毕业设计真空吸盘式气动机械手的设计ppt课件.ppt

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1、LOGO论论文文题题目目真真空吸空吸盘盘式式气动气动机械手的机械手的设计设计选题依据选题依据 主要技术要求参数：吸持力主要技术要求参数：吸持力2kg；自由度数为；自由度数为3；运动；运动形式为圆柱坐标；手臂伸缩行程范围形式为圆柱坐标；手臂伸缩行程范围0-300mm，手臂升，手臂升降行程范围降行程范围0-200mm；手臂回转行程范围；手臂回转行程范围0-180；定；定位方式为定位块；控制方式为点位式、位方式为定位块；控制方式为点位式、PLC控制；驱动方式控制；驱动方式为气压传动系统。为气压传动系统。 主要用途：设计一套真空吸盘式气动机械手，它采用圆主要用途：设计一套真空吸盘式气动机械手，它采用圆

2、柱坐标型的运动形式，气压传动，柱坐标型的运动形式，气压传动，PLC系统控制。功能原理系统控制。功能原理先进，动作可靠，结构合理，安全经济，满足生产要求。先进，动作可靠，结构合理，安全经济，满足生产要求。 选题依据、主要研究内容、研究思路选题依据、主要研究内容、研究思路选题依据、主要研究内容、研究思路选题依据、主要研究内容、研究思路u 主要研究内容主要研究内容 .了解液压与气压传动机械的现状和发展趋势。了解液压与气压传动机械的现状和发展趋势。 .掌握气压传动机械设计的一般过程。掌握气压传动机械设计的一般过程。 a.气压机械手及气压传动系统与电气控制系统方案设计气压机械手及气压传动系统与电气控制系

3、统方案设计（工艺分析、原理图设计、总体布局）。（工艺分析、原理图设计、总体布局）。 b.技术设计（各组成部分的运动设计、结构设计、材料技术设计（各组成部分的运动设计、结构设计、材料选择、零件强度与刚度校核、绘制设计图样和编写技术文选择、零件强度与刚度校核、绘制设计图样和编写技术文件。）件。） c.审核鉴定。审核鉴定。.了解常用的了解常用的CAD设计软件，并能熟练运用一种设计软件，并能熟练运用一种CAD软软件进行机械设计。件进行机械设计。 .具备较强的自学能力、掌握独立获取、消化和应用新知具备较强的自学能力、掌握独立获取、消化和应用新知识的能力和方法，具有一定的分析解决实际问题的能力，识的能力和

4、方法，具有一定的分析解决实际问题的能力，具有初步的科研、开发能力。具有初步的科研、开发能力。选题依据、主要研究内容、研究思路选题依据、主要研究内容、研究思路u 研究思路研究思路 分析、理解设计任务书的要求分析、理解设计任务书的要求查阅相关资料查阅相关资料初步初步拟订设计方案拟订设计方案设计方案对比并确定最佳方案设计方案对比并确定最佳方案参数的设参数的设计计算计计算装配图草图装配图草图零件设计零件设计零件草图零件草图绘制零件图绘制零件图绘制装配图绘制装配图编写设计说明书编写设计说明书论文的结构和主要内容论文的结构和主要内容u第一部分第一部分 真空元件部分真空元件部分u第二部分第二部分 控制系统部

5、分控制系统部分u第三部分第三部分 气压系统部分气压系统部分u第四部分第四部分 机械机构部分机械机构部分u第五部分第五部分 机械手手臂部分机械手手臂部分第一部分第一部分 真空元件部分真空元件部分u 真空吸盘真空吸盘 在产品包装、物体传输和在产品包装、物体传输和机械装配等自动作业线上机械装配等自动作业线上 ,使使用真空吸盘来抓取物体的案用真空吸盘来抓取物体的案例越来越多。柔而有弹性的例越来越多。柔而有弹性的吸盘可以很方便地实现诸如吸盘可以很方便地实现诸如工件的吸持、脱开、传递等工件的吸持、脱开、传递等搬运功能搬运功能 ,并确保不损坏其作并确保不损坏其作用之对象。用之对象。 在此次设计中，工件平放在

6、此次设计中，工件平放；故从水平方向对真空吸盘；故从水平方向对真空吸盘的受力分析进行动态分析。的受力分析进行动态分析。 第一部分第一部分 真空元件部分真空元件部分 吸盘直径虽表示吸盘的外径，但利用吸盘直径虽表示吸盘的外径，但利用真空压力吸附物体时，因真空压会使橡真空压力吸附物体时，因真空压会使橡胶变形，吸附面积也会随之缩小。缩小胶变形，吸附面积也会随之缩小。缩小后的面积即称为有效吸附面积，此时的后的面积即称为有效吸附面积，此时的吸盘直径即称为有效吸盘直径。吸盘直径即称为有效吸盘直径。 根据真空压力，吸盘橡胶的厚度以及根据真空压力，吸盘橡胶的厚度以及与吸附物的摩擦系数等不同，有效吸盘与吸附物的摩擦

7、系数等不同，有效吸盘直径也会有差异，一般情况可预估会缩直径也会有差异，一般情况可预估会缩小小10%。 综合上述，所选吸盘参数为：吸盘直综合上述，所选吸盘参数为：吸盘直径径D=40mm， 吸盘吸持面积吸盘吸持面积A=12.6，吸盘个数，吸盘个数n=1，真空压力，真空压力P=0.04MPa。第一部分第一部分 真空元件部分真空元件部分u 真空发生器真空发生器 真空发生器用于产生真空，结构简单，体积小，无可动真空发生器用于产生真空，结构简单，体积小，无可动机械部件，安装和使用都很方便，因此应用很广泛，真空机械部件，安装和使用都很方便，因此应用很广泛，真空发生器产生的真空度可达到发生器产生的真空度可达到

8、88kpa，真空发生器的工作原，真空发生器的工作原理如图所示。它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管理如图所示。它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管1、负压腔、负压腔2、和接收管、和接收管3等组成，有供气口、排气口和真空口，当供等组成，有供气口、排气口和真空口，当供气口的供气压力高于一定值后，喷管射出的超声速射流。气口的供气压力高于一定值后，喷管射出的超声速射流。由于气体的粘性，高速射流卷吸走负压腔内的气体，使该由于气体的粘性，高速射流卷吸走负压腔内的气体，使该腔形成很低的真空度，在真空口腔形成很低的真空度，在真空口A处接上真空吸盘，靠真空处接上真空吸盘，靠真空压力和吸盘吸取物体。压力和吸盘吸取物体。第一部

9、分第一部分 真空元件部分真空元件部分 真空发生器的耗气量是指供给拉伐尔喷管的流量，它不真空发生器的耗气量是指供给拉伐尔喷管的流量，它不但由喷嘴的直径决定，还与供气压力有关。同意喷嘴直径但由喷嘴的直径决定，还与供气压力有关。同意喷嘴直径，其耗气量随供气压力的增加而增加，如图所示。喷嘴直，其耗气量随供气压力的增加而增加，如图所示。喷嘴直径是选择真空发生器的主要依据。喷起直径越大，抽吸流径是选择真空发生器的主要依据。喷起直径越大，抽吸流量和耗气量就越大，真空度越低；喷嘴直径越小，抽吸流量和耗气量就越大，真空度越低；喷嘴直径越小，抽吸流量和耗气量越小，真空度越高。量和耗气量越小，真空度越高。 该真空发

10、生器耗气量和真空度分别取该真空发生器耗气量和真空度分别取5L/min，-0.002Mpa。第二部分第二部分 控制系统部分控制系统部分 应用应用PLC作为电气控制，可以简化控制线路，降低故障作为电气控制，可以简化控制线路，降低故障率，实现机械手多种动作线路。一般机械手有手动和自动率，实现机械手多种动作线路。一般机械手有手动和自动控制之分，手动控制主要用来硬件调试。自动控制中也分控制之分，手动控制主要用来硬件调试。自动控制中也分单步、单周期、周期循环等工作状态。其控制要求为：按单步、单周期、周期循环等工作状态。其控制要求为：按下启动按钮，检测气动机械手是否处于原位，如果不是，下启动按钮，检测气动机

11、械手是否处于原位，如果不是，按下复位按钮回到原位，如果是，则检测气动机械手处于按下复位按钮回到原位，如果是，则检测气动机械手处于何种工作状态下，单步意味着每按下一次启动按钮，机械何种工作状态下，单步意味着每按下一次启动按钮，机械手执行一步动作；单周期指执行一次动作循环，最后回到手执行一步动作；单周期指执行一次动作循环，最后回到初始位置；周期循环是机械手重复不断的执行动作，直到初始位置；周期循环是机械手重复不断的执行动作，直到按下复位或停止按钮为止。按下复位或停止按钮为止。 根据机械手的硬件结构，根据机械手的硬件结构，PLC输入信号有：工作状态选输入信号有：工作状态选择开关输入、启动停止按钮输入

12、、磁性接近开关信号输入择开关输入、启动停止按钮输入、磁性接近开关信号输入、手动开关输入及程序选择开关输入共、手动开关输入及程序选择开关输入共22个输入点；机械个输入点；机械手的输出信号有：驱动手的输出信号有：驱动4个气缸的电磁阀线圈个气缸的电磁阀线圈4个，控制真个，控制真空吸盘的电磁阀线圈空吸盘的电磁阀线圈2个，原点指示灯个，原点指示灯1个，共七个输出点个，共七个输出点。选择输入点大于。选择输入点大于22点，输出大于点，输出大于7点的点的PLC。第二部分第二部分 控制系统部分控制系统部分 机械手的定位系统采取定位块定位，在设定位置装置定机械手的定位系统采取定位块定位，在设定位置装置定位块。并为

13、了达到缓冲的目的，在满足工作要求的前提下位块。并为了达到缓冲的目的，在满足工作要求的前提下，设计尽量轻的零部件。比如将某些铸钢件改用铝合金制，设计尽量轻的零部件。比如将某些铸钢件改用铝合金制造，或者将一些实心的零件做成空心的，以此来减轻总质造，或者将一些实心的零件做成空心的，以此来减轻总质量。采取量。采取PLC程序控制，控制系统选择三菱公司的程序控制，控制系统选择三菱公司的FX1S系列的系列的PLC控制器。另外机械手还可进行回零等，其有手控制器。另外机械手还可进行回零等，其有手动控制方式和全自动控制。动控制方式和全自动控制。 自动生产线机械手的主要参数自动生产线机械手的主要参数:吸持力吸持力2

14、kg；自由度数；自由度数为为3；运动形式为圆柱坐标；手臂伸缩最大行程；运动形式为圆柱坐标；手臂伸缩最大行程300mm；手臂升降最大行程为；手臂升降最大行程为200mm；手臂回转最大行程；手臂回转最大行程180度，手臂升降速度为度，手臂升降速度为150mm/s；大臂回转角度范围；大臂回转角度范围0-90，大臂回转速度为，大臂回转速度为135/s；定位方式为定位块；定；定位方式为定位块；定位精度为；控制方式为点位式、位精度为；控制方式为点位式、PLC控制；驱动方式为气控制；驱动方式为气压系统。压系统。第三部分第三部分 气压系统部分气压系统部分 真空吸盘式气动机械手是真空吸盘式气动机械手是自动化流水

15、生产线中广泛应自动化流水生产线中广泛应用的工件搬运机械设备，它用的工件搬运机械设备，它是流水线作业中不可或缺的是流水线作业中不可或缺的运输单元。气动机械手要求运输单元。气动机械手要求气压系统完成的主要动作是气压系统完成的主要动作是（工件平放）：吸持工件（工件平放）：吸持工件-大臂上升大臂上升200mm-大臂回大臂回转转 1 8 0 - - - 手 臂 延 伸手 臂 延 伸300mm-放下工件放下工件-手手臂收缩臂收缩300mm-大臂反转大臂反转180-大臂下降大臂下降200mm。整个周期要完成所有动作。整个周期要完成所有动作必须由必须由3个气压缸协调动作才个气压缸协调动作才能做到能做到 。第四

16、部分第四部分 机械机构部分机械机构部分u 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 齿轮齿条传动与带传动相比主要有以下优点：齿轮齿条传动与带传动相比主要有以下优点： （1）传递动力大、效齿轮传动的特点。齿轮传动用来传递）传递动力大、效齿轮传动的特点。齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达传递功率可达105KW，齿轮直径可从不到，齿轮直径可从不到1mm到到150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。 （2）寿命长，工作平稳，可靠性高；寿命长，工作平稳，可靠性高； （3）能保证恒定的

17、传动比，能传递任意夹角两轴间的运能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。动。 齿轮传动与带传动相比主要缺点有：齿轮传动与带传动相比主要缺点有： （1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高； （2）不宜作远距离传动。）不宜作远距离传动。第四部分第四部分 机械机构部分机械机构部分图图7.1 齿轮结构图齿轮结构图图图7.2 齿齿条条结构图结构图第四部分第四部分 机械机构部分机械机构部分表表7.1 齿轮性能参数表齿轮性能参数表第五部分第五部分 机械手手臂部分机械手手臂部分 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕手臂部件是机械手的主要握持部件

18、。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括手臂运动应该包括3个运动：伸缩、翻转和升降。个运动：伸缩、翻转和升降。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点臂部运动的目的：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。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，一般来说臂部应该具备实现。因此，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂的各本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂

19、的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。 由于本设计需要，手部、腕部无需设计，只需设计手臂由于本设计需要，手部、腕部无需设计，只需设计手臂即可。本设计选择双导杆伸缩机构，使用气压驱动即可。本设计选择双导杆伸缩机构，使用气压驱动,气压缸气压缸选取双作用气压缸。选取双作用气压缸。第五部分第五部分 机械手手臂部分机械手手臂部分 气压缸的驱动力气压缸的驱动力F=1700N，气压缸的内径为气压缸的内径为40mm，行程为行程为500mm，气压缸的，气压缸的缸筒长度缸筒长度L为为668mm。致谢致谢