手的驱动机构根据机械手驱动的动力源不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气压、电动和机械驱动等四类。四种驱动进行对比,由于液压驱动具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便等优点,所以在本设计中将采用液压机构驱动机械手。2.5机械手的控制方式选择机械手控制系统的要素,包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。控制系统可根据动作的要求,设计采用PLC动作顺序控制。它首先要编制程序加以存储,然后再根据规定的程序,控制机械手进行工作。2.6机械手的技术参数列表最大抓去物重:30Kg自由度数:4个自由度(手抓张合、手部回转、手臂伸缩、手臂回转、手臂升降)坐标形式:圆柱坐标式抓取物料最大直径:以下尺寸的圆形棒料物品移动范围:半径为R0.5m的扇形区域高度变化范围:0.5m使用寿命:10年第三章 搬运机械手手臂各部件的设计3.1机械手手部的设计计算3.1.1手部设计基本要求(1) 应具有适当的夹紧力和驱动力。考虑到在一定的夹紧力下,不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。(2) 应考虑到手抓抓取物料时是否会损坏物料便面精度或使物料发生变形。(3) 手指应具有一定的张开范围,手指应该具有足够的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度),以便于抓取工件。(4) 要求结构紧凑、重量轻、效率高,在保证本身刚度、强度的前提下,尽可能使结构紧凑、重量轻,以利于减轻手臂的负载。(5) 应保证手抓的夹持精度。3.1.2 手部机构的选择手部结构根据手抓开合的动作特点分为回转型和移动型两类。其中回转型又分为一支点回转和多支点回转;根据手抓夹紧是摆动还是平动,又分为摆动回转型和平动回转型。夹钳式手部中较多的是回转型手部,一般有单作用斜楔式回转型手部、滑槽式杠杆回转型手部、双支点连杠杠杆手部、齿条齿轮杠杆式手部等。平移型夹钳式手部大致可分为直线往复移动机构和平面平行移动机构两种类型。但由于平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作,常用于夹持具有平行平面的工件(如箱体),其结构叫复杂,不如回转型手部应用广泛。综上其述本设计中将采用最结构简单,最常用的滑槽式杠杆会装型手部机构。3.1.3手抓的设计计算3.1.3.1手抓结构的力学分析下面对其基本结构进行受力分析:滑槽杠杆受力图如下图3.1 滑槽杠杆时手部结构简图、受力分析图中在杠杆的作用下,销轴向上的拉力为F,并通过销轴中心点O点,两手指的滑槽对销轴的反作用为和,其力的方向沿滑槽的中心线和并指向O点。则可得:(3.1)得(3.2) (3.3)得 (3.4)(3.5)(3.6)得 (3.7)(3.8)所以手抓的驱动力: (3.9)式中 a手指的回转支点到对称中心的距离(mm) 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角由分析可知,当驱动力一定时,角增大,则握力也随之增大,但角过大会导致拉杆行程过大,以及手部结构增大,因此最好=,本设计中将设。这种手部的结构简单,具有动作灵活,手指开闭角度打等特点。3.1.3.2夹紧力与驱动力的计算钳抓式手部夹紧力的计算必须根据手指和工件的形状、手指夹持工件时不同的方位进行具体分析,由工业机械手设计基础中表21所列出的不同形状的手指与工件在不同方位夹持式的夹紧力计算公式:图3.2 夹紧力计算公式由于本设计中时采用手指水平位置移动夹紧,工件水平放置,手指形状为V型指型夹持圆形棒料的形式,常用的V型块角有和两种,本设计中选取V型块角。由上表可知: (3.10) 式中G为所夹持工件的重量 (3.11)即: (3.12)驱动力: (3.13)为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及船里机构效率的影响,其实际的驱动力: (3.14)式中 手部的机械效率,一般取(0.850.95) =0.9 安全系数,一般为(1.22) =1.5 工作情况系数,主要考虑惯性力的影响,可近似按以下估计, ,其中为被抓取工件运动时的最大加速度, 为重力加速度()为运载工件的最大速度,设为系统达到的最高响应时间,一般取(0.03s0.5s),设即 (3.15)由于手指长b与手指宽a尚未确定,无法确定驱动力大小,又由于b与a关系到手指的夹持精度,所以需先进行夹持定位精度分析。3.1.3.3机械手手抓夹持精度的分析计算 机械手能否准确夹持工件,把工件送到指定位置,不仅取决与机械手定位精度(由臂部和腕部等运动部件确定),而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中,为了适应工件尺寸在一定范围内变化,避免产生手指夹持的定位误差,需要注意选用合理的手部结构参数。如下图所示:图3.3 手抓夹持精度图钳口与钳爪的连接点E为铰链联结,如图示几何关系,若设钳爪对称中心O到工件中心O的距离为x,则x=(3.16)当工件直径变化时,x的变化量即为夹持精度(定位误差),设工件半径R由变化到时,其最大定位误差为=- (3.17)其中本设计中所要求的是夹持以下的圆形棒料,由于夹持精度1mm,所需要夹持的工件最大半径所以假设,代入公式计算得最大定位误差: =79.158-80=0.8421故符合要求。3.1.3.4手抓夹持范围计算及滑槽长度为保证手抓张开角时有足够的宽度加持工件,张开角不宜过大也不宜过小,则选手抓张开角为,由上可知手指长,手指宽,如下图所示,当手抓没有张开角的时候,它所夹持的为最小半径。图3.4 手抓夹持最小半径当手抓张开角为时,手抓将抓取工件的最大半径才符合要求。如下图所示:图3.5 手抓夹持最大半径则最大夹持半径:(3.18)符合要求。滑槽杠杆中的滑槽长度由图中可知从点1运动到点2的距离为:(3.19)即驱动杠与两手指杠杆所连接的圆柱销在长滑槽中的移动距离 所以取3.1.3.5手抓液压缸的确定现已知,可求出驱动杠的驱动力F:(3.20)则实际驱动力为:(3.21)由下表可知:表3.1 液压缸负载与工作压力之间的关系负载F/N50000缸工作压力P/MPa20速比1.331.46 ;22由上表可得本设计中的速比为: 3.3.3.3液压缸缸筒内径D和活塞杆直径d的确定a、液压缸缸筒内径D可按下式计算得:(3.75)式中:,查表3.2可取液压缸缸筒内径为:b、活塞杆直径d可按下式计算得:(3.76)由表3.3可查活塞杆直径为:3.3.3.4最大工作行程和最小导向长度液压缸的最小导向长度是指当活塞杆全部外伸时,从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离,若导向长度太小,式液压缸因间隙引起的初始挠度增大,从而影响液压缸的稳定性。对于一般液压缸的最小导向长度H应满足下列要求:(3.77)式中L为最大工作行程 一般导向套滑动面的长度A,在缸筒D80mm时,取缸筒内径D的0.61.0倍,活塞宽度B取缸筒内径D的0.61.0倍,为保证最小导向长度而过分的增大导向套长度和活塞宽度都是不适宜的,最好的办法是在导向套与活塞之间装一隔离套K,其长度C由所需的最小导向长度决定。采用导向套不仅能保证最小导向长度,而且还能扩大导向套及活塞的通用性。如下图所示:图3.8 导向长度导向套滑动面的长度(3.78)活塞宽度 (3.79)隔离套长度 (3.80)3.3.3.5缸筒壁厚和外径计算根据标准液压缸外径系列表选择,为了尽可能满足要求,由下表可选取液压缸外径为 ,即伸缩液压缸的壁厚为 表3.6 标准液压缸外径系列表(JB106867)液压缸内径405063809010011012514015016018020020钢5060769510812113316814618019421924545钢50607695108121133168146180194219245计算缸筒壁厚的合成应力和厚度时必须考虑不同的比值和材质,采用不同的强度计算公式。当时,为薄壁 (3.81)当 时,为厚壁 (3.82)式中D缸筒直径 缸筒试验应力,当缸的额定压力 时取,所以 缸筒材料的许用应力,为材料的抗拉强度,n为安全系数,一般取n=5,缸筒材料选用35号钢,其抗拉强度查表得,。 将数据代入公式得缸筒壁厚: (3.83) (3.84)符合要求。所以取缸筒壁厚,为厚壁。缸筒外径为:(3.85)3.3.3.6缸底参数计算及校核缸底材料选择材料选用35号钢,其抗拉强度查表得(3.86)所以缸底厚度取 3.3.3.7液压缸稳定性和活塞杆强度校核(1) 油缸稳定性的计算因为油缸的工作行程较大,则在油缸活塞杆全部伸出时,计算油缸受最大作用力压缩时油缸的稳定性。假设油缸的活塞杆的推力为F,油缸稳定的极限应力为,则油缸稳定性的条件为。按下式得到: (3.87)式中:可先算出和的值从下表查出相对应的值,然后再计算的值。图3.9 时临界力的计算图 (3.88) (3.89)式中:为活塞杆直径 、为缸体外径、为缸体内径。其中 (3.90) (3.91)所以 (3.92) 取(3.93)图3.10 液压缸纵向弯曲 、为长度、上的断面惯性矩。查 时临界力的计算图,可由 且 查上表得 (其中,活塞杆头部至油缸A点处的距离 :缸体尾部至油缸A点处的距离)所以:(3.94) (3.95) 即油缸的稳定性是满足条件。(2)活塞杆强度的验算因为活塞杆长 ,活塞杆直径 ,即为细长杆,其活塞杆强度需同时考虑压缩和弯曲。判别最大挠度点位置之值可由式计算:式中 活塞杆材料的弹性模量,对于钢材 活塞杆截面惯性矩所以 (3.96)短行程液压缸的活塞杆,在工作中主要承受轴向压缩(或拉伸)载荷,故可近似地按中心受压(或受拉)进行强度验算,即(3.97)式中 活塞杆外径 空心活塞杆内径,对于实心活塞杆 F液压缸的最大推力 () 活塞杆的压(或拉)应力 活塞杆材料的许用应力,其中为材料的屈服极限,n为安全系数,通常取,活塞杆材料选用45号钢,其屈服极限为即 (3.98)所以 (3.99)满足条件要求。3.3.3.8连接零件的强度计算首先确定油缸缸筒与缸盖采用螺纹连接,钢筒与缸底采用焊接方式,此种方式能够使液压缸紧凑牢固。(1)缸筒与缸底焊缝的强度计算对接焊缝的应力及强度条件为:(3.100)式中 F液压缸的最大推力 缸筒外径 焊接内径 焊接效率,取 焊接的许用应力。,为焊条的抗拉强度,当采用T422焊条时,取安全系数所以(3.101) (3.102)其中符合条件。(2)缸筒与缸盖的螺纹连接强度计算缸筒螺纹处的强度计算:螺纹处的拉应力: (3.103)螺纹处的剪应力: (3.104)合成应力及强度条件为:(3.105)式中:F油缸的最大推力 D缸筒内径 螺纹外径 螺纹内径,当采用普通螺纹时(GB196-63)时,可近似按下式计算,t为螺距 K螺纹预紧力系数,取 螺纹内摩擦系数(),一般取; 螺纹的许用应力,其中为缸筒材料的屈服极限,n为安全系数,通常取,缸筒材料选用35号钢,其屈服极限为,则由前面计算可得:,则查机械零件手册,采用普通螺纹基本尺寸(GB/T193-2003)公称直径第一系列 60,可得螺距 ,所以 (3.106)(3.107) (3.108)(3.109)因为 ,所以满足强度条件。3.3.3.9液压油缸其它零部件的确定 (1)活塞与缸筒和活塞杆间的密封装置由于活塞与缸筒内壁间存在相对运动,因此该密封属于动密封,这里采用O型密封圈,具有结构简单,密封性能好,安装空间小,拆装方便等优点。此处选用GB/T3452.3-2005标准O型圈 502.65 。活塞与活塞杆件的密封属于静密封,通常是在活塞与活塞杆连接部位的配合间隙表面之间采用O型圈密封,密封槽通常开在轴上,以便于加工与拆装。但当活塞杆与活塞连接部位的轴径较小时,密封槽开在活塞内孔上。此处选用GB/T3452.3-2005标准O型圈252.65 ,密封槽开在活塞内孔上。(2)活塞杆的导向套和防尘活塞杆导向套在液压缸的有杆侧端盖内,用以对活塞杆进行导向,内装有密封装置以保证缸筒 本科毕业论文(设计)任务书院 别机电学院专业机械电子工程班级学生姓名学号指导教师职称题 目搬运机械手机构与控制电路设计论文(设计)的主要任务与具体要求(有实验环节的要提出主要技术指标要求)进行生产线用搬运机械手机构与控制电路设计。包括主要机构和传动系统设计:机械手搬运最大物重:30Kg,直径为:以下尺寸的圆形棒料。物品移动范围为半径为0.5m的扇形区域,高度变化范围为:0.5m。动力装置自定。如选用液压系统,要设计出液压系统图和相应电气控制系统。要求设计寿命10年。完成机体和传动机构的总体设计,并完成指定零件的零件图设计。进行必要零部件的受力分析与强度验算;绘制总装图和相关零件图。必要时进行优化设计和应力分析。在以上给定参数条件下,设计出应用标准元件最多,体积最小、机构最为合理、强度足够,基本能交付工程实际的设计资料。完成文献资料收集,分析研究和综述,撰写开题报告。完成总体设计说明书或论文撰写。要求设计学生具有综合应用所学理论知识,专业知识和实践技能;具有查阅科技文献资料、使用各种标准、手册以及独立设计工作能力;具有较强的CAD绘图能力,具有机械制造方面的基本知识;善于应用新技术、新工艺、新材料。在综合训练过程中锻炼工程应用能力,启发创新思维。融会运用所学知识,在充分分析,研究,探讨,综合的基础上完成毕业答辩。进度安排(包括时间划分和各阶段主要工作内容)2011年12月15日2011年12月31日下达毕业设计任务;2012年2月20日2012年3月10日收集设计资料,熟悉相关知识,规范;进行设计问题分析和构思,完成毕业设计开题报告,开题;2012年3月11日3月24日,完成传动方案设计和传动路线拟定,传动过程动力设计;2012年3月25日4月1日,完成机械结构分析与计算,验证方案合理性;2012年4月2日4月9日,完成传动草图设计,2012年4月10日4月18日,完成传动与支撑总装草图;2012年4月19日4月26日,进行指定零件图设计;进行元件强度验算;2012年4月27日5月4日,完成总装配图绘制;2012年5月5日5月12日,完成指定零件图绘制,进行必要的优化和应力分析;2012年5月13日5月18日,完成设计说明书或论文整理与撰写,交毕业设计资料,评定成绩;2012年5月19日5月20日,最后整理资料,准备答辩问题,答辩;主要参考文献进度安排(包括时间划分和各阶段主要工作内容)2011年12月15日2011年12月31日下达毕业设计任务;2012年2月20日2012年3月10日收集设计资料,熟悉相关知识,规范;进行设计问题分析和构思,完成毕业设计开题报告,开题;2012年3月11日3月24日,完成传动方案设计和传动路线拟定,传动过程动力设计;2012年3月25日4月1日,完成机械结构分析与计算,验证方案合理性;2012年4月2日4月9日,完成传动草图设计,2012年4月10日4月18日,完成传动与支撑总装草图;2012年4月19日4月26日,进行指定零件图设计;进行元件强度验算;2012年4月27日5月4日,完成总装配图绘制;2012年5月5日5月12日,完成指定零件图绘制,进行必要的优化和应力分析;2012年5月13日5月18日,完成设计说明书或论文整理与撰写,交毕业设计资料,评定成绩;2012年5月19日5月20日,最后整理资料,准备答辩问题,答辩;注:毕业设计期间(2012.2.20 2012.5.25),每2周以系为单位对学生的毕业设计情况进行检查,每个学生准备PPT等资料,自述5分钟,指导教师提问并指导相关问题。时间初定为:3月22日;4月5日;4月19日;5月10日。参加设计的学生必须到场。指导教师签名系(教研室)审核意见任务接受人(签名)年 月 日审核人签名: 年 月 日年 月 日备注:1、本任务书一式三份,由指导教师填写相关栏目,经系审核同意后,系、指导教师和学生各执一份。 2、本任务书须装入学生的毕业论文(设计)档案袋存档。 学生毕业设计开题报告题 目:搬运机械手机构与控制电路设计院 校: 专 业: 机械电子工程 年 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 本科毕业论文(设计)开题报告院别机电学院专业机械电子工程班级姓名 学号联系方式题目搬运机械手机构与控制电路设计开题申请:(包括选题的意义与目的、文献综述、研究现状、创新思路、论文提纲、进度安排、参考文献等。)一、 选题的意义与目的意义:机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用于按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产自动化和机械化,能在有害环境下操作以保证人的安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在工业部门中应用的机械手称为工业机械手。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、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,受到机械工业的广泛应用 。 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,它有多个自由度,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。选择搬运机械手机构与电路控制设计这个课题作为我的毕业设计,对我的专业机械电子工程,四年里所学的关于机械与电子的专业知识能够进行一个系统的总结,因为这个毕业设计涉及里机械结构的设计与电路控制系统的设计。是实际综合设计训练;是一次全面的锻炼和设计实践;是工程技术的具体应用;是能力提高的关键环节。目的:代替人工操作;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;能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件,显著地提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。通过毕业设计搬运机械手机构与电路控制设计,对大学四年知识的总结,使自己在踏入社会就业,对机械行业设计这个领域能更加容易上手,巩固自己的知识。二、国内外研究概况及相关文献综述目前国内工业机械手主要用于机床加工,铸锻,热处理等方面,数量,品种,性能方面都不能满足生产发展的需要,因此,国内主要扩大机械手运用范围,重点发展铸锻,热处理方面的机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件。在 运用专业机械手的同时,相应地发展通用机械手,有条件的还要研制示教式机械手,计算机控制机械手和组合式机械手等。国内外对发展这一新技术都很重视,几十年来,这项技术的研究和发展一直比较活跃,设计在不断的修改,品种在不断的增加,运用领域也在不断的扩大。在国外机械制造业中,工业机械手运用较多,发展较快。目前主要用于机床,摸锻压机的上下料,以及点焊,喷漆等作业中,它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作,但是还不具备任何传感反馈能力,不能应付外界的变化。如发生某些偏离时,就将引起零部件机械手本身的损害。为此,国外机械手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,能反馈外界的条件的变化,做出相应的变更。 3、 创新思路 机械手的机械结构主要手抓、手腕、手臂、和机身组成,包括由两个液压回转缸和三个液压伸缩缸,采用液压驱动方案控制机械手运动,用电磁阀控制的液压缸来实现机械手的上升、下降、伸缩、翻转运动及夹紧工件的动作,采用可编程序控制器对机械手实现自动控制。该设计将实现对直径以下尺寸、重高达30kg的圆形棒料在移动范围半径为0.5m的扇形区域,高度变化范围为:0.5m的区域内进行可编程控制搬运。四、论文提纲论文摘要前言第一章 绪论 1.1机械手的研究概况1.2机械手发展方向1.3工业机械在生产中的应用1.4本设计中研究的主要内容第二章 搬运机械手的总体设计方案2.1机械手的组成2.1.1机械手的执行机构2.1.2机械手的驱动机构2.1.3机械手的控制方式选择2.2机械手的技术参数列表2.3机械手手部的设计计算2.3.1手部设计基本要求2.3.2 手部机构的选择2.3.3手抓的设计计算2.4腕部的设计计算2.4.1腕部设计基本要求2.4.2 腕部机构的选择2.4.3腕部的设计计算2.5臂部的设计计算2.5.1臂部设计基本要求2.5.2 臂部机构的选择2.5.3臂部的设计计算2.5.4液压缸工作压力及结构的确定第三章 机身的设计计算3.1机身的总体设计3.2机身的回转机构设计计算3.3机身的升降机构设计计算第四章 液压系统的传动机构设计计算及总图第五章 总体的控制电路设计及总图第六章 总结参考文献致谢五、进度安排2011年12月15日2011年12月31日下达毕业设计任务;2012年2月20日2012年3月10日收集设计资料,熟悉相关知识,规范;进行设计问题分析和构思,完成毕业设计开题报告,开题;2012年3月11日3月16日,完成传动方案设计和传动路线拟定,传动过程动力设计;2012年3月17日3月27日,完成机械结构分析与计算,验证方案合理性;2012年3月27日4月5日,完成传动草图设计,2012年4月6日4月12日,完成传动与支撑总装草图;2012年4月13日4月20日,进行指定零件图设计;进行元件强度验算;2012年4月21日5月1日,完成总装配图绘制;2012年5月2日5月13日,完成指定零件图绘制,进行必要的优化和应力分析;完成设计说明书或论文整理与撰写,交毕业设计资料,评定成绩;最后整理资料,准备答辩问题,答辩;六、参考文献1 机械工程及自动化简明设计手册,叶伟昌主编,机械工业出版社,2003.3。2 工业机器人运用技术,方新主编,科学出版社 北京,3 工业机器人设计, 周伯英编著,机械工业出版社,19944 郭爱莲,新编机械工程技术手册,经济日报出版社,1991。5 机械工程手册电机工程手册编委会,机械工程手册,北京:机械工业出版社,1982。6 工业机器人,吴振彪 王正家 主编 ,华中科技大学出版社,20007 机械设计手册单行本液压传动,成大先主编,化学工业出版社,20018 机械零件设计手册,国防工业出版社,19849 液压传动,隗金文 王慧 主编,东北大学出版社,200110 液压传动与控制, 沈兴全 主编,国防工业出版社,201011 液压与气压传动,刘延俊 主编,机械工业出版社,12 机械设计基础课程设计指导书,陈立德主编,高等教育出版社,200713 工业机械手设计基础14 可编程控制器原理与应用,范次猛主编,北京理工大学出版社.2006指导教师意见: 指导教师签名: 年 月 日教研室或系审核意见: 教研室(系)主任签名: 年 月 日5
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