整理机械手的总体方案设计Word文档下载推荐.docx

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1800mm

上下升降：

350mm

横移：

50mm

驱动方式：

液压驱动

控制方式：

PLC控制

缓冲方式：

节流回路

1.3机械手的配置和工作原理

图一上下料机械手简图

该加工自动线上有五只送料机械手，它们的结构完全相同，均能作前后移动、上下升降和横移运动。

（上下料机械手简图如图一）前后移动、升降和横移运动是各自的伸缩油缸带动的，自动线的各工序按照加工顺序（从左向右）依次排列的。

如图二所示：

图二凸轮轴自动线机械手配置图

该送料机械手的动作顺序为：

原位——下降（抓料）——向左横移——上升——向后横移——下降——向右横移（放料）——上升——向后横移——原位

第2章上下料机械手的机械结构设计

2.1上下料机械手的总体结构

上下料机械手由几个主要组成部分：

（1）前后行走机构（带滚轮的三角形支架）；

（2）横移油缸及其滚轮机构；

（3）升降油缸；

（4）手部支撑板；

（5）机械手手部（两个夹持式手部）。

送料机的升降油缸和横移油缸用螺栓联接，横移油缸上带有四个滚轮，它们被支撑在滚道上，滚道通过一个联接板固定安装在前后行走机构上，从而使两部分结合起来。

前后行走机构安装在横梁上，它由6个滚轮和三角形支架，其滚轮安装在悬挂支架横梁的滚道上，使机械手成悬挂式。

前后行走机构三角形支架与拉杆用螺纹联接成一体，当机械手工作时由前后移动油缸的活塞杆，通过支架和拉杆（两杆固定联接）从而带动五只送料机械手的前后行走机构，同步的实现各工序间的前后移动，其行程为1800mm.。

送料机械手的升降和横移运动是由其升降油缸和横移油缸来实现的，以便将工件送到机床的顶尖处，在升降油缸活塞杆的端部固定安装着手部支撑板，支撑板上装有两对齿轮齿条式手部及齿轮齿条式定位手部，从而保证将工件夹紧且定位。

2.2上下料机械手的手部设计

手部机构是机械手直接用于抓取和握紧（或吸附）或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机械手前端。

根据所要夹持的工件，选用钳爪式手部，其选用时应考虑：

1.应具有足够的的夹紧力

机械手的手部机构靠钳爪夹紧工件后便把工件从一个位置移动到另一个位置，由于工件本身的重量以及移动过程中产生的惯性和振动等，钳爪必须有足够大的夹紧力才能防止工件在移动过程中脱落，一般要求夹紧力N为工件重量的2-3倍。

手部夹紧力的计算：

手指对工件的夹紧力可按公式计算：

FN≥K1K2K3G

式中K1—安全系数，通常取1.2～2.0；

K2—工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。

K2可近似按下式估算：

K2=1+a/g,a=Vmax/t响

K3—方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定。

按表选取

G—被抓取工件所受重力（N）

这里K1=1.8

K2=1+a/g=1+200×

10（-3）/9.8×

0.1=1.2

K3=1

G=3×

9.8N

∴FN=1.8×

1.2×

1×

3×

9.8N=63.5N

驱动力为F，由FN=R×

F/2b，其中R为扇形齿轮的半径，

这里R=18㎜，b=100㎜

则F=2bFN/R=2×

100×

63.5/18N=705.6N

2.应具有足够的张开角

钳爪为了抓取和松开工件，必须具有足够大的张开角度来适应较大的直径范围，而且夹持工件的中心位置变化要小（即定位误差要小），对于移动式钳爪要有足够大的移动范围。

3.应能保证工件的可靠定位

为了使钳爪和被夹持的工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取的工件的形状，选用相应的钳爪形状来定位。

4.应具有足够的强度和刚度

钳爪除受到被夹持工件的反作用外，还受到机器人手部在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，若没有足够的强度和刚度则会发生折断或弯曲变形，因此对于受力较大的钳爪应进行必要的强度和刚度计算。

5.应适应被抓取对象的要求

适应工作的形状：

工件的形状为圆柱形，可采用带“V”型钳口的手爪：

工件为圆柱状，可选用圆弧形二指或三指爪，对于特殊形状的工件应设计与工件相适应的手爪。

适应工件被抓取部位的尺寸：

工件被抓取部位的尺寸可能是不变的，若加工尺寸略有变化，那么钳爪应能适应尺寸变化的要求。

工件表面质量要求高的，对钳爪应采取相应的措施，如加软垫等。

要适应工作位置的状况：

如工作位置较窄小可用薄片形钳爪。

6.尽可能具有一定的通用性

钳爪一般专用性较强，在可能的情况下，应考虑到产品零件的更换，为适应不同形状和尺寸的要求。

可将钳爪制成组合式结构，迅速更换不同的钳爪部件及附件来扩大手部机构的使用范围。

由此，根据所夹持的凸轮轴的外形，可初选齿轮传动的回转型手指。

其最大特点是结构简单。

因工件较长，故选用双手双指式来夹持工件的两端，其工作原理为：

当机械手向下运动时，手指内侧的斜面碰触工件表面而使手指张开，工件进入手指上的圆弧面处，靠电磁阀控制手指的张开和闭和。

手指和工件相接触的部分，我们将之设计为圆弧状，这是由于该机械夹紧手部所要夹持的工件为圆柱形，可使工件与手指接触更为紧密，减小运送过程中的振动，提高可靠性。

为了保证凸轮轴的可靠定位，在手部支撑板的中间装有一个定位手部。

2.3机械手的手臂设计

由于所设计的送料机械手的手部没有回转、俯仰和摆动等运动，所以没有手腕的设计。

1.手臂的组成和作用

臂部是工业机械手的重要组成部分，其作用是支撑手部和腕部，改变手部在空间的位置，臂部一般与控制系统和驱动系统一起安装在机身上，机身可以是固定式的，也可以是行走式的，即可沿地面或导轨运动。

手臂的组成部分如管路、冷却装置、行程定位装置、油缸、反馈装置等直接影响机械手的工作性能。

因此在设计过程中要注意以下几点：

1臂部应承载能力大、刚度好、自重轻

1手臂的的截面形状要选择合理

②合理布置作用力的位置和方向

在结构设计时应该结合具体受力情况，使个作用力引起的变形相互抵消。

③注意简化结构

元件越多，间隙越大，刚性就越低，因此应尽量使结构简单。

④提高配合精度

2臂部速度要高，惯性要小

应尽量减少手臂的重量，减少手臂运动的轮廓尺寸，减少回转半径。

3手臂动作应灵活

为减少手臂运动件之间的云工阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦，其传动件、导向件和定位件布置应合理，使手臂运动过程尽可能平衡，以减少对升降支承轴线的偏心力矩，以防卡死。

2.手臂的设计计算

⑴升降油缸的驱动力计算

其受力分析如图三：

图三升降油缸受力图

驱动力上升时

下降时

式中G—臂部运动部件的重量（N）

升降油缸手臂重量计算：

工件：

3㎏；

手部：

4㎏；

导向杆：

1㎏；

活塞杆：

1/4×

π×

D2×

h×

ρ=1/4×

202×

428×

7.8×

10-6=1.1㎏

缸体：

壁厚取δ=8㎜，

2×

R×

δ×

ρ=2×

20×

360×

8×

10-6=2.8㎏

油：

ρ=π×

402×

350×

0.8×

10-6=1.4㎏

活塞：

10×

10-6=0.1㎏

总重量：

3+4+1.1+1.4+0.1=9.6㎏

考虑到安全系数，取总重量M为20㎏，则G=20×

9.8=196N

—起动的惯性力（N）；

可按如下近似计算：

式中，ΔV—速度变化量（m/s）,又ΔV最大为200㎜/s,

Δt—启动过程的时间（s）,一般为0.01～0.15；

Δt对于轻载低速部件取小值，对于重载高速部件取大值，由于该机械手臂运动时速度不高，且工作载荷不大，取Δt=0.08s.

—油缸回腔低压油液所造成的阻力，一般背压力较小，可按

=0.05G计算，

—各支承处的摩擦力（N）；

当量摩擦系数μ′=（1.27～1.57）μ

对于静摩擦且无润滑时，铜对青铜：

μ=0.1～0.25

钢对铸铁：

μ=0.18～0.3，取μ=0.2

则μ′=（1.27～1.57）×

0.2=0.25～0.31

升降导向立柱不自锁，必须

G＞F1+F2=2F1=2FR1f

由平衡条件：

FR1=FR2，G×

R=FR2×

h

解得：

h＞0.32R

摩擦力为：

取h=10㎜，满足不自锁条件，则

图四升降油缸受力分析

油缸上升时的驱动力：

油缸下降时的驱动力：

⑵横移油缸的驱动力计算：

受力分析如图五。

横移油缸带着滚轮被支承在滚道上，横移油缸来驱动机械手的横向伸缩运动，并带动下面的升降油缸一起运动。

其受力图五如下：

图五横移油缸受力分析

其驱动力

式中—各支承处的摩擦阻力；

横移油缸手臂重量计算，由前面计算可得总重量为：

3+4+1.1+1.4+0.1+5=14.6㎏

考虑到安全系数，G取30㎏，又N=G=30×

9.8=294N

=

—密封处的摩擦力（N），这里=

式中，分别为活塞杆和缸盖处，活塞与缸壁处密封装置的摩擦阻力，其值随密封结构的不同而异。

由于该机械手升降油缸采用O形密封圈，活塞杆直径为液压缸直径的一半，当油缸工作压力小于10MPa时，液压缸密封处的总的摩擦力为：

；

=0.05G计算，

—启动过程中的惯性力；

⑶前后移动油缸的驱动力计算

此前后移动油缸是要布置在悬挂支架的横梁上，其活塞杆的端部与一个

拉杆固定连接，又因为四只送料机械手都固定在拉杆上，因此由油缸活塞杆带动四只送料机械手进行前后的同步移动，由于要实现的行程较长（l=1800mm）,故将油缸设计为双节伸缩缸。

驱动力

（3）介绍评价对象的选址、总图布置、水文情况、地质条件、工业园区规划、生产规模、工艺流程、功能分布、主要设施、设备、装置、主要原材料、产品（中间产品）、经济技术指标、公用工程及辅助设施、人流、物流等概况。

3+4+1.1+1.4+0.1+5+5=19.6㎏

考虑到安全系数，G取40㎏，又N=G=40×

9.8=392N

规划编制单位应当在报送审查的环境影响报告书中附具对公众意见采纳与不采纳情况及其理由的说明。

1.建设项目环境影响报告书的内容

（1）前期准备工作。

包括明确评价对象和评价范围，组建评价组，收集国内外相关法律、法规、规章、标准、规