摘 要

通过对过程装备与控制工程专业课程的学习，总结大学本科期间所学的知识，对自动上下料机械手各部分机械结构的计算和分析，以及实际生产过程中的应用情况，设计了一种建筑板材生产线上的自动上下料机械手。有针对性的设计了机械手的吸盘、吸盘架和机架等各部分机械结构，以及对机械手控制部分（传动系统和驱动系统）的设计计算。同时分析了它的气力输送系统的理论结构，并完成了相应的设计计算。设计达到了预期目标。

论文主要研究了建筑材料模板自动上下料机械手的机械结构部分的设计计算。

关键词：建材模板；自动上下料；气动吸盘；机械手

Abstract

Through the study of the course of process equipment and control engineering, I use the knowledge I learned during my undergraduate course to calculate and analyze the mechanical structure of each part of the automatic loading and unloading manipulator, and consider the application of the actual production process. An automatic loading and unloading manipulator is designed for building plate production line.The mechanical structure of the sucker, the sucker rack and the frame of the manipulator and the control system of the manipulator (transmission system, drive system) are designed in detail.At the same time, the control system and pneumatic conveying system are theoretically analyzed and designed. The design achieved the expected goal.

This paper mainly studies the design and calculation of the mechanical structure of the automatic loading and unloading manipulator of building material slab.

Key Words：Building material slab; automatic loading and unloading; Pneumatic sucker; manipulator

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2 现状和发展趋势 2

1.2.1 国内外研究现状 2

1.2.2 上下料机械手的发展方向 2

第2章 驱动系统的选择 4

第3章 整体框架的设计 5

3.1 机架的设计 5

3.2 吸盘架的设计 6

第4章 气动吸盘的设计 7

4.1 吸附物的探讨 7

4.2 计算吸盘的直径 7

4.3 其他计算 8

4.3.1计算吸盘起吊力 8

4.3.2吸盘的材质 9

4.3.3吸盘的形状 10

第5章 标准件的选择 11

5.1 电动机的选择 11

5.2 减速机的选择 11

5.3 旋涡气泵的选择 12

5.4 气缸选型 13

5.4.1计算缸径 13

5.4.2 计算气缸行程 14

5.4.3选定安装形式 14

第6章 其它零件的设计 15

6.1齿轮齿条的设计计算 15

6.1.1齿轮的设计计算： 15

6.1.2齿条的设计计算： 19

6.2 导轨的设计选型 19

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

紧随着2012年美国提出的工业互联网计划和2013年德国提出的工业4.0计划，中国制造2025也于2015年由李克强总理在两会上提出，作为实施制造强国战略的第一个十年的行动纲领。这不仅意味着着我国追求成为世界制造基地的远大理想，也标志着我国的制造业迎来了一次绝佳的新机遇。首当其冲的，就是能极大解放生产力和人工成本，提升生产效率和稳定性的智能化生产线，而本次设计的选题，正是其中的重要组成部分——自动上下料机械手。

自动上下料机械手是由执行机构.控制系统和驱动系统组成的。

执行机构是吸盘、行走机构和手臂等控制系统分连续控制和点运动控制。通常用点位控制。驱动系统主要是液压驱动和气动驱动比较常用。

本次设计仅针对执行机构和驱动系统进行设计，不考虑控制部分。

1.1研究的目的及意义

希望能够通过这次独立设计一个自动上下料机械手的机会，将过程装备与控制工程专业本科毕业生的理论研究的水平、动手实践的能力、专业的态度和精神，尽量多的体现出来。能对设计中的设计目标有着明确的认识以及较强的针对性，能将理论知识与设计实践完美的结合起来。

虽然我国提出了中国制造2025计划，目标是在2025年之前实现生产无人化，但是目前来看仍是任重而道远。相比于像德国西门子公司的Amberg车间这种无人化程度极高的工厂，我国大多数工厂的装卸线上的装卸工作仍是靠人工完成的。这种工作劳动强度高，生产效率低，存在一定的危险性，不合理，有悖于生产自动化的发展趋势。为了加快生产速度和降低成本，在加工线中充分引入柔性制造系统，满足如今机械制造业自动化加工的需求，针对相应的加工工艺，联系加工线的实际需求，用一台自动上下料机械手代替人工，以加大加工速度，实现加工进程的无人化和自动化。

1.2 现状和发展趋势

1.2.1 国内外研究现状

目前，国内外对各种机械手的研究已成为热点，其研究的总体趋势和现状如下：

1. 机械结构的发展是向着可重构和模块化的方向发展。
2. 产业机械手控制系统朝着基于PC的开放式控制器标的目的成长，便于网络化和标准化，提高了装备的集成度，布局简略，采取模块化布局。使系统操纵简略，可靠性高，维修便利。
3. 传感器在机械手中的作用正变得越来越重要。除了传统的加速度、位置、速度等传感器外，还引入听觉、触点和视觉传感器，使之成为智能发展的方向。
4. 采用通用、模块化、标准化、系列化设计的侧喷、龙门、关节和顶部喷涂机械手、柔性仿形复合机构的开发、仿形伺服轴的轨迹规划、柔性仿形喷涂机械手的研制、控制系统的开发等。
5. 钻研了装置、焊接、切割、搬运产业机械手产物的泛化、模块化、标准化和系列化，和机械手编程离线讲授和机械手体系的动态仿真。

1.2.2 上下料机械手的发展方向

世界各国都非常重视工业机械手的发展和应用，上下料机械手的应用目前在我国还属于起步阶段，却已经显示出了许多传统生产方式无法替代的优点，展现了非常广阔的生产应用前景。关于上下料机械手在我国的发展，应做好以下几点: