机械手开题报告 铣床上下料机械手结构与控制系统设计

院（系）：级班：名姓：学4 指导教师：教师职称：本科毕业设计开题报告题 目：铳床上下料机械手结构与控制系统设计机械工程学院机电08-4班杨绍宝5李大勇讲师黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目 铳床上下料机械手结构与控制系统设计来源工程实际1、研究目的和意义目前，我国的制造业正在迅速发展，但大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代机械行业自动化生产的要求，针对具体生产工艺，结合机床的实际结构，利用机械手 技术，设计用一台上下料 机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与机床 组合最终形成生产线，实现加工 过程的自动化和无人化。我所设计的机床是在生产过程中抓取和移动工件的自动化装置。它能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提 高生产效率和生产力。2、国内外发展情况（文献综述）在我国，西周时期的能工巧匠偃师就研制出能歌善舞的伶人，这是我国最早的关于机器人的记录。机器人一词是1920年由捷克作家卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧罗莎姆的万能机器人 种首先提出。现代机器人出现于 20世纪中期，当时数字计算机已经出现，电子技术也有了长足的发展，在产业领域出现了受计算机控制的可编程的数控机床，人类需要开发机械代替人手去劳动，在这一背景下，机器人技术的研发得到快速发展。1959年，戴沃尔与美国发明家英格伯格联手制造出第一台工业机器人。1967年，日本川崎重工公司和丰田公司分别从美国购买了工业机器人Unimation和Verstran的生产许可证。日本从此开始了机器人的研制。20世纪60年代，喷漆弧焊机器 人问世并逐步发展应用于工业。1969年，日本早稻田大学加藤一朗实验室研发出第一台双脚走路机器人。他带有视觉 传感 器，能根据人的指令发现并抓取积木。1979年，美国Unimation公司推出通用工业机器人，标志着工业机器人技术已经成熟。1979年，日本山梨大学牧野洋发明了平面关节型SCAR机器人，该型机器人在以后装 配我国机器人技术起步较晚，从 20世纪80年代初才开始。全国第一个机器人研究示范工程1986年在沈阳建成。目前我国已经基本掌握了机器人设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨道规划技术。开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。20世纪90年代中期，国6000m以下深水作业机器人试验成功。以后近十年中，在步行机器人、精密装配机器人、多自由度关节机器人的研制等国际前沿领域，我国逐步缩小了与世界先进水平的差距。但是，目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工控制。第二代机械手设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。3、研究/设计的目标设计一个具有三个自由度铳床上下料机械手，对工件能准确的夹取，定位，并装卡。(1)三个自由度，手臂能旋转360度，能伸缩(伸缩距200mm)能做起降运动(起升距120mm)(2)动方式选择液压驱驱动(3)因为在自由度分配上要求机身必须旋转，所以采用圆柱坐标系运动形式。(4)机械手的加持工件形状为方料，最大加持重量8KG4、设计方案(1) .机械手结构设计运动形式方案选择，为实现不同动作，应选取不同方案。图 1中，a为直角坐标型，b为 圆柱坐标型，c为球坐标型，d为关节坐标型，e为SCAR;型。由于圆柱坐标型位置精 度高、运动 直观、控制简单、占地面积小，且能实现预期的上下料功能，所以，这里选圆柱坐标型。机械手机身的设计|机身采用回转与升降结构机身。实现回转的驱动方案有几种，这里采用摆动油缸马区动，升降油缸在上，回转油缸在下。实现机身回转采用液压马达驱动。?械手手臂结构设计|手臂采用直线运动机构，常用的有液压缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构及连杆 机构等。由于液压缸体积小、重量轻，因而在机械手结构中选用液压驱动。机械手腕部结构设计卜腕设计根据我所设计的机械手的要求，选择单自由度手腕。手爪选用双夹钳式机构，驱动件的设计(2) .机械手驱动方案的设计采用液压驱动，液压实现机身的回转与升降，以及各部件的伸缩回转运动。液压控制简单方便，易于操作。为实现机身的旋转，选用液压马达驱动。手臂伸缩与起降都采用液压缸驱动。(3) .机械手各参数设计计算abc de图1 (坐标型机器手的五种形式)5、方案的可行性分析此机械手共有三个自由度，分别是机械手臂的伸缩，支座的 360度旋转，以及支座的 起降，能保证机械手在上下以及左右位置的调整。全程动力源是液压系统，安装有压力传感器，实现手臂定位，保证工件装卡定位准确。对于机械手结构的选择，有直角坐标机器人结构，圆柱坐标机器人结构，球坐标机器人结构，关节型机器人结构，在此选择圆柱坐标型，因为圆柱型坐标能实现支座的回转与升降功能。手爪选用单自由度手爪，即在抓取 重物之 后实现回转放料，料由气动虎钳自动加紧。如此即可实现机床上下料的功能，所以是可行的。6、该设计的创新之处性。我所设计的铳床上下料机械手的结构形式更加简单，驱动方式更加统一，能很好的实现所需要的动作，而且，手臂加持力更大，拓宽了所持工件的重量范围。具有更强的适应7、设计产品的主要用途和应用领域代替人手，对工件进行机床上下料，可以对金属材料，也可以对非金属材料进行夹持机械手的可靠性强，适应面宽，主要应用于国防、航空、汽车等制造行业，在机床的加工 车间最为常见。&时间进程第一周在校查找机床上下料机械手相关资料；第二-三周进行毕业实习，在工厂中着重了解其组成部分及工作原理；第四周 深入性查阅与设计相关的资料，写实习总结和实习日记。对资料进行 理，完成开题报告；第五-六周对设计的主要结构进行计算；第七周进行CAD 草图设计；第八周正式CAD 绘图设计；第九周 CAD 绘图设计并进行相关修改；第十周写说明书、出图；第十一 -十二周 整理说明书及图纸；第十三周-十四周对整体检查 ， 对说明书及图纸进行修改；第十五周为答辩做准备；第十六周答辩。9、参考文献1 .濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社，2000 : 100-317 ;2 .吴振彪.工业机器人M.武汉：华中科技大学出版社，2008;3 .王承义.机械手及其应用M.北京：机械工业出版社，1981;4 .费仁元.机器人机械设计和分析M.北京：北京工业大学出版社，1997 ;5 .龚正等.液压传动与控制M.上海：上海科学技术出版社，1989 ;6 .张铁.机器人学M.广州：华南理工大学出版社，2000 ;7 .吴美方.机器人控制基础M.北京：中国铁道出版社，1992;8 .侯珍秀.机械系统设计M.黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，2000;9 .徐獴主.机械设计手册J.北京：机械工业出版社，1991 ；10 .召B忍平.机械系统动力学M.北京：机械工业出版社，2005;11 .胡玉睿.机械手原理M.北京：中央广播电视大学出版社，2004 ;12 .郭洪红.工业机器人运用技术M.北京：科学出版社，2010;13 .高松海.遥控机器人M.北京：原子能出版社，1981 ;14 . T.O.EkinciJ.R.R.Mayer. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2007 ;15 . Elmar SchafersJe ns Hama nn .Mechatro nic Modeli ng and An alysis of Mach ine Tools,2008;16 . CHIRIKJIAN G . Kinematics of a metamorphic robotic system. Proc . IEEE/ ICRA, 1995 : 449 455.17 . Kol ibal, Z.: The theory of basic kin ematic cha in structures and its effect on theirapplicati on in the desig n of in dustrial robot positi oning mecha ni sms. CERM Akademick e nakladatelstv i,s.r.o. Brno, 2001, ISBN 80-7204-196-7, p. 7118 . Knofl i?ek, R.- Marek, J.: Obr cb ec i centra a pr ?myslov eroboty s paraleln ikinematickou strukturou., 1997.指导教师意见教师签字：年 月日开题答辩小组意见：组长签字：成员签字：年 月日毕业设计领导小组意见：组长签字