回转式数控多工位运输机上料机械手系统设计(附件)
摘 要在当今社会，随着科技的不断发展，运输机械则是随着机械自动化程度不断提高应运而生的一种新型机器。本文主要对运输机械中的一部分即上料机械手进行研究，分析其结构和功能，在总结现有机械设备特点的基础上，设计了回转式数控多工位运输机上料机械手，运输机是采用多工位进、出料的供料方案，所需要配合的即本文所设计的可以同时实现升降物料并将物料旋转运输的上料机械手，不仅提高了物料运输的效率，同时还弥补了整机间隔停机的缺陷。理论研究的基础上，本文对回转式数控多工位运输机上料机械手整体布局进行了设计，上料机械手釆用滚珠丝杠螺母副机构实现升降、凸轮分度器实现分度转向功能，同时采用气动控制手抓机构即吸盘来抓取物料，以此来克服组件分布分散、设备组合不紧凑从而导致的辅助装卸时间过长影响加工效率等缺陷。
目 录
第一章 绪论 1
1.2研究方向 1
1.3发展趋势 1
第二章 总体方案设计 2
2.1上料机械手设计要求 2
2.2机械手总体方案设计 2
2.3课题功能需求分析 2
2.3.1上料机械手的组成 2
2.3.2机械结构分析 2
第三章 机械结构设计 4
3.1上料机械手结构 4
3.2升降机构设计 5
3.2.1.滚珠丝杠副的选择 6
3.2.2电机负载功率计算以及初步选型 8
3.2.3.直线导轨设计 9
3.3回转机构的设计 11
3.3.1.凸轮分割器计算及选型 11
3.3.2.电机和减速器的选择 16
3.4手抓部分设计 17
3.4.1.真空吸盘系统计算 17
3.4.2真空吸盘分布设计 20
3.4.3真空吸盘分布模型建立 20
第四章 控制系统的研究与设计 22
4.1控制系统的总体设计 22
4.1.1 控制系统的功能和特点 22
4.1.2 控制系统整体结构设计 22
4.2控制系统硬件设计 23
4.2.1控制器的选择 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3
4.2.2检测装置的分析与选型 25
4.2.3驱动装置的选择 26
4.2.4输入输出I/O分配表 27
4.2.5硬件流程图 28
4.2.5硬件流程图 28
4.2.6系统的控制过程 28
4.3系统软件设计 30
4.3.1控制系统顺序流程图 30
4.3.2系统控制梯形图 31
结束语 35
致 谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
随着经济的不断发展和社会的进步，我国在工业方面取得了很大的成就，不断向着自动化反方向发展。上料机械手省时省力，不断的受到人们的青睐。机械手在诸如车间厂房、施工工地、配送货物的车站、码头等社会经济建设的诸多领域都有应用，它所起到的作用也越来越突出和重要，机械的应用和更新换代的往往能衡量一个国家的工业水平。
据国家统计局报告称，近年以来，中国的机械设备的出口份额快速增长，中国制造业的海外发展也已进入新阶段。装备工业的技术水平和现代化程度也影响着整个国民经济的水平和现代化程度。不容忽视的是劳动力市场求人倍率逐年上升，因此，中国的市场对于搬运机械手的需求逐年增加，不单单是因为运输机械手能够代替人工操作，减轻工人的劳动强度，节约加工时间，更看重的是它的经济价值，因为它能够极大地提高生产效率，使生产成本降低。
目前，机械手在各个领域都有应用，其功能呈现着多样化的发展，。随着劳动力薪酬的提高，同时有些产品精度要求非常高，尤其是作业量大并且频繁的大型工程项目中，手工操作已近远远不能满足社会要求；每年，我国工人因搬运货物期间被砸伤的案例多不胜数，由此可以看出机械手代替劳动力这种趋势已经成为必然，我国的工业水平将在这种趋势下迈向新的台阶。
最近，上料机械手的应用范围逐渐扩散，如车辆、木工机械、磨具等诸多领域都有需求，运输机上料机械手主要应用在汽车零部件批量生产和大型精密制造业中，可以协助加工、分选、运输汽车零部件、薄钢板等，逐渐在到企业中扮演越来越重要的角色，赢得认可和信赖。
1.2研究方向
本文的研究对象是在汽车配件、薄钢板、冲压件等物料的加工生产线中，承担物料分选的机构，能够实现上下料、旋转工件功能。本设计将力求设计一种操作简捷，结构新颖，方便实用的上料机械手，使其达到结构合理，自动化程度高，造型美观的水平，以弥补国内市场一定范围内还存在的旋转困难、角度偏差大，升降系统不合理，机器占地面积大等缺点。
1.3发展趋势
近年来工业国家的主要发展趋势如下：
1.向智能、信息化和自动化，向系统化和规模化发展。将各物料搬运机械手单机组合为成套系统，将生产设备和物料搬运机械手有机结合，向大型、高效和节能化发展。其中表现十分突出的有斗轮堆取料机，其生产率很高。
2.向模块、向简易、多样化、通用化发展。
3.系列化生产的通用类物料搬运机械，采用模块组合方式，以较少零部件组成多规格、多品种、多用途的系列产品。
4.重视产品的合理人机关系、外观造型美观并且表面涂装，有利于提高作业效率和操作安全、舒适。
第二章 总体方案设计
2.1上料机械手设计要求
1、外形尺寸为：3600*3000*1600mm;
2、2自由度：升降、旋转；
3、升降最大速度：12m/min;
4、回转手臂最大速度：120r/min；
5、最大抓取重量：60kg.
2.2机械手总体方案设计
目前工业中使用的机械手,大都已经趋向于发展为工业机器人,大多由被控机体(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感反馈装置组成,是一种较为复杂的机电一体化生产设备.而在本设计中所使用的机械手也是由这几部分组成,其中的主要部分为机械本体,也是重点研究对象.
通过分析其他类型的上料机械手,本设计中机械手的结构设计主要分为2个部分:手部部分和主体部分.手部部分主要用于取放零件,主体部分主要作用是控制机械手的升降和旋转，同时负责零件的定位。
2.3课题功能需求分析
2.3.1上料机械手的组成
上料机械手主要是由如图所示的几个部分组成，即控制系统，驱动系统，执行机构以及传感检测反馈装置等等组成的，各系统相互之间的关系如下：
目 录
第一章 绪论 1
1.2研究方向 1
1.3发展趋势 1
第二章 总体方案设计 2
2.1上料机械手设计要求 2
2.2机械手总体方案设计 2
2.3课题功能需求分析 2
2.3.1上料机械手的组成 2
2.3.2机械结构分析 2
第三章 机械结构设计 4
3.1上料机械手结构 4
3.2升降机构设计 5
3.2.1.滚珠丝杠副的选择 6
3.2.2电机负载功率计算以及初步选型 8
3.2.3.直线导轨设计 9
3.3回转机构的设计 11
3.3.1.凸轮分割器计算及选型 11
3.3.2.电机和减速器的选择 16
3.4手抓部分设计 17
3.4.1.真空吸盘系统计算 17
3.4.2真空吸盘分布设计 20
3.4.3真空吸盘分布模型建立 20
第四章 控制系统的研究与设计 22
4.1控制系统的总体设计 22
4.1.1 控制系统的功能和特点 22
4.1.2 控制系统整体结构设计 22
4.2控制系统硬件设计 23
4.2.1控制器的选择 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3
4.2.2检测装置的分析与选型 25
4.2.3驱动装置的选择 26
4.2.4输入输出I/O分配表 27
4.2.5硬件流程图 28
4.2.5硬件流程图 28
4.2.6系统的控制过程 28
4.3系统软件设计 30
4.3.1控制系统顺序流程图 30
4.3.2系统控制梯形图 31
结束语 35
致 谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
随着经济的不断发展和社会的进步，我国在工业方面取得了很大的成就，不断向着自动化反方向发展。上料机械手省时省力，不断的受到人们的青睐。机械手在诸如车间厂房、施工工地、配送货物的车站、码头等社会经济建设的诸多领域都有应用，它所起到的作用也越来越突出和重要，机械的应用和更新换代的往往能衡量一个国家的工业水平。
据国家统计局报告称，近年以来，中国的机械设备的出口份额快速增长，中国制造业的海外发展也已进入新阶段。装备工业的技术水平和现代化程度也影响着整个国民经济的水平和现代化程度。不容忽视的是劳动力市场求人倍率逐年上升，因此，中国的市场对于搬运机械手的需求逐年增加，不单单是因为运输机械手能够代替人工操作，减轻工人的劳动强度，节约加工时间，更看重的是它的经济价值，因为它能够极大地提高生产效率，使生产成本降低。
目前，机械手在各个领域都有应用，其功能呈现着多样化的发展，。随着劳动力薪酬的提高，同时有些产品精度要求非常高，尤其是作业量大并且频繁的大型工程项目中，手工操作已近远远不能满足社会要求；每年，我国工人因搬运货物期间被砸伤的案例多不胜数，由此可以看出机械手代替劳动力这种趋势已经成为必然，我国的工业水平将在这种趋势下迈向新的台阶。
最近，上料机械手的应用范围逐渐扩散，如车辆、木工机械、磨具等诸多领域都有需求，运输机上料机械手主要应用在汽车零部件批量生产和大型精密制造业中，可以协助加工、分选、运输汽车零部件、薄钢板等，逐渐在到企业中扮演越来越重要的角色，赢得认可和信赖。
1.2研究方向
本文的研究对象是在汽车配件、薄钢板、冲压件等物料的加工生产线中，承担物料分选的机构，能够实现上下料、旋转工件功能。本设计将力求设计一种操作简捷，结构新颖，方便实用的上料机械手，使其达到结构合理，自动化程度高，造型美观的水平，以弥补国内市场一定范围内还存在的旋转困难、角度偏差大，升降系统不合理，机器占地面积大等缺点。
1.3发展趋势
近年来工业国家的主要发展趋势如下：
1.向智能、信息化和自动化，向系统化和规模化发展。将各物料搬运机械手单机组合为成套系统，将生产设备和物料搬运机械手有机结合，向大型、高效和节能化发展。其中表现十分突出的有斗轮堆取料机，其生产率很高。
2.向模块、向简易、多样化、通用化发展。
3.系列化生产的通用类物料搬运机械，采用模块组合方式，以较少零部件组成多规格、多品种、多用途的系列产品。
4.重视产品的合理人机关系、外观造型美观并且表面涂装，有利于提高作业效率和操作安全、舒适。
第二章 总体方案设计
2.1上料机械手设计要求
1、外形尺寸为：3600*3000*1600mm;
2、2自由度：升降、旋转；
3、升降最大速度：12m/min;
4、回转手臂最大速度：120r/min；
5、最大抓取重量：60kg.
2.2机械手总体方案设计
目前工业中使用的机械手,大都已经趋向于发展为工业机器人,大多由被控机体(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感反馈装置组成,是一种较为复杂的机电一体化生产设备.而在本设计中所使用的机械手也是由这几部分组成,其中的主要部分为机械本体,也是重点研究对象.
通过分析其他类型的上料机械手,本设计中机械手的结构设计主要分为2个部分:手部部分和主体部分.手部部分主要用于取放零件,主体部分主要作用是控制机械手的升降和旋转，同时负责零件的定位。
2.3课题功能需求分析
2.3.1上料机械手的组成
上料机械手主要是由如图所示的几个部分组成，即控制系统，驱动系统，执行机构以及传感检测反馈装置等等组成的，各系统相互之间的关系如下：
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