夹紧装置及其气压系统设计毕业论文.docx

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夹紧装置及其气压系统设计毕业论文

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摘要

世界工业化程度的进行中，很多的生产劳动都与自动化息息相关，在众多的生产加工以及其他活动中，越来越离不开自动化设备。

工业机器人的出现代替人类完成了很多繁重的生产劳动，由于工业生产环境复杂，很多工序由机械手完成。

对比近些年来机械手的发展历程，结合实际的生产需要，在对比众多的驱动方式和控制系统下，最终选择采用PLC控制系统控制以及气压传动方式驱动这一设计方案。

此方案充分兼顾了机械手的软件和硬件上的优缺点，在对其进行了系统优化后，最后提出一种简易、易于实现、理论明确的设计方案。

本文的设计内容是零件自动存放装置的夹紧机构以及气压驱动系统。

根据生产环境和劳动强度，设计出一台以控制系统控制、气压系统驱动的工业机械手，该装置将结合机床，完成工件的抓取和放置。

关键词：

气压，工业机械手，夹紧

Abstract

Intheprocessofindustrializationintheworld,alotofproductionlaboriscloselyrelatedtoautomation.Inmanyproductionandprocessingandotheractivities,itisincreasinglyinseparablefromautomationequipment.Theemergenceofindustrialrobotshasreplacedalotofheavyproductionworkforhumans.Duetothecomplexindustrialproductionenvironment,manyprocessesarecompletedbyrobots.

Comparedwiththedevelopmentprocessofthemanipulatorinrecentyears,combinedwiththeactualproductionneeds,underthecomparisonofmanydrivingmethodsandcontrolsystems,thePLCcontrolsystemcontrolandpneumatictransmissionmethodwerefinallyselectedtodrivethisdesignscheme.Thisschemefullytakesintoaccounttheadvantagesanddisadvantagesofthesoftwareandhardwareofthemanipulator.Afteroptimizingthesystem,asimple,easytoimplement,andtheoreticallycleardesignschemeisfinallyproposed.

Thedesigncontentofthisarticleistheclampingmechanismandpneumaticdrivesystemofthepartsautomaticstoragedevice.Accordingtotheproductionenvironmentandlaborintensity,anindustrialmanipulatordesignedbythecontrolsystemanddrivenbythepneumaticsystemisdesigned.Thisdevicewillbecombinedwiththemachinetooltocompletethegraspingandplacementoftheworkpiece.

Keywords:

airpressure,industrialrobot，Clamping

一、绪论

1.1研究的目的及意义

机械手已经渗透在人们生活的方方面面，在社会不断进步和科技不断发展的今天，它已经可以代替人们完成单调的普通工作，例如：

搬运货物、下料。

此外也可以替人们完成高精度的工作，例如：

焊接、无尘床房操作。

在各行各业，机械手正成为举足轻重的加工生产器械。

由于它还可以与自动化相结合，所以被广泛应用于制造、冶金、电子、轻工业等部门。

机械手的出现，替代了人类在极度危险环境下工作，此外也从琐碎重复无趣的体力劳动中解放了人类。

它不仅促进了生产效益，还提高了产品的生产效率。

在我国很多地方，轻工业以及小型汽车生产中，一个零件的摆放和抓取工序还需要依靠人工完成，这大大降低了生产效率，而且还浪费人力。

出于这个原因，设计一台取代取代人力的机械手。

该机械手采用气动系统提供动力，采用PLC控制系统进行自动化控制。

它可以在复杂的工作环境中正常运行，并在很大程度上替代了工人。

1.2.机械手的分类

工业机械手有很多种。

目前国内尚无官方一致的分类准则，所以在这里按照使用的领域、提供动力的方式、控制系统对它们进行分类。

（1）按使用领域分类

1.专用机械手

这种机械手没有独立运行的控制系统，通常只有已经编辑好的运行程序。

它结构简单、制作成本低下，常常被安装在机械或者生产线上，被用来输送物件或者进行单一操作，例如“用来进行上下料的机械手”。

由于其动作单一和普通，适用于大批量生产的生产线上。

2.通用机械手

与专用机械手相反，通用机械手拥有独立的控制系统并且可以进行单独驱动，不用依附外在机器上，同样也可以完成输送物件或者进行单一操作。

通用机械手可分简易型和伺服型，简易型由程序进行控制，只能进行点位控制；而伺服型属于数字控制，可以点位也可以连续轨迹控制。

（2）按驱动方式分类

1.液压机械手

液压机械手顾名思义是由液压传动提供动力运行的机械手。

液压传动用液压油进行驱动，它的优点是提供的驱动力大、传动较为和平稳当、灵敏性能较高。

缺点是，对使用环境有很大要求，首先必须保证液压装置的密封性能好，否则泄露对系统稳定性起很大的影响，降低驱动能力，因此液压驱动对环境有较高的要求，例如不能在高温或者低温下工作。

2.气动机械手

气动机械手的动力源来自空气，其工作原理是通过压缩外界空气来驱动机械手。

空气即为传动介质，空气易于提取，排放也无污染，所以传动成本地下，操作方便快捷。

缺点是空气需要进行压缩，驱动机械手速度的稳定性相对较差，所以气压传动可以拾取的重量比液压传动小很多。

优点是气压传动的结构较为简单，相同条件下，首选气压驱动。

3.机械传动机械手

机械传动主要通过纯机械结构间的相互运动来进行力的传播，机械传动的机构有很多种，例如齿轮和齿条、蜗轮蜗杆、凸轮等。

它们的动力统一由主机传递，如电机、马达等。

机械传动机械手，结构复杂，动作单一，一般被用来进行简单的上下料工作。

4.电力机械手

电力机械手的驱动方式是通过电动机，而驱动电动机可分为直线电动机和步进电动机，两种电动机各有千秋，使用条件不同。

不同于机械传动机械手，电力机械手没有机械结构的相互作用，它直接由电动机提供动力，所以它结构相对简单，维护和使用非常方便。

（3）按控制方式分类

1.点位控制

点位控制即机械手只能进行点到点间的运动，称为直线运动，而无法进行曲线运动，倘若通过增加点数来描绘曲线运动，则增加了控制系统的复杂和电气元件的使用，成本较高。

2.连续轨迹控制

连续轨迹控制即机械手进行曲线运动，这种运动是通过增加点位来描绘运动轨迹，通常机械手采用这种控制，但缺点是这种运动的控制系统较为复杂，成本较高。

1.3国内外机械手的现状与发展趋势

机械手技术是一个多学科集合技术，分别集合了计算机、机械机构、自动化控制、人工智能、仿生学等学科，大家称机器手技术为当今火热、应用广泛的高新型技术。

衡量一个国家的自动化水平，无疑是比较机械手技术。

某种意义上，机器人代替了人类完成人工生产劳动，它还是一种既拥有人的行为特长也拥有机器特长的一种先进自动化机械设备。

目前国外的机械人水平不断提高，他们追求机器的高精度、高速度以及便于操作。

出现了可进行重组的俗称“模块化”机械手，例如用组成机械手关节的模块和连杆模块即可重组机器人。

机械手的传感技术也逐渐完善，多样化和复杂化，传统的传感器只应用在测量位置、速度、加速度上，而多样化后，传感器还包括视觉、声觉以及力觉传感器，大大提高了机械手的感应水平。

虚拟现实机器人也在发展中，它是一种用于模拟远程操作环境的机器人，让使用者感受置身与工作环境。

我国机械手经历了多年的发展，从70年代初，到90年代，前后经历了萌芽、开发和应用阶段。

但是我国机械手在国内外的市场不容乐观，目前国内市场依旧被国外企业占据着，中国的制造业要参与国际分工，必须继续推行科技创新，改善我国自动化水平的状况。

此外机械手的发展也依赖政府的政策支持和资金投入。

机械手已经在众多领域得到发展应用，从最初的汽车制造领域转到非制造领域。

例如，维护和维修机器人，建筑水电机器人。

此外机械手也广泛遍布国防、军事、食品加工等领域。

1.4机械手的主要特点

1）它具有很强的适应环境的能力，可以代替人们在复杂而有害的环境中长时间工作。

2）该机械手坚固耐用，可以使人们免于繁重而单调的工作，并扩展和扩展了人体功能。

3）稳定和有助于提高产品质量，此外还可以免去人为操作错误

4）机械手的应用，可提升生产效率和生产效益，减少人工成本

二、机械手总体设计方案

2.1机械手的组成

图2.1所示工业机械手由控制、驱动和执行三大机构组成。

图2.1机械手工作原理图

合格的气压驱动机械手应具备快速反应的能力，工作时候对加工工件进行夹取和放置，机械手本身需能够及时响应并且精度不受影响，此外工作的区域足够和灵活也是重点。

对待机械手的设计，需要经过慎重验证和考虑，首先需要了解机械手作用的环境、对象、技术要求，综合各条件再提出最后的设计方案，使制造的机械手符合生产工艺的操作要求，并且适应操作环境。

对机械手工作也有基本要求，首先工作前需要先了解被加工工件的基本特性，例如工件的结构特征、材料特征等，其次是工件的精度要求和尺寸质量参数，基于以上条件再对机械手的结构和控制需要进行设计，精准制造，减免不必要的设计累赘。

本文设计的机械手为通用机械手，它的主要功能是进行零件的夹取和安放，该机械手为通用机机械手，所以适合中小批量化的生产，通过改变程序，可以进行不同的工作内容，在不同环境场合工作。

对机械手能力评估就是其能够夹取物品的最大重量，相比液压机械手，气压机械手能够夹取的物品不能太重。

查询相关设计手册，再结合实际设计需求，本设计拟定气动机械手能夹取物品的重量为5kg。

此外还需考虑机械手的工作移动速度，太快和太慢都影响加工工作，本机械手最大移动速度设为1.0m/s，平均速度设为0.8m/s。

图2.2夹爪模块

图2.3夹爪俯视图

2.2机械手的技术参数列表

一、用途:

用于自动拾取和摆放工件。

二、设计技术参数:

（1）抓重:

（2）自由度数:

2个自由度

（3）平均移动速度：

（4）定位方式:

行程开关或可调机械挡块等

（5）定位精度:

（6）驱动方式:

气压传动

（7）控制方式:

PLC

2.2.1执行机构

执行机构为机械手夹爪处，夹爪用来进行夹紧。

对夹爪的要求是，能够快速反应，并且反应准确可靠。

在设计夹爪机构时有很多考量。

首先需要考虑的三个参数分别为机械手的速度、加速度和坐标位置，其次要通过夹紧重量来计算夹紧力、惯性大小。

由于该机械手为通用机械手，夹爪处应该设计成可以进行装