《自动分拣机械手结构设计8400字【论文】》.docx

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1、自动分拣机械手结构设计目录1绪论22总体方案设计与指标42.1 总体设计规格与相关参数42.2 总体方案设计42.2.1 主体功能42.2.2 执行机构52.2.3 3仅动机构62.2.4 控制系统63机构分析93.1 机械手总体设计93.1.1 机械手基本形式的选择93.1.2 机械手的主要部件及运动93.1.3 驱动机构的选择93.1.4 机械手的技术参数列表103.2 机身的总体设计104关键部件设计与校核124.1 选择手抓的类型及夹紧装置124.2 手抓的力学分析134.3 机械手手抓夹持精度的分析计算145结论16参考文献171绪论现代化的计算机网络科学和信息技术的确是一场新型产业

2、革命，将整个西方世界的知识经济由传统资本主义经济模式引入并带到了现代知识经济的新发展时代。在现代电子信息世界的各个领域，从20世纪时代中的一个新型无线电通信时代也已经开始直到进入21世纪以家用计算机和其他信息电子技术应用为设计核心的一个现代化和智能化新型家用电子系统时代。而传统的机械手控制系统则逐渐发展成熟到与电脑进行互联，使得机械手控制的系统变得更加的智能化，操作也变得更加简易方便。随着工业自动化的进一步发展，机械手（或称工业机器人）的应用符更加普遍，尤其随着我国的物流行业和仓储行业的进一步发展，西欧、日本、苏联和中国等偏远地区的机械手也已经开始了百花争放，未来整个人类经济社会将不断更新各种

3、各样的新型分拣机械手。本项目中所设计的自动分拣机械手隶属于搬运机械手。所谓的搬运式机械手,就是把一个机械手直接安装到一个移动式的平台之上。这种架构使得机械手具备了很大的可以移动操纵空间及较高的运动冗余性，并且同时还具备了移动和可以操纵的功能，这样会使它比其他传统机械手更加优于现代化的机械手，因此在危险工程作业、制造商、服务业等领域具有广泛的应用和发展前景。但由于其结构复杂、强耦合、非线性、不完全等诸多技术问题的出现，都已经使得我们对于搬运式机械手进行研究更加具备了相当的挑战性。机械手设备就是一种通过模仿人手活动的某些操作行为，按照它们给定的操作程序、轨道和时间要求运动来操作实现自动化的捕捉、搬

4、移或者手动操作的一种小型自动化工业机械设备。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅作为机床的上下料装置，是附属于机床的专用机械手，只是单纯且简单的机械装置，无法通过控制系统来进行控制，所用材料均不是最佳选择，手爪的抓力是最核心因素，在受力过程中稳定性不够，因此抓取物件在搬运的过程中会出现各种各样非常多的安全隐患即无法投入到物流体系中来缓解人工劳动压力。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”，简称普通机或通用工业机器人。在广大的物流体系中，分拣作为重中之重，既要确保每一件物品能够准确无误的按照要求分拣到指定位置又要确保机械手在夹取

5、物品时产生的抓力不能损坏物件，同时机械手在重复劳动的过程中也要确保自身保养情况，不因为设计问题出现偏差导致整个分拣流程都会受到影响。现如今由于一般的小型通用式自动机械手都已经可以迅速地根据控制系统需求自动改变其分拣工作流程，适应能力比较强，所以它被广泛认为已经是在不断地通过变换各个行业生产品的种类和各个大型号的小批量自动化的机械生产工艺过程中已经获得了广泛的经济应用。2总体方案设计与指标2.1 总体设计规格与相关参数对于使用自动化分拣生产线过程中的分拣机械手和物料分拣管理单位的基本技术需求就是将两个分拣单位有效地相互配合联系起并连接在一起，通过各种温度传感的元器件和中央空调的排气缸等，能够迅速

6、、准确地自动执行物品搬运和物料分拣。设计管理自动化分拣生产线的员工机械手和其他分拣作业单位的员工设计管理原则上要拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件；明确工艺流程中的各种模块数量和分布，使得在充分考虑到满足需要的条件基础上，让各种元器件在每一个模块，各种元器件在每一个单元中都能够具有最合理的位置，从而进一步地确定了对于自动化分拣线的结构要求和运行管理控制的技术要求；在设计过程中，计划选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。本次设计的自动分拣机械手及分拣单元是为了实现通过模块的组合促进流水线的顺利运行，帮助整个物流体系的高效运行。

7、参数说明：抓重：0.3千克；工件尺寸：40mm,厚40mm;定位精度：1mm;控制方式：首选点位程序控制（简易且方便，相较于控制卡控制更具有其独有的创新意义）；机械手横移最大距离为800mmo2.2 总体方案设计2.2.1 主体功能设计出如图2-1所示的简易工作台图2-1机械手系统构成简易图本图为最初设计出的简易模式分拣机械手，由此可见，分拣机械手部分作为两条传送带之间的桥梁进行多向运作。底座为圆柱型，依靠曲柄连杆旋转机构进行运动，向外抓取物件，再通过已经准备好的自动系统进行准确的抓取，减少误差。手臂部分可延伸，由手爪进行物件的准确抓取。在该机械手运作的基础上可实现：在工作启动时按住运行按钮，

8、传送带A和B将开始工作。当光电开关检测到工件时，传送带A电机停止运行。继电器工作时，手臂会下降，而下降并到达下降限位开关接近开关，手臂停止下降。夹紧正在工作的继电器，并夹紧工件。大约2秒钟后，机械手臂会上升。当高继电器工作时，机械手上升并到达上限开关并接近该开关。继电器工作时，电机向左转。机械手，将电动机向左旋转，然后）将工件传送到传送带B上方，机械手向左旋转，并向左按下行程开关。旋转电机以终止操作。另外，机械手下降并到达限位开关接近开关。机械手停止下降并释放工件以释放工件。大约2秒钟后，机械手上升并到达限位开关接近开关。传送带B的马达工作，传送带B推动工件运行，机械手将马达向右旋转，机械手向

9、右旋转以按下向右行驶开关，传送带B马达停止运行，并且传送带电动机再次开始工作,系统运转机械手便可以循环工作。2.2.2 执行机构即直接抓取工件的部分，因为与物件接触的方法会有所不同，因此它可分为两种类型，即夹持式手和吸附式手。在该设计项目中，采用了夹持式手部机械结构。夹持式手部由机械手爪和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指制造容易，成本较低，故应用较广泛，本设计决定采用回转型。手部多为两指（也有多指，本设计采用两指）；机械手指指形也有不同设计，常用的指形有平面、V形面和曲面，本设计采用平面方式；另外，根据需要分为外向握法和内向抓法两种，本

10、设计采用外向提法。如上图所示。2.2.3 驱动机构驱动机构是该分拣机械手的重要组成部分。根据动力源和具体方面应用的不同，分捺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。而由于机械手本来就是机器人领域中的一个重要亮点，而与其它驱动方式相比较，液压机械手具有传递动力大、传动平稳性高等优点。本驱动机构计划采用液压驱动，所有动作都可以通过液压实现。如实物图2-2,图2-3所示：图2-2液压驱动夹持型机械手图2-3液压驱动夹持型机械手224控制系统本次毕业设计由于采用的是可以进行自动化过程分拣运输工件的自动分拣机械手，所以必须肯定做到最终设计出的机械手实行的是自动化过程控制。经查阅文献，

11、亲身到达京东集团物流分拣中心观察和仿真模拟实验表明，P1C技术可以充分运用于该机械手的设计中，使该机械手能够顺利投入市场进行运作，使其拥有自动化水平。特点是以可编微处理器为系统设备设计核心，主要具有系统整体上设计结构简单、容易进行编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和安全使用方便等一系列基本特征。P1C技术已被广泛地成功应用于高压电磁阀流量控制等诸多方面。所以，对于这个需要分拣的工业机械手来说首先能想到的方法就是PIC技术。采用这种自控技术不仅能够灵活地让操作人员按照程序设定机械手工作和使用机械手对其进行手动操作，而且这种操作方法节省时间成本、资金成本和劳动成本，操作简单方便；第二，P1C自动控

12、制器的稳定运行性和稳定性良好也是其最终能够成为各种工控系统选择的重要一个原因。因此本设计计划采取三菱FX2N-48MRP1Co(1)控制系统设计在这样一条完全自动化的货物生产线上，由一只分拣机械手把连在a传送带上的每件货物通过传送带接到一条连在传送带上的b上。机械手的整个手臂上升、下降、左转、右向和左旋转、夹紧、放松等各种动作分别主要是通过采用电磁阀自动控制的机械液压动力传动系统来来进行传动工作，并用自动限位控制开关和自动光电开关系统来自动检测各种使用机械手进行运动的身体状况和周围物件的运动位移。传送带上的a、b都可以是由三相驱动鼠笼式异步高速电动机组来进行高速驱动。对于这些电动机也一定要及时

13、做好一些相应的安全防护。(2)P1C(I/O)分配表2-21/0分配表输入元件输入继电器输出元件输出继电器启动开关AO上升电磁阀B1关闭开关A1下降电磁阀B2复位开关C1O左转电磁阀B3上升限位开关A5右转电磁阀B4下降限位开关A2夹紧电磁阀B5左转限位开关A3传送带A电机B6右转限位开关A4传送带B电机B7光电开光A6复位电磁阀C4液压马达BO辅助继电器CIO,C11,C12pb1、pb2系统电路总线和总控制开关，继电器AO、A1PSI工件检测光电开关，继电器A61S1控制机械手的夹紧与放松，继电器A51S2控制工作台的向左旋转和向右旋转，继电器B3、B41S3控制工作台的水平上升与下降，继

14、电器B1、B2图上省略左转和右转（A3、A4）、上升与下降限位开关（A5、A2）以及传送带A、B电动机（B6、B7）、液压马达（BO）（3）程序设计图2-3程序流程图图2-4自动化流水梯形图上图为实现自动化控制所画的操作流程图，根据上图2-3可以轻松的设计出如下的梯形图：如图24可知，这个程序是严格按照设计要求来编的，程序中加入的M4辅助继电器起到复位作用，启动开关是xo,停止开关是XI,程序中还加入了两个计数器CO、C1。其中计数器CO对下降限位SP2（X2浒数,从而实现机械手到达二号（B）传送带时松开机械手放置物品的控制。计数器C1对上升限位SPI（X5）计数，从而实现机械手在松开机械手放

15、置物品以后上升第二次压到上升限位SP1（X5）的时候实现右转的控制。3机构分析3.1 机械手总体设计3.1.1 机械手基本形式的选择常见的分拣机械手依据手臂的运动形态来定名称和用途，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。经多次查阅资料及在实习单位亲身调研，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，旋转移动起来更方便，直观上讲更适用于物流分拣作业中，因此本设计采用圆柱坐标型。3.1.2 机械手的主要部件及运动对于一个圆柱坐标型分拣机械手来说，该自动化模式下的分拣用机械手的设计需要的基本要求，基本目标和技术任务，为了满足所设计需要的基本要求条件,据实际观察,本论文计划所设计的机械手都应该至少具有5个自由度既:手抓张合;手部回转；手臂伸缩；手臂回转和手臂升降5个主要运动。本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成，分别是手部，采用一个自动垂直线状的圆形液压传动气缸，通过整个传动液压机构的固定运动角度来轻松完成腕和手部的抓张力配合；对于腕和手部，采用一个自动定向回转式的圆形液压传动气缸后就可以轻松实现整个手部的自动