气动翻转机械手部件设计[动画仿真][PPT]

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省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。 而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC 的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC, 而阀岛技术的发展, 又使PLC 在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手[17-22]。 3 研究的基本内容 本次毕业设计中主要完成的内容包括： 3.1 气动翻转机械手的结构设计 对气动翻转机械手的抓取系统、翻转系统和连接系统进行设计，包括抓取部件、翻转部件及连接部件和气动执行部件。根据气动执行部件来驱动抓取部件中的齿条运动，带动齿轮、齿条一起运动，最终造成两个齿条的相互运动，实现外部的抓取功能。然后通过连接部件实现两根轴在同一条线上的不同方向转动，再通过翻转部件实现两个抓取物件同时翻转的功能。 下面是可能方案一： 下面是可能方案2： 3.2 气动翻转机械手的三维建模、装配 气动翻转机械手各部分的具体结构设计，利用Pro/Engineer软件建立三维模型，进行装配分析，进一步改进结构设计。分别对各个零件进行建模，再装配分析是否出现尺寸大小不配套还有运动机构卡死等问题，如果有的话必须调整方案或数据。最后通过改进实现最后的装配。装配完后进行投影二维图纸并标注，某些重要的零部件要进行剖视处理。最后得到较好的装配图、二维图纸和三维图纸。 3.3 气动翻转机械手的运动学仿真 通过建立的三维模型，进行运动学仿真分析，分抓取系统、气动驱动和连接系统三个阶段进行动力学分析。运动仿真时要看能不能运动的起来，确保气动翻转机械手实现翻转和气动的功能。 4 研究思路方案、可行性分析及预期成果 本设计论文拟采用理论分析与三维建模与仿真实验的方法，在前人的基础上，通过三维Pro/E环境完成气动翻转机械手的设计仿真，并对其进行初步的运动学分析。 4.1 研究思路方案 具体思路方案包含以下三个方面： 4.1.1 根据抓取物件大小与形状对气动翻转机械手进行结构设计 包括整体移动系统、气动驱动系统、抓取系统、连接及可翻转系统，基于以上理论可进行对气动翻转机械手机构原理分析。 4.1.2 气动机械手Pro/ E三维建模、装配 目前,随着计算机辅助技术的不断发展,三维造型软件功能不断完善,传统的二维设计正逐渐被三维实体设计所代替。 Pro /Engineer是美国PTC公司于1988年开发的参数化设计系统,是一套由设计至生产的机械自动化的三维实体模型(3DS)设计软件,它不仅具有CAD 的强大功能,同时还具有CAE 和CAM 的功能,广泛应用于工业设计、机械设计、模具设计、机构分析、有限元分析、加工制造及关系数据库管理等领域。而且能同时支持针对同一产品进行同步设计,具有单一数据库、全相关性、以特征为基础的参数式模型和尺寸参数化等优点。采用三维CAD 设计的产品,是和实物完全相同的数字产品,零部件之间的干涉一目了然,Pro/Engineer 软件能计算零部件之间的干涉和体积,把错误消灭在设计阶段[9]。 运用Pro/ E三维设计平台,通过对特征工具的操作,避免高级语言的复杂编程,所开发设计出来的气动翻转机械手,便于研究人员通过对界面特征工具的操作,生成气动翻转机械手实体模型，甚至输出所需要的工程图及相关分析数据。这样既可辅助研究人员完成其设计构思、减轻劳动强度、提高效率和精度、改善视觉的立体效果,并可有效地缩短研制周期,提高设计制造的成功率;也为后续的3D运动学仿真分析奠定了基础。 4.1.3 气动翻转机械手Pro/ E运动学仿真分析 运动仿真是机构设计的一个重要内容, 在Pro /E的Mechanism模块中,通过对机构添加运动副、驱动器使其运动起来,来实现机构的运动仿真。通过仿真技术可以在进行整体设计和零件设计后, 对各种零件进行装配后模拟机构的运动, 从而检查机构的运动是否达到设计的要求, 可以检查机构运动中各种运动构件之间是否发生干涉，实现机构的设计与运动轨迹校核。同时, 可直接分析各运动副与构件在某一时刻的位置、运动量以及各运动副之间的相互运动关系及关键部件的受力情况。在Pro /E环境下进行机构的运动仿真分析,不需要复杂的数学建模、也不需要复杂的计算机语言编程,而是以实体模型为基础,集设计与运动分析于一体,实现产品设计、分析的参数化和全相关,反映机构的真实运动情况。 本次毕业设计以PTC公司的三维建模软件Pro/E及其中的运动学仿真功能建立气动翻转机械手的运动仿真模型。首先在Pro/E中建立气动翻转机械手的三维CAD模型，然后完成气动翻转机械手的装配，设置机构运动的初始位置，添加驱动和约束，进行运动仿真。在整个过程中，需要对建立模型等前续工作进行不断的修改和完善，才能生成所要求的气动翻转机械手的仿真模型。 4.2 可行性分析 抓取和翻转系统的结构设计和研究是机械手方面研究的基础。因此，对具有理想结构的抓取和翻转系统进行运动学和动力学、控制理论、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意义的。因此,要进行抓取和翻转系统的结构设计研究，从几何、运动学、动力学及结构关系等不同角度对机械手进行研究, 使机械手能比较完美的在抓取和翻转物体。在前人研究工作基础上，本设计论文进行气动翻转机械手设计与仿真，在基本原理上是可行的。 本设计的工作主要涉及力学、机械原理和机械设计等方面的知识，以及Pro/ E设计工具，本人已学习了这些相关课程，并取得了较好的成绩，掌握了本设计所需的基本知识。 指导老师在气动翻转机械手的相关研究方面具有很多成功的经验，本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果。 4.3 预期研究成果 设计出气动翻转机械手，完成三维建模和二维图纸，并对其中一些零部件进行剖视建模和仿真。通过仿真分析，保证设计能较好的满足设计要求。 5 研究工作计划 表1 研究工作计划 起止时间 内容 2012.11.15~2012.12.10 调研、信息汇总，文献查阅分析 2012.12.10~2012.12.31 外文翻译、文献综述、开题报告，并熟悉理论力学、机械原理等相关知识 2013.01.01~2013.01.10 提交开题报告、文献综述及外文翻译 2013.01.11~2013.01.20 开题答辩 2013.01.21~2013.03.01 气动翻转机械手的整体方案设计 2013.03.02~2013.03.28 气动翻转机械手抓取和翻转系统的结构设计及零部件设计 2013.03.29~2013.04.11 三维CAD建模、装配、三维运动学分析仿真 2013.04.12~2013.04.24 结构改进设计及毕业论文撰写 2013.04.25~2013.05.02 完成并提交毕业论文 2013.05.03~2013.05.10 整理材料准备答辩 参考文献 [1]陶湘厅，袁锐波，罗璟.气动机械手的应用现状及发展前景[J]. 机床与液压, 2007, 35(8):226-228. 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