继电器弹片搬运机械手臂的结构设计及仿真.docx

继电器弹片搬运机械手臂的结构设计及仿真.docx

《继电器弹片搬运机械手臂的结构设计及仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《继电器弹片搬运机械手臂的结构设计及仿真.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

继电器弹片搬运机械手臂的结构设计及仿真

继电器弹片搬运机械手臂的结构设计及仿真

摘要

工业机械手是当前国内外众多工业设备中最为活跃的之一，并且工业机械手是高速成长工业设备。

故而，研究工业机械手设计与工作原理对提升产品品质有重要价值。

在机械装置设计与开发中，重点是产品的品质和生产花费。

伴随产品生产加工业的全球化，我国正慢慢变成产品生产加工业超级强国。

从机械手臂发展获取有效的经济效益，从根基上变更了传统机械装置设计与制造方式。

在继电器装配过程中，弹片极为常见。

而对弹片装配到外壳，又是常见工序。

本设计，利用机械手从生产线上抓取工件，将其放到另外一条生产线，传递给转动机械手。

减少了人工装夹、搬运，实现生产自动化。

主要研究内容如下：

1.现场调研及分析。

2．继电器弹片搬运机械手臂的抓取装置结构设计及仿真分析。

3.继电器弹片搬运机械手臂的伸缩运动装置结构设计及仿真分析。

4.继电器弹片搬运机械手臂的往复运动装置结构设计及仿真分析。

关键词：

搬运机械手、结构设计、仿真分析

Structuraldesignandsimulationofrelayshrapnelhandlingmechanicalarm

Abstract

Industrialmanipulatorisoneofthemostactiveindustrialequipmentathomeandabroad,andindustrialmanipulatorisahigh-speedgrowthindustrialequipment.Therefore,itisofgreatvaluetostudythedesignandworkingprincipleofindustrialmanipulatorforimprovingproductquality.Inthedesignanddevelopmentofmechanicaldevices,theemphasisisonproductqualityandproductioncost.Withtheglobalizationofproductproductionandprocessingindustry,Chinaisgraduallybecomingasuperpowerofproductproductionandprocessingindustry.manufacturingcycleofindustrialmanipulator,obtainedeffectiveeconomicbenefits,andfundamentallychangedthetraditionalmechanicaldevicedesignandmanufacturingmode.

Shrapnelisverycommoninrelayassembly.Itisacommonproceduretoassembleshrapnelintoshell.Thisdesign,usethemanipulatortograbtheworkpiecefromtheproductionline,putitintoanotherproductionline,passtotherotatingmanipulator.Itcanreducepeople'sclampingandhandling,andrealizeproductionautomation.

Themainresearchcontentsareasfollows:

1.On-siteinvestigationandanalysis.

2.Overalldesignofrelayshrapnelhandlingmechanicalarm.

3.Structuraldesignofrelayshrapnelhandlingmechanicalarm.

4.Modelestablishmentofrelayshrapnelhandlingmechanicalarm.

5.Dynamicsimulationofrelayshrapnelhandlingmechanicalarm.

1前言

1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求

随着工业效益的快速发展，公众对电子继电器的需求越来越大。

在工业革命初期，美国物理学家利用电磁感应来研发出电子继电器。

继电器是工业发展史上的一个意义重大的发明。

它的产生带动了远程控制和电路保护的正常发展。

它不仅是机电系统的基础，也是电力技术和微动力技术的关键基础。

机械手臂是一种具有抓取和移动部件功能的智能机械设备，用于各种工业化产品的制造过程。

机械手臂是机械系统化、智能化产品研发过程中出现的一种新的工业设备。

最近几十年，随着电子计算机的高速发展，制造和设计自动化已经发展成为高新技术领域中一种先进的制造方法，很大地推动了机器人手的发展。

机械手臂可以代替人完成危险而枯燥的工作，降低人的工作机械强度，提高制造效率。

因此，对机器人手臂的研究在继电器生产线中具有重要的意义。

机器人手臂机械部分通常由两部分组成：

终端装置、动力装置。

（1）终端设备。

来固定部件的是手。

如夹持式、支撑式和吸附式特殊结构，是根据被抓物体的形状、大小、材料和质量来决定的，

（2）动力装置。

机器人手的驱动平面尺寸有几种：

气动、液动、机械和电气这几种方式来驱动。

1）液压驱动装置。

液压机械手臂是由液压机伺服阀、标准齿轮泵、油箱等驱动。

驱动机械手臂的终端装置工作。

它往往具有显著的起重能力，其优点是平面尺寸紧凑、运动平稳、抗冲击、抗震动、防爆性很好，但液压件对加工精度和密封性要求稍高，所以漏油会污染环境，滤油要求特别高，成本高。

2）气动驱动装置。

驱动器通常由普通气缸、气阀、储气罐和空气压缩机组成。

其优点是气源方便，动作快，结构简单，价格低廉，维修方便。

但因为气体具有冲击力大，可压缩性，工作速度稳定性差，但气源压力低，夹持重量一般在30kg以下在相同条件下雨液压驱动相比平面尺寸更大，所以适用于快速、轻负荷、强粉尘和中等粉尘环境下工作。

3）电子驱动装置动。

电气传动是最广泛的传动方式之一。

其优点是电源相当方便，反应速度快，驱动力很大，信号检测、传输功率和处理相当方便，可选择多种自适应控制方案。

4）机械驱动机械传动只用作固定动作。

普遍采用凸轮转子共连杆机构来实现所需的动作。

其优点是成本低，工作速度快，动作可靠，但是不方便更换。

此外，还将有选择性混合动力驱动，即液化气或电液混合动力驱动。

1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题

1.2.1国外工业机器手臂研究现状

美国最先开始研发出机械手臂。

第一台机械手臂在1958年被美国联合控制公司研发出来。

他的结构是：

一回转长臂安装在机体上，电磁铁抓放机构安装在端部，示教型的控制系统[1]。

1962年，一台数控示教再现型机械手臂被美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成功。

商名为Unimate（即万能自动）。

运动系统以坦克炮塔学习对象，用液压驱动臂回转和俯仰；磁鼓储存装置被用于控制系统[3]。

1962年一种叫Versatran机械手臂被美国机械铸造公司研发成功，原本意思是搬运非常的灵活。

该机械手臂的中央立柱可以回转，臂可以回转、搬运、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。

虽然这两种机械手臂出现在六十年代初，[3]。

1978年工业机械手臂被美国公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研发成功。

小型电子计算机对该装备进行控制，用于装配作业，定位误差可以达到不小于±1毫米。

美国还十分注意提升机械手臂的可靠度，改良结构设计，节省成本。

如Unimate公司建立了8年机械手臂试验台，进行各种性能的试验。

准备把故障前平均时间（注：

故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。

它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。

德国机器制造业是从1970年开始应用机械手臂，主要用于起重运输、电焊和物料的的搬运作业。

德国KuKa该公司还制造出一种点焊机械手臂，采用程序控制和关节式结构[3]。

机械手臂应用领域最广、工业发展最快的制造业的国家是日本的制造业。

二种典型机械手臂自1969年从美国引进后，日本政府和企业大力研究机械手臂。

据报道，从1979年日本超过50多个研究部门和大学机构开始投身于机械手臂的设备研究工作。

1976年的开销占比达到42%大学和各研究部门用在机械手臂的研究。

1979年日本机械手臂的产量超过14535台，总年产值超过443亿日元，其中能变的程序和不变的程序比重超过了总量的一半，达到了222亿日元，是前年的双培。

具有记忆程序功能的机械手臂产值超过了67亿日元，比前年增长50%。

机械手臂具有智能化功能的超过了17亿日元，为前年的6倍之多。

截止1979年，超过56900台机械手臂在日本工业上被使用，占比超过了全世界的70%，在使用量上占全世界第一位，在日本机械手臂的增长速度达到了每年50%～60%。

使用机械手臂最多制造业是汽车，然后是是电器、电机。

据报道到1990年，全日本制造业已经有超过55万机器人在工作岗位上代替人工作[8]。

1.2.2国内工业机器手臂研究现状

20世纪70年代初期我国的工业机械手臂刚刚开始投入研发，经过大概50年的努力发展，我国的机器人行业有飞跃的进步，大概经过了萌芽期、研发期和实用期这三个重要的时期；随着科技的强大和中国社会的进步，我国的工业机械手臂技术得到了非常大的发展，已经在全世界工业自动化发展的发展中慢慢扮演着非常重要的作用。

但是与其他发达国家比较，我国的机器手技术还是具有一定的距离，所以我国要引进国外的技术并且充分的吸收他们的优点，让我国的机器手发展在得到一个质的发展。

从第七个五年计划（1986～1990年）开始，我国政府开始加大了对工业机械手臂的投入与研究，并且为此项目注入更过的资金，在众多工程师及大学研究者的一起探讨下，研发并且制造了许多系列的工业机械手臂，其中有喷涂机器人，点焊机器人，氩弧焊机器人，装卸载机器人等等[3]。

将来我国机器手行业，将重点研发并参与其精度高，智能化的机械手臂，构建成新型工业机械手臂的技术体系中的核心部分。

国内机器人行业的行业标准、国家标准以智能化的结构为基础，以便于硬件系统更好的改造和应用；研究具有高精度、高效性的控制系统。

1.3本设计应解决的主要问题

（1）根据继电器弹片搬运机械手臂工作对象的形状及尺寸要求进行设计。

（2）通过设计与校核保证机械结构的合理与可靠。

（3）通过设计实现在对工件的自动抓取、上料、下料、装夹等工序的时候搬运机械臂运转顺畅。

（4）对驱动系统进行合理设计，实现快速搬运。

1.4本章小结

对本论文设计的来源和背景进行了论述，进一步说明了弹片机械手臂在国内外的发展状况，国内现状的不足和发展趋势，并阐述了本次设计的目的，提出了本文的主要研究内容。

2生产现场调研设计

2.1宏达电力电器有限责任公司基本情况

宏发电力电器在1984年创建，公司秉承“不断进取，永不满足”的企业精神，建成了品类齐全、配套完整的产业体系。

目前，宏发建立了三大区域研发生产基地。

宏发产品涵盖继电器、低压电器、高低压成套设备、电容器、精密零件及自动化设备等多个类别，广泛应用于工业、能源、交通、信息、生活电器、医疗等领域。

2.2继电器弹片装配生产现场

通过现场调研发现现在继电器弹片装配大多是人工装配，发现以下几点缺点

（1）人工插入生