送料机械手的设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：送料机械手的设计指 导 教 师:开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 文章阐述了机械手在制造工业中的发展，并分析了机械的组成部分及其工作原理和设计的过程。同时阐述了机械手在国内外的发展状况，以及机械手的分类。最后阐述了该课题的意义，及主要研究内容及研究方法。关键词 机械手 AutoCAD 工业机器人1 工业机器人概述目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具1。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力1-2。1.1 工业机器人功能 根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动3-4。1.2 工业机器人的发展工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用4。1.3 工业机器人的总体结构工业机器人的组成及各部分关系概述：它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。(1) 执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。(a) 手部：机器人为了进行作业而配置的操作机构，又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。(b) 腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。(c) 臂部：联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，将各种载荷传递到机座。(d) 机身：机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。(2) 驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。(3) 控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。(4) 检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需 要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。 实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途4-8。2 不同驱动系统工业机器人的比较工业机器人的驱动方式可分为四种：(1) 气力驱动式的机器人：气源压力一般只有60Mpa左右，适宜抓举力较小的场合。(2) 液力驱动式的机器人：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。(3) 电力驱动式的机器人：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。(4) 新型驱动式的机器人：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等4。3 工业机械手3.1 机械手结构(1) 手部：是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。(2) 手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。(3) 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。(4) 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的。(5) 机座：是机械手的基础部分。机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用7。3.2 机械手的分类(1)根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类：(a)承担搬运工作的机械手：这种机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。(b)生产工业用机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。(c)通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业9。(2)按功能分类：(a)专用机械手：它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。(b)通用机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。(c)示教再现机械手：采用示教法编程的通用机械手。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。机械手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。(3)按驱动方式分：(a)液压传动机械手(b)气压传动机械手(c)机械传动机械手(4)按控制方式分：(a)固定程序机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。(b)可编程序机械手：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变10-15。3.3 机械手应用按机械手布局形式分可分为：架空式机械手、附机式机械手、落地式机械手三种。此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料，传递转位、转向，粉料等用途的机械手，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置4 课题研究内容及进度安排4.1 设计参数及技术要求(1)原始数据：(a)生产纲领：100000件（两班制生产）(b)自由度（四个自由度）臂转动180臂上下运动 500mm臂伸长（收缩）500mm手部转动 180(2)技术要求(a)坐标形式：圆柱坐标系(b)臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180。(c)运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。(d)控制方式：起止设定位置。(e)定位精度：0.5mm。(f)手指握力：392N(g)驱动方式：液压驱动4.2 课题研究内容(1)根据设计要求及原始数据，进行机械手抓取机构设计；(2)进行液压系统原理设计，并画草图；(3)进行机座机身的结构设计；(4)研究机械手的定位及平稳性；(5)研究机械手的控制方式。5 结束语本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。参 考 文 献1 徐灏.机械设计手册3M.北京：机械工业出版社,1998.2 徐灏.机械设计手册4M.北京：机械工业出版社,1998.3 徐灏.机械设计手册5M.北京：机械工业出版社,1998.4 张建民.工业机器人M.北京：北京理工大学出版社，1994.5 工业机械手编写组.工业机械手-机械结构上M.上海：上海科学技术出版社,2005.6 机床设计手册编写组.机床设计手册3M.北京：机械工业出版，1999.7 丁树模.液压传动M.北京：机械工业出版社，1998.8 颜永年.机械制图M.大连：大连理工大学工程画教教研室，1998.9 李恒权，朱明臣，王德云.毕业设计指导书M.山东：青岛海洋出版社，1990.10 王栋梁.机械基础M.北京：机械基础，1995.11 隆生.Solid Works设计与应用M.北京：电子工业出版社，2004.12 黄鹤汀.机械制造技术M.北京：机械工业出版社，1998.13 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，200614 李允文.工业机械手设计M.机械工业出版社,北京，1996.15 丁树模.液压传动M.机械工业出版社,北京，1992. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1 要研究的问题了解送料机械手的特点：根据送料机械手的特点，执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具 的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和机械手整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。控制系统是支配机械手按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：位置（点位控制或连续轨迹控制）时间、速度 和加速度等参数机械手与主机及其它有关装置之间的联系。2 要采用的手段1) 在学校图书馆查阅相关资料。通过书籍和网络查找最新的夹具设计的发展动向，尽量在保证原来参数的基础上，采用最新的一些结构，这样才能使设计具有实用性和时代性。2) 通过老师的指导。通过老师的指导，可以便捷地设计步骤。3) 通过浏览因特网上的相关资料。网上有很多关于机械手设计指导。4) 用相关的绘图软件画出零件图和装配图。学习AutoCAD、Pro/Engineer等软件，绘出零件图和装配图。同时对照课题任务的内容和要求，对具体参数进行设计和计算，选择合适的结构和部件，画出重要部件或者结构的视图，同时通过指导老师的指导对每一个可执行的方案进行最后的分析和确认， 5) 撰写设计说明书。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日