買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 氣動翻轉機械手部件設計 學 院 機械與自動控制學院 專業(yè)班級 09 機械設計制造及其自動化（ 4）班 姓 名 楊永賀 學 號 指導教師 李志剛 系 主 任 胡明 二 O 一三 年 五 月 二十一 日買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 浙 江 理 工 大 學 機械與自動控制學院 畢業(yè)論文誠信聲明 我謹在此保證：本人所寫的畢業(yè)論文，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻或注釋中列出。論文主體均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產權的情況，本人愿意承擔相應的責任。 聲明人（簽名）：楊永賀 2013 年 5 月 29 日 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 摘 要 氣動機械手是以氣壓為驅動力的機械手。機械手并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，它主要是用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。所以氣動機械手能夠降低勞 動強度，提高生產效率。但它的缺點也很明顯，因為氣體具有很大的可壓縮性 , 要做到氣動機械手精確定位難度很大 , 尤其是難以實現(xiàn)任意位置的多點定位；而且可壓縮性也帶來不能承受過重的負載的限制。傳統(tǒng)氣動系統(tǒng)只能靠機械定位置的調定位置而實現(xiàn)可靠定位 , 并且其運動速度只能靠單向節(jié)流閥單一調定 , 經(jīng)常無法滿足許多設備的自動控制要求。 本課題經(jīng)過深刻的研究發(fā)現(xiàn)，目前生產線上的氣動翻轉機械手一個運動進程只能實現(xiàn)一次抓取和翻轉功能的，感覺這種機械手效率太低。所以本次設計針對這個缺點，設計出了一種氣動翻轉機械手，它在一個運動進程 能實現(xiàn)兩次抓取和翻轉，提高了工作效率，加快生產效率。全文由五章構成： 關鍵詞 ：氣動裝置；機械手 ;翻轉裝置；夾瓶器； 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 is a is is of of an of It to of a to It is to at a is to of of a to be on of on a So it is to of a we on be in a is So we a in a is no up 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 目 錄 摘 要 1 章 緒論 . 1 言 . 1 動機械手的發(fā)展 . 1 . 1 . 3 展趨勢 . 3 . 3 . 3 . 4 電氣一體化 . 4 械手夾持部件結構示意圖 . 4 夾持型機械手 . 4 夾持型機械手 . 5 內外氣動機械手設計舉例 . 5 . 5 械手虛擬樣機 . 6 精度機械手 . 6 第 2 章 氣動翻轉機械手總體設計 . 8 取系統(tǒng)的初步設計 . 8 轉系統(tǒng)的初步設計 . 8 齒輪電機翻轉 . 8 輪鏈條氣缸翻轉 . 9 轉方案選擇 . 9 動翻轉機械手的三維建模、裝配思路 . 10 . 10 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 動翻轉機械手的運動學仿真 . 10 究思路方案、可行性分析及預期成果 . 3 章 氣動翻轉機械手重要零部件設計校核及其裝配 . 12 缸的設計和校核 . 12 緊系統(tǒng)氣缸設計和校核 . 12 轉系統(tǒng)氣缸設計和校核 . 14 輪設計和校核 . 15 . 15 . 15 . 16 條的設計和校核 . 18 . 18 定機架上的軸設計和校核 . 20 上的功率、轉速和轉矩 . 20 . 20 步確定軸的最小直徑 . 21 . 21 . 23 錐滾子軸承的設計和校核 . 25 連接設計和校核 . 26 . 26 . 26 . 27 軸器的設計和校核 . 27 第 4 章 三維建模和運動仿真 . 29 體裝配圖 . 29 緊系 統(tǒng)裝配圖 . 29 缸推動和翻轉系統(tǒng)裝配圖 . 30 缸推動夾緊裝置系統(tǒng)裝配圖 . 30 第 5 章 總結與展望 . 32 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 結 . 32 望 . 32 參考文獻 . 33 致 謝 . 35 氣動翻轉機械手部件設計 買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 氣動翻轉機械手部件設計 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 緒論 言 近 20 年來，氣動技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結合 , 使整個系統(tǒng)自動化程度更高 , 控制方式更靈活 , 性能更加可靠 ; 氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發(fā)展 , 對氣動技術提出了更多更高的要求 ;由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點 , 國內外都在大力研發(fā)氣動機械手。 動機械手的發(fā)展 外氣動機械手狀況 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看 , 近 30多年來 , 氣動行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀 70年代 , 液壓與氣動元件的產值比約為 9： 1, 而 30多年后的今天 , 在工業(yè)技術發(fā)達的歐美、日本等國家 , 該比例已達到 6： 4, 甚至接近 5： 5。 90年代初，有布魯塞爾皇家軍事學院 授領導的綜合技術部開發(fā)研制的電子氣動機器人 基里斯 六腳勘測員，也被稱為 六足動物 12。 授采用了世界上著名的德國 產的氣動元件、可編程控制器和傳感器等，創(chuàng)造了一個在荷馬史詩中最健壯最勇敢的希臘英雄 能在人不易進入的危險區(qū)域、污染或放射性的環(huán)境中進行地形偵察。六腳電子氣動機器人的上方安裝了一個照相機來探視障礙物，能安全的繞過它，并在行走過程中記錄和收集數(shù)據(jù)。六腳電子氣動機器人行走的所有程序由 編程控制器控制， 在六個不同方向控制機器人的運動，最大行走速度 s。通常如果有三個腳與地面接觸，機器人便能以一種平穩(wěn)的姿態(tài)行走，六腳中的每一個腳都有三個自由度，一個直線氣缸把腳提起、放下，一個擺動馬達控制腳伸展、退回，另一個擺動 馬達則負責圍繞腳的軸心作旋轉運動。每個氣缸都裝備了調節(jié)速度用的單向節(jié)流閥，使機械驅動部件在運動時保持平穩(wěn)，即在無級調速狀態(tài)下工作?？刂茪飧椎拈y內置在機器人體內，由 編程控制器控制。當接通電源時，氣動閥被切換到工作狀態(tài)位置，當關閉電源時，他們便回到初始位置。此外，操作者能在任何一點氣動翻轉機械手部件設計 2 上停止機器人的運動，如果機器人的傳感器在它的有效范圍內檢測到障礙物，機器人也會自動停止。 由漢諾威大學材料科學研究院設計的氣動攀墻機器人，它能在兩個相互垂直的表面上行走 (包括從地面到墻面或者從墻面到天花板上 )。該機 器人軸心的圓周邊上裝備著等距離(根據(jù)步距設置 )的吸盤和氣缸，一組吸盤吸力與另一組吸盤吸力的交替交換，類似腳踏似的運動方式，使機器人產生旋轉步進運動。這種攀墻式機器人可被用于工具搬運或執(zhí)行多種操作，如在核能發(fā)電站、高層建筑物氣動機械手位置伺服控制系統(tǒng)的研究或船舶上進行清掃、檢驗和安裝工作。機器人用遙控方式進行半自動操作，操作者只需輸入運行的目標距離，然后計算機便能自動計算出必要的單步運行。操作者可對機器人進行監(jiān)控。 國外的設計人員對于機械手的設計理念已經(jīng)非常成熟。 并把機械手分成與機器人手臂和控制系統(tǒng)相兼容、安全抓取和握持對象、準確的完成復雜性任務三種類別。許多工廠的機械手的例子和機械手設計指導方針也被描述進去了。 他們的研究中，影響機械手如何選擇的變量如下：（ a）成分，（ b）任務 ,(c)環(huán)境，（ d）機械臂和控制條件?！俺煞帧边@個變量包括幾何、形狀、重量、表面質量和溫度，這些因素都需要考慮好。對于可重構系統(tǒng)，他們以形狀和大小為標準又把這個變量分成了其他家族。對于“任務”這個變量，除了機械手的類型、不同組成 部分的數(shù)量、準確性及周期需要考慮外，還有主要的操作處理如抓取、握持、移動和放置都要考慮。在合適的地方設計核實的機械手，必須考慮所有的因素，而且驗證性的測試必須要多做。為了減少疲勞效應， 典 司于最近創(chuàng)造一種新產品一一氣動機械手。這種機械手以壓縮空氣為動力 , 小巧靈便 ,它裝在一個圓形豎柱上 , 該圓柱又能上下移動 0 至 150 左右移動 350械手的最高速度為 1000m/s，定位精度為500m/s;兩個機械手各能舉起 5 圖 1典發(fā)明的氣動機械手 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 內氣動機械手情況 我國改革開放以來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。 1986 年至 2003 年間，氣動元件產值的年第增率達 于中國機械工業(yè)產值平均年遞增率 10的水平。雖然市場和應用發(fā)展迅速，但是我國的氣動技術與歐美、日本等國相比，還存在著相當大的差距。我國在氣動技術的研究與開發(fā)的方面，缺乏先進的儀器與設備，研究開發(fā)手段落后，技術力量差，每年問世的新產品數(shù)量極其有限。在許多開發(fā)與研究領域還是空白，因此必須跟蹤國外氣動技術的最新發(fā)展動向，以減小差距，提高我國氣動技術的水平。 展趨勢 復高精度 精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度 , 它與驅動器的分辨率以及反饋裝置有關。重復精度是指如果動作重復多次 , 機械手到達同樣位置的精確程度重復精度比精度更重要 , 如果一個機器人定位不夠精確 , 通常會顯示一個固定的誤差 , 這個誤差是可以預測的 , 因此可以通過編程予以校正。重復精度限定的是一個隨機誤差的范圍 , 它通過一定次數(shù)地重復運行機器人來測定。隨著微電子技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展 , 以及氣動伺服技術走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復精度將越來越高 , 它的應用領域也將更廣 闊 , 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等 。 塊化 有的公司把帶有系列導向驅動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術 , 而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統(tǒng)裝置 , 使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅動部件采用了特殊設計的滾珠軸承 , 使它具有高剛性、高強度及精確的導向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能 , 擴大了機械手的應 用范圍 , 是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現(xiàn)對提高模塊化氣動機械手和氣動機器人的性能起到了十分重要的支持作用。因為智能閥島本來就是模塊化的設備 , 特別是緊湊型 島 , 它對分散上的集中控制起了十分重要的作用 , 特別對機械手中的移動氣動翻轉機械手部件設計 4 模塊 。 給油化 為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求 , 不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術的進步 , 新型材料 (如燒結金屬石墨材料 ) 的出現(xiàn) , 構造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件 , 不僅節(jié)省潤滑油、不污染 環(huán)境 , 而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 電氣一體化 由“可編程序控制器 氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術的重要方面 ;發(fā)展與電子技術相結合的自適應控制氣動元件 , 使氣動技術從“開關控制” 進入到高精度的“ 反饋控制” ; 省配線的復合集成系統(tǒng) , 不僅減少配線、配管和元件 , 而且拆裝簡單 , 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 而今 , 電磁閥的線圈功率越來越小 , 而 輸出功率在增大 , 由 動機械手、氣動控制越來越離不開 而閥島 技術的發(fā)展 , 又使 氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應手。 械手夾持部件結構示意圖 夾持型機械手 圖 1缸的活塞有壓縮空氣驅動，通過活塞桿7 上的支點軸 2 帶動撥叉 3 轉動，再通過傳動軸 4 使手爪 1 沿導向槽做平行移動，圖中為雙作用氣缸，也可為單作用氣缸返回運動靠彈簧完成。該結構的特點是重量輕，體積小，最小型重量為 75g，最大型為 300g，因此，可以與小型機械手配套使用。 圖 1夾持型鉸鏈式平行開閉手爪示意圖 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 夾持型機械手 前面介紹的是外加持機械手，下面介紹一種內 加持的機械手。圖 1示的基于鉸桿 主要由氣壓缸、鉸桿 1 和 1c、杠桿 2和 2壓縮空氣的方向控制閥處于圖 1所示左位工作狀態(tài)時 , 氣壓缸的左腔即無桿腔進入壓縮空氣 , 推動活塞向右運動 , 導致鉸桿 1 和 1c 的壓力角 A 變小 , 通過角度效應第一次把輸入力放大 , 然后傳遞到恒增力杠桿機構 2 和 2c 上 , 再一次將輸入力進行放大 , 變?yōu)閵A持工件的作用力 F。當方向控制閥處于右位工作狀態(tài)時 , 氣壓缸的右腔即有桿腔進入壓空氣 , 推動活塞向左運動 , 夾持機構松開工件。 內外優(yōu)秀氣動機械手設計舉例 模具切割相結合 第一個是鄭州輕工業(yè)學院和紡織工學院的老師設計的機械手，如圖 1示，它是與磨具切割想配合的一種設計。如圖所示，機械手由手部 手指（ 3）和夾緊氣缸（ 1）、手腕 拉伸臂（ 2）和拉伸氣缸（ 4）、手臂 剝離臂（ 5）和剝離氣缸（ 6）以及底座（ D）組成。機械手的手部采用單支點回轉式活動手指配合以固定手指，在夾緊氣缸（ 1）的作用下夾持模組橡膠襯圈上的“凸耳”。為使手指在夾持襯圈的過程中不出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象，特在手指端部加工有鋸齒型斜槽，拉伸臂（ 2）和剝離臂 （ 5）在后部鉸支的拉伸氣缸（ 4）和剝離氣缸（ 6）的作用下，分別繞支點（ B）和支點（ C）擺動，同時在切割裝置的配合下，完成襯圈的拉伸、切割和剝離任務。機械手通過底座（ D）與自動剝離機有機相連，與剝離機其他機構協(xié)調動作 9。 圖 1夾持型機械手舉例 氣動翻轉機械手部件設計 6 械手虛擬樣機 第二種設計的新型氣動機械手的虛擬樣機如圖 1其中腰部轉動關節(jié)由比例流量閥式擺動氣缸實現(xiàn) ; 大臂和中臂之間的俯仰運動由比例流量閥驅動單出桿雙作用直線汽缸實現(xiàn)。而中臂與小臂之間由可調支撐件來手動調節(jié)角度 , 并配合調節(jié)小臂的螺紋連接件 , 來控制機械 手末端在笛卡爾空間坐標系中的位置。手抓部位的夾持力通過控制直線氣缸來調節(jié)。 在設計的機械手虛擬樣機中 , 底座與軀干以固定副相連 , 軀干與大臂以轉動副相連 , 大臂與中臂以轉動副相連 , 中臂、可調支撐和小臂以固定副相連 , 小臂與手腕以固定副相連 , 直線氣缸部位以平動副相連 , 添加約束后如圖所示。 精度機械手 第三種如圖 1械手具備有：水平缸 直升降缸 1動式機械手 圖 1械手虛擬樣機 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 伸縮缸 軸選裝四個自由度（手指開合不記）。由于手臂采用懸臂方式，活塞缸所承受的徑向 彎曲力矩較大，為解決這個問題，我們用了具有良好導向性能的高精度導軌型無桿缸和導向型伸縮缸。手指采用兩只肘潔是卡爪，通過鋁合金奧通和伸擺缸連接，增強了伸縮氣缸的導向型和抗彎能力。手指采用自行設計的 可以根據(jù)被夾工件實際形狀要求設計成不同的結構。無桿缸、升降缸和伸擺缸通過硬質鋁合金連接板連接，結構簡單，便于加工和連接。位移傳感器和無桿缸相連，檢測 圖 1動機械手結構圖 氣動翻轉機械手部件設計 8 第 2 章 氣動翻轉機械手總體設計 對氣動翻轉機械手的抓取系統(tǒng)、翻轉系統(tǒng)和連接系統(tǒng)進行設計，包括抓取部件、翻轉部件及連接部 件和氣動執(zhí)行部件。根據(jù)氣動執(zhí)行部件來驅動抓取部件中的齒條運動，帶動齒輪、齒條一起運動，最終造成兩個齒條的相互運動，實現(xiàn)外部的抓取功能。然后通過連接部件實現(xiàn)兩根軸在同一條線上的不同方向轉動，再通過翻轉部件實現(xiàn)兩個抓取物件同時翻轉的功能。 取系統(tǒng)的初步設計 如圖所示，本次設計所夾取物件形狀為圓柱型，即罐裝瓶子之類的。原理分析如下 :齒條 1與夾緊臂 1用螺釘連接，齒輪 2與夾緊臂 2 也是如此；齒條 1與齒條 2通過齒輪連接；當推動軸由于氣動裝置往左推進時，這時夾緊臂 1，軸帶動齒條 1 往左動，從而帶動齒輪轉動，最終帶動 齒條 2 向右移動 ,在外部實現(xiàn)了夾緊被抓物件的要求。在實現(xiàn)翻轉功能后，推動軸由于氣動裝置往右退回時，夾緊裝置的兩個葉片就會放開，從而松開被夾物件。 轉系統(tǒng)的初步設計 齒輪電機翻轉 圖 2緊裝置二維圖 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 原理說明：通過電機推動底下的齒輪 1轉動，同時斜齒輪 1也跟著轉動，由圖可見斜齒輪 2和斜齒輪 3也跟著以相反方向轉動。由于夾緊裝置與斜齒輪的轉動軸固定，則兩個夾緊裝置也會以相反方向實現(xiàn)翻轉，即一個運動進程實現(xiàn)兩次抓取和不同方向的翻轉。 輪鏈條氣缸翻轉 圖 2轉系統(tǒng) 2 原理說明 ：通過底下氣缸推動齒條 1向后方向移動（這時鏈輪 1由于齒條的運動而轉動；由于夾緊裝置 1的轉動軸與鏈條 1的轉動軸固定，所以夾緊裝置也跟著轉動），帶動齒輪轉動，再帶動齒條 2向下移動（與齒條 1方向相反），帶動鏈條 2以與鏈條 1相反的方向運動，最終使夾緊裝置 2產生與夾緊裝置 1相反方向的轉動。這時就實現(xiàn)了一個運動進程實現(xiàn)兩次抓取和不同方向的翻轉。 轉方案選擇 由于第一種方案中的齒輪斜齒輪和斜齒條的配合在實際生產中比較難以加工，制作成本和要求都很大；第一種方案的動力驅動為電機驅動，不符合本次設計氣壓驅動的要求 ，圖 2轉系統(tǒng) 1 氣動翻轉機械手部件設計 10 而且電機驅動傳動效率也不高；相比較而言，第二種方案的鏈輪鏈條設計制作成本較低，設計簡單容易實現(xiàn)，驅動方式為氣缸驅動，符合本次設計要求；所以經(jīng)過最后的校核和評估，本次設計采用低二種方案。 配思路 氣動翻轉機械手各部分的具體結構設計，利用 行裝配分析，進一步改進結構設計。分別對各個零件進行建模，再裝配分析是否出現(xiàn)尺寸大小不配套還有運動機構卡死等問題，如果有的話必須調整方案或數(shù)據(jù)。最后通過改進實現(xiàn)最后的裝配。裝 配完后進行投影二維圖紙并標注，某些重要的零部件要進行剖視處理。最后得到較好的裝配圖、二維圖紙和三維圖紙。 動翻轉機械手的運動學仿真 通過建立的三維模型，進行運動學仿真分析，分抓取系統(tǒng)、氣動驅動和翻轉系統(tǒng)三個階段進行動力學分析。運動仿真時要看能不能運動的起來，確保氣動翻轉機械手實現(xiàn)翻轉和氣動的功能。 本設計論文擬采用理論分析與三維建模與仿真實驗的方法，在前人的基礎上，通過三維 環(huán)境完成氣動翻轉機械手的設計仿真，并對其進行初步的運動學分析。對 目前 ,隨著計算機輔助技術的不斷發(fā)展 ,三維造型軟 件功能不斷完善 ,傳統(tǒng)的二維設計正逐漸被三維實體設計所代替。 988年開發(fā)的參數(shù)化設計系統(tǒng) ,是一套由設計至生產的機械自動化的三維實體模型 (3計軟件 ,它不僅具有 強大功能 ,同時還具有 功能 ,廣泛應用于工業(yè)設計、機械設計、模具設計、機構分析、有限元分析、加工制造及關系數(shù)據(jù)庫管理等領域。而且能同時支持針對同一產品進行同步設計 ,具有單一數(shù)據(jù)庫、全相關性、以特征為基礎的參數(shù)式模型和尺寸參數(shù)化等優(yōu)點。采用三維 計的產品 ,是和實物完全相 同的數(shù)字產品 ,零部件之間的干涉一目了然 ,件能計算零部件之間的干涉和體積 ,把錯誤消滅在設計階段 9。 運用 通過對特征工具的操作 ,避免高級語言的復雜編程 ,所開發(fā)設計出來的氣動翻轉機械手 ,便于研究人員通過對界面特征工具的操作 ,生成氣動翻轉機浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 械手實體模型，甚至輸出所需要的工程圖及相關分析數(shù)據(jù)。這樣既可輔助研究人員完成其設計構思、減輕勞動強度、提高效率和精度、改善視覺的立體效果 ,并可有效地縮短研制周期 ,提高設計制造的成功率 ;也為后續(xù)的 3 究思路方案、可行性分析及預期成果 氣動翻轉機械手 運動仿真是機構設計的一個重要內容 , 在 通過對機構添加運動副、驅動器使其運動起來 ,來實現(xiàn)機構的運動仿真。通過仿真技術可以在進行整體設計和零件設計后 , 對各種零件進行裝配后模擬機構的運動 , 從而檢查機構的運動是否達到設計的要求 , 可以檢查機構運動中各種運動構件之間是否發(fā)生干涉，實現(xiàn)機構的設計與運動軌跡校核。同時 , 可直接分析各運動副與構件在某一時刻的位置、運動量以及各運動副之間的相 互運動關系及關鍵部件的受力情況。在不需要復雜的數(shù)學建模、也不需要復雜的計算機語言編程