龍門式機械手結構設計
龍門式機械手結構設計,龍門,機械手,結構設計
畢業(yè)設計(論文)開題報告課題名稱 龍門式機械手結構設計 學 院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 定稿日期: 1 所選題目的及其意義 本課題將設計一個龍門機械手,將用于工作人員出入,使零件通過機械手進行運輸,需完成對工件的安全抓緊和釋放,并將零件從一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。通過本課題的研究,學生不僅可以了解自動生產(chǎn)線的工作過程,還可以深入了解其組成部分的內部結構設計。希望學生通過本課題設計,能充分運用已學習的基礎知識和專業(yè)知識,設計出可行、優(yōu)化的裝置,并完成機械裝配圖,重要零件的加工圖,在畢業(yè)設計說明書中,選用合理的動力元件,計算設計零件的合理尺寸,體現(xiàn)合理的設計思路,綜合應用機械原理和設計、工程制圖,以及現(xiàn)代制造理念。2 文獻綜述(國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢)2.1國內機械手領域的現(xiàn)狀和發(fā)展目前國內機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面,數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以,在國內主要是逐步擴大應用范圍,重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手,以減輕勞動強度,改善作業(yè)條件,在應用專用機械手的同時,相應的發(fā)展通用機械手,有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度,減少沖擊,正確定位,以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型,以及具有觸覺、視覺等性能的機械手,并考慮與計算機連用,逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 2.2 國外機械手領域發(fā)展趨勢國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多,發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料,以及點焊、噴漆等作業(yè),它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時,即能更正并自行檢測,重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化,高速化,多軸化,輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求,運行速度可以達到3M/S,量新產(chǎn)品達到6軸,負載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機械 手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合,從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時,隨著機械手的小型化和微型化,其應用領域將會突破傳統(tǒng)的機械領域,而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。3 研究內容3.1 課題的技術要求1工作范圍:長度:800mm ;高度:500mm;高度200mm;2各軸工作速度進給速度:400mm /min ;3. X、Z方向快速移動速度:1500mm/min ;4. 夾持部件旋轉角度:180 ;5. 送料重量:1000g3.2方案設計 1.機械手的設計。2.X.Y兩個方向的運動傳動設計。3.總體方案設計。3.3結構設計1.機械手的結構設計。2.X.Z.兩個方向的傳動結構設計。 3.總體方案結構設計。 4.零部件設計。4 研究方案4.1機械手抓緊方案設計4.1.1手部結構 機器人的手部是機器人最重要的部件之一,從其功能和形態(tài)上看,分為工業(yè)機器人的手部和類人機器人的手部。目前前者應用較多,也較成熟,后者正在發(fā)展中。工業(yè)機器人的手部夾持器(亦稱抓取機構)是用來握持工件或工具的部件,由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材料及表面狀態(tài)的不同。其手部結構也是多種多樣的,大部分的手部結構都是根據(jù)特定的工件要求而專門設計的,按握持原理的不同,常用的手部夾持器分為如下兩類: 1)夾持式:包括內撐式與外夾式,常用的還有勾托式和彈簧式等。 2)吸附式:包括氣吸式與磁吸式等。 4.1.2手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種,其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內卡式(或內漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作,手指可分為一支點回轉型,二支點回轉型和移動型(或稱直進型),其中以二支點回轉型為基本型式。4.1.3設計時考慮的幾個問題 1)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時,除考慮工件重量外,還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動,以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。2)具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持物體的反作用力外,還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響,要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形,當應盡量使結構簡單緊湊,自重輕。 由驅動桿上的圓柱銷套在滑槽內,當驅動連桿同圓柱銷一起作往復運動時,即可撥動兩個手指個繞其支點作相對回轉運動,從而實現(xiàn)手指的夾緊與松開動作。4.2 龍門機架的方案設計 4.2.1現(xiàn)有的機械傳動方式的簡述通常來說,用于步進、伺服電機驅動的機械傳動機構,一般有以下幾類:1.絲杠:是將旋轉運動轉換成線性運動,或將直線運動化為回轉運動的元件。普通梯形絲杠可以自鎖,但是傳動效率較低不適合高速往返運動。滾珠絲杠傳動效率高、精度高、噪音低,適合高速往返運動。但傳動跨度不可太大。2.齒條和小齒輪:承載力大,傳動精度較高,可達0.1mm,可無限長度對接延續(xù),傳動速度高。但噪音較大,較易磨損。3.傳送帶(同步帶):可以高速傳動,噪聲低。缺點是不可長距離傳動,否則皮帶的變形會影響定位與控制。4.齒輪組:是傳動效率最高的傳動元件。但是由于齒輪本身形狀的限制,無法應用于長距離傳動。5.鏈條驅動:載荷高,傳動效率高。但鏈條的磨損會導致傳動精度下降。6.主軸驅動:可調速范圍大,傳動效率高。4.2.3 Z方向傳動方式及結構設計由Z軸方向工作范圍為200mm,Z軸引動器完成對工件提起或放下操作。其末端為抓取釋放工件的機械手,需精確定位。且在工作中需多次完成高速往返運動。故選用絲杠螺母副作為傳動機構。設計螺母副固定,絲杠由頂端步進電機通過聯(lián)軸器帶動做上下往復運動。為保證傳動的穩(wěn)定,在兩側設計裝配了兩條導軌。作結構簡圖如下:圖4:Z方向運動結構示意圖5 進度計劃2014.12 調研、查找相關資料2014.01 開題、擬定總體設計方案2015.02 完善開題報告,完成文獻翻譯2015.032015.04 設計計算、初步完成總裝配圖、部件圖、零件圖的繪制2015.052015.06 完善圖紙、撰寫設計說明書,準備答辯。6 參考文獻1 蔡自興.機器人學M.北京.清華大學出版社,2000.2 王革華.新能源概論M.北京:化學工業(yè)出版社,2006.3John Nofsinger. 美國物料搬運和物流管理的市場及發(fā)展趨勢J.機電信息,2001(12).584 吳治堅.新能源和可再生能源的利用M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.5 丁樹模.機械工程學M.北京:機械工業(yè)出版社,2000.6 李昌輝. 自動上料機器人系統(tǒng)開發(fā)D.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2009.6 7 尹自榮,熊曉紅,駱際煥,王建坤. 數(shù)控上下料機械手的研究及應用D.武漢:華中理工大學,2010.5 8陳佩云,金茂菁,曲忠萍.我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀J.機器人技術與應用,2001年第1期9康立新,馬建華.工業(yè)機械手的設計J.工程技術 10芮延年. 機器人技術及應用M. 北京:化學工業(yè)出版社, 2008 11宗光華. 新版機器人技術手冊M. 北京: 科學出版社, 2007 12陳心昭. 現(xiàn)代實用機床設計手冊M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006.13于傳浩,章滌峰.一種氣動機械手夾持機構的設計J.武漢:武漢化工學院機械工程學院,2003.1014金茂青,曲忠萍,張桂華.國外工業(yè)機器人發(fā)展勢態(tài)分析.機器人技術與應用 ,2005 15孫樹棟.工業(yè)機器人技術基礎M.西安:西北工業(yè)大學出版社,2006 16嚴學高,孟正大.機器人原理.南京:東南大學出版社,2003 17謝存禧,張鐵.機器人技術及其應用M.北京:機械工業(yè)出版社,200818朱世強,王宣銀.機器人技術及其應用M.浙江:浙江大學出版社,200419 Doughty S.Mechanics of Machines.New York:John Wiley &Sons Inc.,198820Jensen P. W.Classical and Modern Mechanisms for Engineers and Inventors.New York:Marcel Dekker Inc.,1991指導教師意見 指導教師簽名: 年 月 日
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