三轴龙门机械手设计【全套含8张CAD图纸+文档全套】.zip

任务书反面：课题来源企业项目课题的目的、意义 本课题来源于亚龙 YL-221 型自动化柔性生产系统项目，该机械加工自主创新实训系统模拟了实际工业生产系统，根据生产机械加工的不同阶段设置了多个工作站：自动存取型高架仓库、搬运机械手站、直线输送机站、90 度转弯输送机站、综合机械加工站、装配站、工件码堆站。 本课题将设计一个三轴龙门机械手，需完成 X、Y、Z 三维空间内的移动要求，以及对工件的安全抓紧和释放，将仓库出库的工件搬运到生产线的输送带上。通过本课题的研究，学生不仅可以了解自动生产线的工作过程，还可以深入了解其组成部分的内部结构设计。希望学生通过本课题设计，能充分运用已学习的基础知识和专业知识，设计出可行、优化的装置，并完成机械装配图，重要零件的加工图，在毕业设计说明书中，选用合理的动力元件，计算设计零件的合理尺寸，体现合理的设计思路，综合应用机械原理和设计、工程制图，以及现代制造理念。要求课题的技术要求：课题的技术要求： 工件形状：5050mm 的铝制圆柱体；或5050mm 的塑料圆柱体。 定位精度：1mm ； 运动速度：2m/min； 工作范围：X:800mm, Y:1000mm, Z:240mm； 工作要求：X、Y 轴引动器用于机械手在水平方向上的精确定位，Z 轴引动器则完成对工件提起或放下操作，机械手爪则完成对工件抓紧或释放操作。课题工作量要求：课题工作量要求： 设计计算说明书 1.5 万字以上；完成总装图，A0 图纸 1 张；完成零、部件图等合计 A0 图纸 1 张。课题主要内容及进度课题主要内容：课题主要内容：收集、研读国内外柔性生产系统龙门机械手的设计技术资料，特别是结构设计方面的资料；根据技术要求拟定设计方案，包括整体结构，机械传动方案；设计详细结构，画出总装配图、部件图并完成相应的设计计算；挑选部分典型零件设计零件工作图；撰写设计计算说明书。工作进度：工作进度：2014.12 调研，查找相关资料2015.01 开题，拟定课题总体方案2015.02 修改、完善开题报告2015.03-2015.04 设计计算，初步完成总装图、部件图和零件图2015.05-2015.06 完善图纸，撰写设计说明书，准备答辩。以上各项由指导教师填写（请用钢笔填写）I摘 要工业机器手由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产机械手的结构形式比较简单，通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。本课题将设计一个三轴龙门机械手，需完成 X、Y、Z 三维空间内的移动要求，以及对工件的安全抓紧和释放，将仓库出库的工件搬运到生产线的输送带上。关键词：机器人；效率；龙门；三轴IIAbstractIndustrial machine by hand CaoZuoJi (mechanical body)，controller，servo drive system and detection sensor，which is a kind of copy operation，automatic control，can repeat programming in 3 d space，can finish all kinds of assignments electromechanical integration of the automatic production equipment. Particularly suitable for many varieties，change of flexible production batch. It to help stabilize，improve product quality，raise efficiency in production，improve working conditions and product rapid renewal plays a very important role. Production application manipulator can be used to increase production of automation level，can reduce labor intensity，ensure the quality of products，and realize safe production of the manipulator structure form began comparing simple，general manipulator can quickly change working procedures，good daptability，so it continues to transform the production of medium and small batch production of a wide range of references.Key Words: a manipulator，Efficiency; Simple; adaptabilityIII目 录摘 要.IAbstract.II目 录.III第 1 章 绪论.11.1 机器人概述.11.2 机器人的历史、现状.21.3 机器人发展趋势.3第 2 章 机械手总体设计方案.42.1 机械手基本形式的选择.42.1.1 直角坐标系机器人.42.1.2 圆柱坐标系机器人.42.1.3 极坐标系机器人.42.1.4 多关节机器人.52.2 驱动装置的选择.62.2.1 液压驱动.62.2.2 气压驱动.72.2.3 电动机驱动.7第 3 章 三轴机械手的总体方案设计.83.1 设计参数.83.2 方案设计.83.2.1 X 轴方案设计.93.2.2 Y 轴方案设计.93.2.3 Z 轴方案设计.103.2.4 机械手爪方案设计.11第 4 章 三轴龙门机械手结构设计.134.1 X 轴设计.134.1.1 最大工作载荷的计算.13mFIV4.1.2 齿轮齿条结构设计计算.134.1.3 步进电机减速箱的选用.154.2 Y 轴设计.154.3 Z 轴设计.17第 5 章 机械手结构设计.235.1 夹持器设计的基本要求.235.2 夹紧装置设计.235.2.1 夹紧力计算.235.2.2 驱动力计算.245.2.3 气缸驱动力计算.245.2.4 选用夹持器气缸.255.2.5 手爪的夹持误差及分析.255.2.6 材料及连接件选择.28结论.29参考文献.30致 谢.311第 1 章 绪论1.1 机器人概述在现代工业中，机械化和自动化的生产过程中已成为一个突出的主题。生产过程的自动化化学连续性已基本得到解决。但在机械行业，加工，装配等生产是不连续的。专用机是一种有效的方式来大规模生产自动化，程控机床，数控机床，加工中心等自动化机械是有效地解决了多品种小批量的生产自动化的重要途径。但在凿除本身，也有很多装卸，搬运，装配作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器人是一种机体功能， 程序自动固定装置的上部。 机器人具有结构简单， 成本低，易维护等优势，但功能较少，适应性差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。总之，机器人是用机器代替人手，将工件从所述位置指定的作业移到某个位置，或按照以操纵工件加工用的工作要求。 机器人拿起东西，最简单的是具有相似的基本条件，手段，抓住并移动手腕的机构，手臂，关节等部位 - 执行机构，如肌肉的驱动臂运动 - 传输;像指挥和控制大脑系统的手部动作。这些系统的性能将决定机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图 1 所示。执行机构机器人控制系统驱动-传动系统手部腕部臂部腰部基座部（固定或移动）电、液或气驱动装置单关节伺服控制器关节协调及其它信息交换计算机图 1 机器人的一般组成21.2 机器人的历史、现状机器人首先是从美国开始研制的。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点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。日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。 目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠手动控制；相比，开环控制模式，没有承认；改善方向主要是降低成本，提高精度。 第二代机器人正在加紧制定。它有一个微电脑控制系统，具有视觉，触觉能力，甚至听，思考的能力。研究各种传感器的安装，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。 第三代机器人（机器人）能够独立工作，以完成该过程的任务。它保持与电脑和电视设备的接触， 并逐步发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 是一个重要的组成部分。随着工业机器人拓展国际学术交流活动的研究和应用都非常活跃， 欧洲和美国等国家进行学术交流很多。国际机器人产业 ISIR 会议决定召开一次年会，讨论开发和应用问题和研究机器人。目前，主要的工业机器人装卸，搬运，焊接，铸造，锻造和热处理等，无论数量，品种和性能不能满足工业生产发展的需要。而是采用一种工业机器人，主要是在危险的操作（宽） ，多尘的手动操作的，隔热，隔音，并且工作环境不适合窄的空间，例如手动操作。在国外机械制造，工业机器人使用较多，发展较快。目前应用于机床，锻压机下料，以及点焊，喷漆等工作，也可以完成提前开发所需遵循的操作程序，但没有感觉反馈能力，无法应付外界世界的变化。如果出现某些偏差时，机器人会损坏部件，甚至本身。随着科学技术和社会，研究应用在这些领域的现代进步的机器人系统，以系统的快速发展本身也提出了更多的要求。 制造要求机器人系统具有更大的灵活性和更强大的编程环境，以适应不同的应用和多品种，小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）的机器人系统需要能源等自动化设备在车间内进行整合。研究人员的水平，以提高性能和智能机器人系统，该机器人需要一个开放系统架构和各种外部传感器集成的能力。然而，多3机器人系统的商业化，目前使用的专用控制器封闭结构，通常使用专用的计算机作为上主计算机，使用专用的离线机器人编程语言作为一种工具，使用一个专用的微处理器和控制算法固化在 EPROM 这种专用系统很难（或不可能）整合外部硬件和软件。封闭系统改装费用是非常昂贵的， 如果不重新设计， 在大多数情况下， 它在技术上是不可能的。解决这些问题的根本途径是学习和使用机器人系统具有开放式体系结构。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚 5-6 年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。1.3 机器人发展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合， 从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。 就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势： a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人； b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度