发布时间 : 星期三 文章工业码垛机械手毕业设计论文 - 图文更新完毕开始阅读2ca11fdd250c844769eae009581b6bd97f19bc82
50-60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现性机械手。这种机械手也成为第二代机械手。如尤尼曼特机械手即属于这种类型。
60-70年代，又相继的把通用机械手用于汽车车身的电焊和冲压生产自动线上，亦既是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。
80-90年代，装备机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。
90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农，林，矿业，航天，海洋，文娱，体育，医疗，服务业，军事领域上有较大的应用。
90年代以后，随着计算机技术，微电子技术，网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。
1.2机械手的国内外研究现状及设计目的
1.2.1机械手国内外研究现状
机械手首先是从美国开始研制的。刚开始时，只是为了实现简单的抓放运动。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。随着数控的技术逐步成熟，人们又将上述方案基础之上将数控技术引进。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uni-mate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，其结构上采用球坐标形式，能实现臂回转、俯仰，由于驱动力较大故采用液压驱动；控制系码垛机械手设计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。为了使机械手实现中央立柱回转，臂可以回转、升降、伸缩等功能。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。其结构原型采用的是圆柱体坐标，比球状坐标能多实现一个自由度的运转。同样的由于其传输动力较大采用了液压驱动。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。为了近一步提高机械手的可靠性，改进其结构，降低成本。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程序进行控制，传感器进行实时监控。其用于装配作业时，能使定位误差可小于±1毫米。与此同时，德国、瑞士、日本的机械工业也在迅速发展。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。 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。
在国内，目前，在通货膨胀、人力成本逐渐升高的经济背景下，从现有国内啤酒、饮料工业的 发展趋势来看，机器人需求量将相当可观。业界已给出高度的评价和关注。据有关数据显示，市场每年的需求在150台套以上。每年可为啤酒、饮料包装行业增加产值1.5亿元，既可带动相关产业链同步发展，又对推进社会进步和科技创新具有着深远的社会意义。我国啤酒、饮料行业有数百家生产厂家、数千条20，000瓶/小时和数百条40，000瓶/小时包装生产线。大部分生产线是人工码垛人库，工人劳动强度
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大，工伤事故率高，增加了啤酒、饮料企业的生产管理成本。近年来，一些大型啤酒、饮料企业，特别是新建工厂，开始购置码垛设备，需求量增长幅度较大。
码垛机械手的发展趋势:近几年，啤酒、饮料、乳品等食品行业经历了前所未有的高速增长，然而随着原料、包装物流、营销、人力等成本的不断上涨，国内外对节能环保要求的提高以及产业集团化、规模化和国际化进程的加快，啤酒、饮料、乳品等食品企业正面临着成本控制和产品升级换代的挑战。同时消费者对产品质量和多样化的要求越来越高，生产工艺和设备革新也势在必行。新技术、新设备、新材料不仅可帮助企业根据各自的需求和企业文化开发个性化的产品和包装，而且可以降低原材料、设备和生产能耗等成本，增加企业的产品竞争力。快、安全、节能美观，整机功率小比传统的码垛机在电能上每年可以节省10万以上。并且可以大大的缩短生产线的长度，减少设备量，简化工作程序。
1.2.1机械手设计目的意义
工业机械手设计是制造，机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容的综合设计。通过设计提高学生的机械分析综合能力，机械结构设计的能力，机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。通过这一环节要求达到：
一培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。 二培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
三培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.3机械手的技术发展方向
目前国内工业机械手主要用于加工机床，铸锻，热处理等方面，数量，品种，性能方面都不能满足
工业发展的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展锻造，热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同事，相应地发展通用机械手，有条件的还要研发示教式机械手，计算机控制机械手和组合式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩，摆动升降，横移，俯仰等机构，以及适用于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。即便与设计制造，又便于该换工作的作用。此外。还应用大力研究伺服型，记忆再现型，以及具有触觉，视觉等性能地机械手，并考虑计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。
1.4本设计的主要任务
设计题目：工业机器人50kg袋料抓手设计；
设计方法：电气驱动机械手的抓放，电机驱动手腕旋转；
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设计参数：手抓额定载荷为10-50kg，旋转范围为±95°； 设计内容： 1.电机驱动的回转； 2机构运动分析；
3主要零部件设计计算和选择； 4机械结构设计；
5电气控制系统设计，电机与电气设备选择； 6PLC控制系统设计，主要元器件选择；
1.5机械手的坐标式与自由度
本课题是50kg袋料抓手其设计主要任务是完成机械手的结构方面设计。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。
图1.01 机械手坐标形式
直角坐标式前后、上下、左右都是直线，其坐标占空间大，工作范围小，惯性大，自由度较少时适用。圆柱坐标前后、上下直线往复运动和左右旋转，它占空间较小，工作范围较大，但惯性也大，且不能抓取地面物体。球坐标式前后伸缩、上下摆动和左右旋转。由于球坐标抓取质量有限所以选用关节式机械手。
关节时机器人作业动作灵活，作业半径相对较大，能码垛的位置可以不固定，精度高，且稳定等它需要5个驱动（除手部抓取驱动外），结构复杂，需要的驱动相对较大。关节机器人活动灵活，作业半径大，在工业自动化运用最广泛的一种，科技含量高。此种自动化机器人应用多少也可以衡量一个国家的科技发展水平。
综上所述，采用关节式机械手更能满足实现袋料物料的抓放，旋转功能。
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2 袋料抓手的总体设计
2.1袋料抓手的手部结构方案设计
2.1.1袋料抓手手爪类型及其加紧装置结构
抓手是机械手中直接与工件或工具接触用来完成握持工件或工具的部件。有些机械手直接将工具（如焊枪、喷枪、容器等）装置于机械手前端，而不设置手部。由于同手部的接触形式不同，可将其分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指和传力机构所组成。
本设计设计的是50kg袋料抓手，吸附式常用于抓取表面平整，面积较大的板状物体，不适用于本方案，故本设计机械手采用持夹式；手指是与物件直接接触的构件，持夹式中常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单、制造容易，故应用广泛。平移型结构较复杂，应用较少，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径的变化不会影响其轴心的位置，因此适合于夹持直径范围变化大的工件。
此次袋料抓手是码垛机袋料抓手，若使用平移型手指，本身结构复杂，而且为满足设计要求，使得码垛机横向尺寸变大，基于经济性和应用性的考虑，本设计采用回转型手指结构。 现有两种夹紧结构能实现装夹要求：（1）垂直压架型结构（2）水平U型装夹结构 如图2.01和图2.02。
图2.01 垂直结构 图2.02 水平结构 第一种传动方式结构简单，传动效率较高，适用性较强；第二种传动方式结构比较复杂，传动效率不是很高，且在装夹时可能会出现袋料上下抖动的情况；故此次设计采用第一种结构比较合适。 由于设计的抓手是50kg袋料抓手，在确定了手抓垂直的压架结构之后，可选用常开式加紧装置即在非工作情况下压架为上极限状态，工作时压架下降定位并夹紧50kg袋料。
2.1.2袋料抓手手部手指设计
工业机器人的手指结构取决于被抓物体的表面形状、被抓部位和物件的重量及尺寸。常用的指形
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