码垛机械手设计.pdf

1、码垛机械手设计 I 摘 要 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越 高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工 作 随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。用于再现人手的的功能 的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自 动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。文章 主要叙述了机械手的设计计算过程。首先，本文介绍码垛机械手的作用，码垛机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手 整体座标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格

2、参量。文章中介绍了码垛机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了码垛机械手的手部、腕 部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。最后用PLC对码垛机械手进行控制 关键词关键词：码垛机械手，液压传动，液压缸，PLC控制码垛机械手设计 IIABSTRACTIn modern industry,the automation of the production process has become a prominenttheme.Increasinglyhighlevelofautomationinallwalksoflife,modernprocessingplant,oftenwithamechani

3、calhandinordertoimproveproductionefficiency,tocompleteithardforworkerstocompletetheworkorriskWith the development needs of industrial automation,mechanical hand more and moreimportantinindustrialapplications.Usedtoreproducethefunctionofthetechnicalstaffofthedeviceis called robot.Robot is modeledonth

4、e partof staffing action,accordingtoa given program,automaticallytrackandrequirementscapture,handlingoroperationoftheautomaticmechanicaldevices.Applicationinindustrialproductionisknownasindustrialrobotmanipulator.Thispapermainlydescribesthedesignofthemanipulatorcalculation.First,thearticledescribest

5、heroleofrobotpalletizing,roboticpalletizingcompositionandclassification,indicating the degree of freedom and the coordinates in the form of the wholemanipulator.Meanwhile,thispaper,themachineryofthemainperformancespecificationsofhandparameters.Articledescribestherobotpalletizerdesigntheoryandmethods

6、.Comprehensiveanddetaileddiscussionofthepalletizingrobotshand,wrist,armandbodyandothermajorcomponentsofthestructuraldesign.Finally,PLCcontrolforroboticpalletizerKeywords:Palletizer robot,hydraulictransmission,hydrauliccylinder,PLCcontrol码垛机械手设计 III 目 录 1 绪论11.2 机械手的简史11.3 工业机械手在生产中的应用21.4机械手的组成31.4.

7、1执行机构31.4.2驱动机构41.4.3控制系统分类41.5 机械手的发展趋势41.5.1 国外机械手领域发展趋势：41.5.2我国机械手领域的现状及发展:41.6本章小结52 机械手的总体设计方案62.1机械手基本形式的选择62.2 机械手的主要部件及运动72.3 驱动机构的选择72.4机械手的技术参数列表72.5 手臂的配置形式72.6 位置检测装置的选择82.7本章小结83 机械手手部的设计计算93.1 概述93.2设计时应考虑的几个问题93.3手部设计基本要求93.4典型的手部结构103.5 机械手手抓的设计计算103.5.1 选择手抓的类型及夹紧装置103.5.2手抓的力学分析10

8、3.5.3夹紧力及驱动力的计算133.5.4手抓夹持范围计算14码垛机械手设计 IV3.6本章小结144 腕部的设计计算164.1腕部设计的基本要求164.2腕部的设计计算164.2.1腕部设计考虑的参数164.3.2腕部的驱动力矩计算164.4本章小结175 臂部的设计及有关计算195.1臂部设计的基本要求195.2手臂的典型机构以及结构的选择205.2.1手臂的典型运动机构205.2.2手臂运动机构的选择205.3手臂直线运动的驱动力计算205.3.1手臂摩擦力的分析与计算205.3.2手臂惯性力的计算225.3.3密封装置的摩擦阻力225.4液压缸工作压力和结构的确定225.5四连杆固定

9、轴剪切力校核235.6本章小结246 机身的设计计算256.1机身的整体设计256.2机身回转机构的设计计算266.3机身升降机构的计算276.3.1手臂偏重力矩的计算276.3.2手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算286.4轴承的选择分析296.5齿轮的选型296.6本章小结307 液压系统设计327.1 液压系统简介32码垛机械手设计 V7.2 液压系统的组成327.3 机械手液压系统的控制回路327.3.1 压力控制回路327.3.2 速度控制回路337.3.3方向控制回路337.4机械手的液压传动系统347.4.1上料机械手的动作顺序347.4.2自动上料机械手液压系统原理介绍357.

10、5 机械手液压系统的简单计算367.6本章小结378PLC 控制回路的设计388.1电磁铁的动作顺序表388.2根据机械手的动作顺序表398.3PLC与现场器件的实际连接图408.4梯形图408.5指令程序429 结论45参考文献46致 谢47码垛机械手设计 1 1 1 绪论绪论 1.1 前言 用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给 定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械 手被称为工业机器手。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

11、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

12、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 到机械工业的重视。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

13、 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。1.2 机械手的简史 现代工业机械手起源于20世纪 50 年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产 品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的 结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962 年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商 名为 Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动

14、；控制系码垛机械手设计 2 统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司 和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962 年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran 机械手，原意是灵活搬运。该机 械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再 现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978 年美国Unimate 公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误

15、差可小于1 毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如 Unimate 公司建立了 8 年机械手试验台，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，主要用于起重运输、焊接和设备的上下 料等作业。德国KnKa 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士 RETAB 公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机

16、械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型机械手 后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位 多达 50 多个。1976 年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用 42%。1979 年日本机械 手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日 元，是1978 年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比 1978年增长 50%。智 能机械手约为 17 亿日元，为 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，机械手累计产量达 56900 台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用机械手最多的是汽 车工业，其次是电机、电器。预计到 1990年将有55 万机器人在工作。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设 备保持联系。并