电机驱动夹爪装置的研究与设计.docx

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1、近年来，随着工业自动化水平的不断提高，工厂对高性能电动夹爪的需求越来越大。随着科技技术的日益发展，随之而来的是生产力的急速扩大，机械化生产逐渐替代人工生产。因其拥有着可靠性高，故障率低，长期成本较为低廉等特点。作为工业自动控制系统中重要的终端执行元件，电动夹爪对工业自动化生产的安全运行、控制品质以及可靠性具有很大的影响。这必将促进电动夹爪的不断研究与开发。本文简要介绍了电动夹爪的概念，夹爪各个部件的整体设计，技术的特点。并在分析国内外电动夹爪控制系统的研究现状和重点后，根据实际需求，设计了一种基于Plc控制的电动夹爪。该机械夹爪主要由夹爪体、夹爪臂、夹爪齿、夹爪轴和夹紧装置等组成。选取了合适的

2、夹爪材料以及主要部件的型号，计算出了电动夹爪所需的驱动力矩和夹紧力，确定了夹爪的技术参数。绘制了电机驱动的夹爪装置工作原理图，并对电动夹爪的主要零部件进行建模，画出了机械手的装配图，并对电动夹爪进行了模拟仿真。关键词：电机驱动，夹爪装置，电动机，传动机构AbstractInrecentyears,withthecontinuousimprovementofindustrialautomation,thedemandforhigh-performanceelectricgrippersinfactoriesisincreasing.Withtheincreasingdevelopmentofsc

3、ienceandtechnology,followedbytherapidexpansionofproductivity,mechanizedproductiongraduallyreplacedmanualproduction.Becauseithasthecharacteristicsofhighreliability,lowfailurerateandlowlong-termcost.Asanimportantterminalactuatorinindustrialautomaticcontrolsystem,electricgripperhasagreatimpactonthesafe

4、operation,controlqualityandreliabilityofindustrialautomationproduction.Thiswillsurelypromotethecontinuousresearchanddevelopmentofelectricgrippers.Thisarticlebrieflyintroducestheconceptofelectro-gripper,theoveralldesignofeachcomponentofthegripper,andthecharacteristicsoftechnology.Afteranalyzingtheres

5、earchstatusandfocusofelectricgrippercontrolsystemathomeandabroad,anelectricgripperbasedonPLCcontrolwasdesignedaccordingtoactualneeds.Themechanicalgripperismainlycomposedofgripperbody,gripperarm,grippertooth,jawshaftandclampingdevice.Theappropriategrippermaterialandthemodelofthemaincomponentsweresele

6、cted,thedrivingtorqueandclampingforcerequiredbytheelectricgripperwerecalculated,andthetechnicalparametersofthegripperweredetermined.Theworkingprinciplediagramofthemotor-drivenjawgripperdevicewasdrawn,themaincomponentsoftheelectricgripperweremodeled,theassemblydrawingofthemanipulatorwasdrawn,andtheel

7、ectricgripperwassimulated.KEYWORDS:motordrive,clampdevice,Electricmotor,transmissionmechanism第一章绪论11.1 研究的背景与意义11.2 电机驱动的夹爪装置的研究应用现状11.2.1 国外的研究发展现状31.2.2 国内的研究发展现状31.3 本次设计研究的主要内容与成果61.4 本章小结6第二章电机驱动夹爪装置方案设计72.1 电动夹爪总体方案设计72.1.1 夹爪装置的原理分析72.1.2 总体方案设计82.2 夹爪装置的机械部分方案设计92.2.1 夹爪设计的基本要求92.2.2 夹爪的结构设计

8、92.2.3 电动夹爪装置传动方式的设计102.3 夹爪装置的电动控制方案设计112.3.1 电动夹爪的控制部分方案设计112.3.2 控制器型号的选择132.3.3 驱动电机的选型的考虑因素132.3.4 伺服电机的参数设计142.4 本章小结17第三章电动夹爪装置的分析与校验183.1 夹爪的夹持误差计算183.2 夹紧力计算213.3 驱动力力计算223.5 本章小结22第四章电机驱动夹爪装置主要零件的建模与仿真234.1 主要零部件的建模234.1.1 安装扣的建模234.1.2 爪子齿轮的建模234.1.3 手爪的建模244.1.4 横杆的建模244.2 电动夹爪的装配设计254.3

9、 夹爪的UG仿真26第五章全文总结30参考文献31致谢33毕业设计小结35第一章绪论1.I研究的背景与意义随着机电一体化技术的飞速发展，各种机械夹爪的运用显得尤其重要。夹爪装置是一种用于抓取、固定或移动物体的装置，通常由电机、传动系统、夹爪和控制系统等组成。本文将详细介绍如何设计一个电机驱动的夹爪装置，包括夹爪的设计、电机的选择、传动系统的设计、控制系统的设计等方面。利用灵活且多自由度的机械夹爪是实现物料高效搬运的可靠保证。在现有的技术中，采用气动或者电动驱动夹爪夹取物料是目前常见的设计模式；电动驱动稳定性可靠、工作寿命长和定位精度高的优良特性，目前国内市场上的气动和电动末端执行器大多是工程选

10、用或集成商定制的，夹持方式单一，行程非常有限，夹持力不可调。气动方案对现场气源和附件要求较高，只能应用于单工位和工作现场。即使在许多现有的方案中，通过添加快换装置来替换不同的夹具以适应不同的对象，夹具的数量、成本、设计和现场编程仍然受到挑战。总的来说，还不足以满足工业生产日益增长的多样化、柔性化和智能化的需求。本研究旨在设计一款电机驱动夹爪装置，该夹爪结构紧凑、功能完备，适应多种不同轴径的轴类零件的抓取，为后续其他夹爪优化设计提供了参考依据。并通过对电动夹爪装置的设计对所学知识进行系统熟练的运用。1.2电机驱动的夹爪装置的研究应用现状电动夹爪是一种机械夹臂的末端工具，它是由电机、减速器、传动系

11、统和夹爪组成的。电动夹爪可以通过电动控制实现夹持和松开物品的动作。在现代工业生产中，电动夹爪广泛应用于自动化生产线和机器人等领域，可以实现高效、快速、准确的物料夹取和放置操作，提高了生产效率和质量。电动夹爪的工作原理主要是通过驱动电机带动减速器和传动系统的运动，从而使夹爪进行夹持或松开物品的动作。其中，电机是电动夹爪的核心部件，它提供了动力源，通过控制电机的转速和方向，可以实现夹爪的开合、旋转等多种动作。减速器则起到减速和转向的作用，传动系统将电机和夹爪连接起来，使其能够协同工作。电动夹爪的夹爪形状和尺寸可以根据需要进行设计和定制。常见的夹爪形状有平行夹爪、角度夹爪、三爪夹爪等。夹爪的材质也有

12、多种选择，如钢、铝、塑料等。在实际应用中，夹爪的选择要根据所夹物品的特点和要求进行选择，确保夹持效果和稳定性。电动夹爪的应用场景非常广泛，可以用于各种物品的夹持和放置操作。下面简要介绍一下电动夹爪的几种主要应用场景。1 .自动化生产线自动化生产线是电动夹爪的主要应用领域之一。在自动化生产线上，电动夹爪可以实现物料的夹取、放置和转移等操作，大大提高了生产效率和质量。例如，在汽车生产线上，电动夹爪可以用来夹取汽车零部件，将其放置在指定位置上，实现自动化生产。2 .机器人机器人是另一个重要的应用场景。在机器人中，电动夹爪可以用来夹取和放置物品，实现机器人的自动化操作。例如，在工业机器人中，电动夹爪可

13、以用来夹取金属零件，将其放置在设定的位置上，完成工件的组装。3 .物流仓储电动夹爪在物流仓储中也有广泛的应用。在物流仓储中，电动夹爪可以用来夹取货物，将其放置在指定位置上，实现货物的自动化存储和搬运。例如，在快递分拣中心中，电动夹爪可以用来夹取快递包裹，将其放置在指定的分拣区域中，实现快递的自动化分拣。4 .医疗器械电动夹爪在医疗器械中也有应用。例如，在夹术机器人中，电动夹爪可以用来夹取夹术器械，将其放置在夹术部位上，实现夹术的自动化操作。另外，在医疗设备的生产中，电动夹爪也可以用来夹取和放置器械零件，实现自动化生产。电动夹爪是一种高效、快速、准确的机械夹臂末端工具，广泛应用于自动化生产线和机

14、器人等领域。电动夹爪的工作原理主要是通过驱动电机带动减速器和传动系统的运动，实现夹爪的开合、旋转等多种动作。电动夹爪的应用场景非常广泛，可以用于各种物品的夹持和放置操作，如自动化生产线、机器人、物流仓储和医疗器械等领域。1.2.1 国外的研究发展现状受益于工业机器人的发展带动，作为末端执行器的夹爪市场逐渐被外界关注，过去很长的一段时间内，气动夹爪一直是工业自动化行业的“必需品”该领域诞生了众多的国际巨头厂商，如SMC、SCHUNKFestoParker等，经过测算，全球制造业每年消耗掉模块化夹爪数量超过3000万个，其中气动夹爪市场规模已经达到百亿元的级别，但需要承认的是，在气动夹爪领域，国产

15、与外资相比差距甚大，国产品牌的销量占比不足10%。可以说在气动夹爪领域，外资占据绝对主导地位。相比于气动夹爪，电动夹爪起步较晚。电动夹爪的兴起很大程度是受到以协作机器人为代表的柔性化生产工具发展的带动，经过数年的发展，电动夹爪的应用边界逐渐扩展，从机器人逐步延伸到工业自动化领域，新进厂商逐年增加。从目前的市场结构看来，气动夹爪依就占据绝大部分市场份额，中国市场标准化气动夹爪占比超过80%,电动夹爪占比仅为3.5%左右；海外市场标准化气动夹爪占比超过70%,电动夹爪占比18.2%。1.2.2 国内的研究发展现状相比之下，国内电动夹爪的市场空间更加广阔。一方面，以各种机器人为代表的增量市场持续放量

16、，将对电动夹爪形成较强的需求拉力；另一方面，以新能源、半导体、3C电子、生物制造等为代表的制造业市场，众多场景开始衍生出电动夹爪替代气动夹爪的新机会。此外，近年来，受疫情影响衍生出新的需求场景，以医疗、食品、零售等为代表的非工业领域对电动夹爪有一定的增量需求拉动。近年来，在夹爪领域“电换气”越来越多被提及，虽然气动夹爪依然占据绝大部分的市场，但随着电动夹爪技术的持续提升，加上新进厂商的逐年增加，产业链日趋完善，成本亦得到了大幅的降低。同时，众多应用场景对于夹爪的精密控制要求越来越高，电动夹爪以精密化的运动控制、模块化的产品设计，可满足不同行业与场景的应用需求，真正给客户带来应用上的价值。从市场规模及增速来看，2021年，受益于下