小型气动机械手的设计cad图纸及说明书及开题报告

目录

摘要…………………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………1
1前言…………………………………………………………………………………2
2机械手的总体设计方案……………………………………………………………3
2.1机械手的基本结构………………………………………………………………3
2.1.1手部……………………………………………………………………………3
2.1.2腕部……………………………………………………………………………4
2.1.3臂部……………………………………………………………………………4
2.2机械手基本形式的选择…………………………………………………………4
2.3机械手的主要部件及运动参数设计……………………………………………4
3手部的设计…………………………………………………………………………5
3.1手部的基本要求…………………………………………………………………5
3.1.1夹持式手部结构………………………………………………………………5
3.1.2对手部的基本要求……………………………………………………………6
3.2手部的结构设计…………………………………………………………………6
3.3手部的计算………………………………………………………………………7
3.3.1手指夹紧力的计算……………………………………………………………7
3.3.2驱动力计算……………………………………………………………………7
3.3.3气压缸直径计算………………………………………………………………7
3.3.4缸筒壁厚的设计………………………………………………………………9
4腕部的设计………………………………………………………………………10
4.1腕部的基本要求………………………………………………………………10
4.2腕部的结构设计………………………………………………………………10
4.3腕部的计算……………………………………………………………………11
4.3.1驱动力计算…………………………………………………………………11
4.3.2液压缸压力验算……………………………………………………………12
5臂部设计…………………………………………………………………………14
5.1臂部的基本要求………………………………………………………………14
5.2臂部的具体设计方案…………………………………………………………15
5.3手臂伸缩的计算………………………………………………………………15
5.4手臂升降的计算………………………………………………………………16
5.4.1尺寸设计……………………………………………………………………16
5.4.2尺寸校核……………………………………………………………………16
5.5手臂回转气缸的计算…………………………………………………………17
5.5.1尺寸设计……………………………………………………………………17
5.5.2尺寸校核……………………………………………………………………17
6气动系统设计……………………………………………………………………18
6.1气动系统设计要求及选择……………………………………………………18
6.2气压回路的选择………………………………………………………………19
6.2.1各气压缸的换向回路………………………………………………………19
6.2.2调速方案……………………………………………………………………19
6.2.3缓冲回路……………………………………………………………………19
6.2.4系统安全可靠性……………………………………………………………19
6.3气压传动系统工作原理图……………………………………………………19
6.3.1工作原理图…………………………………………………………………19
7结论………………………………………………………………………………20
参考文献……………………………………………………………………………20
致谢………………………………………………………………………………21
2气动机械手的总体设计方案
2.1机械手的基本结构
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。执行机构主要是机械手赖以完成工作任务的实体，通常由杆件和关节组成。从功能的角度，执行机构可分为：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。
2.1.1手部
手部又称末端执行器，是工业机械手直接进行工作的部分，可以是各种夹持器。有时人们也把诸如电焊枪、油漆喷头等划作机器手的手部。气动手指是模拟人的手指抓紧工件，以实现机械手的动作的气缸。按结构特点可分为旋转驱动型、平行开闭型、支点开闭型和三爪开闭型。
2.1.2腕部
腕部与手部相连，主要功能是带动手部完成预定姿态，是操作机的中结构最为复杂的部分。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转气压缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小，一般小于270度,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
2.1.3臂部
手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。
手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。
2.2机械手的基本形式选择
常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种:
(1)直角坐标型机械手；
(2)圆柱坐标型机械手；
(3)球坐标(极坐标)型机械手；
(4)多关节型机机械手。
其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。
2.3机械手的主要部件及运动参数设计
在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计的机械手具有4个自由度：手臂伸缩；手臂回转；机身回转；机身升降。
本设计的机械手主要由3个大部件和4个气缸组成：
手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的张合。
臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。
机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。
驱动机构是工业机械手的重要组成部分,工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。气动机械手因为结构简单、成本低廉、重量轻、动作迅速、平稳、安全、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用在生产自动化的各个行业。因此，机械手的驱动方案选择气压驱动[1]。
设计技术参数:
（1）抓重:2Kg (夹持式手部)
（2）自由度数:4个自由度
（3）座标型式:圆柱座标
（4）最大工作半径:600mm
（5）手臂最大中心高:400mm
（6）手臂运动参数
伸缩行程：350mm
伸缩速度： 200mm/s
升降行程：250mm
升降速度： 100mm/s
回转范围：0~360°
回转速度： 60mm/s
3手部的设计
3.1手部的基本要求
为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是圆柱形式时，使用夹持式手部；如果有实际需要，还可以换成气压吸盘式结构。本次设计采用的是夹持式手部结构。
3.1.1夹持式手部结构
夹持式手部结构由手指和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜锲杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。
3.1.2对手部的基本要求
（1）具有足够的夹紧力；
在确定手指的夹紧力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
（2）手指间应具有一定的开闭角；
两手指张开和闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好。
（3）保证工件准确定位；
在设计的过程中总会出现些许偏差，所以在选用配合的时候都采用IT8级，能满足工件的定位。
（4）具有足够的强度和刚度；
手部的材料通常采用强度和刚度都要同时能满足抓取物件的大小，但同时也考虑到是气压传动，力比较小，所以不会采用钢材类等。
（5）考虑被抓工件的形状要求。
技术要求
1、零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。
2、装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。
3、装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。
4、螺钉、螺栓和螺母紧固时，严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。
5、规定拧紧力矩要求的紧固件，必须采用力矩扳手，并按规定的拧紧力矩紧固。
6、.同一零件用多件螺钉（螺栓）紧固时，各螺钉（螺栓）需交叉、对称、逐步、均匀拧紧。
7、圆锥销装配时应与孔应进行涂色检查，其接触率不应小于配合长度的60并应均匀分布。