歡迎下載本文檔參考使用，如果有疑問或者需要CAD圖紙的請聯系q1484406321畢業設計(論文)開題報告題目： 沖床上料機械手設計系 別 機電信息系 專 業 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012年 12 月 25 日一.畢業設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況） 機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和求實現自動抓取、搬運和操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為“工業機械手”。1生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率，可以減輕勞動強度，保證產品質量，實現安全生產；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、有毒氣體和放射性等惡劣的環境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業、交通運輸業等方面得到越來越廣泛的引用。2工業機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制，可重復編程，能在三維空間完成各種作業的機電一體化生產設備。3特別適合于多品種，變批量的柔性生產。機器人技術是綜合了計算機，控制論，機構學，信息和傳感技術，人工智能，仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況是一個國家工業自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、準確度高、抗惡劣環境的能力高，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務設備，也是先進制造技術領域不可或缺的自動化設備。4國外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：51.工業機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。2.機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、監測系統三位一體化；3.工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。4.機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。5.虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真，預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。6.當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。7.機器人話機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。我國目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線上獲得規模應用，弧焊機器人以應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的差距，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距。以上原因主要是沒有形成機器人產業，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，品種規模多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量可靠性也不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業化進程。6.7二、主要研究內容、擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要設計內容：在60噸沖床上，沖制各種型號電動機轉子片，用機械手往沖床上送料。1.抓重： 約1公斤 2.自由度數： 1個 3.手臂運動參數： 手臂回轉角度：600 手臂送料頻率：5060次/分2.2研究方案2.2.1坐標形式的確定8工業機器人的結構形式主要有直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構，關節型結構四種。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下: 1）直角坐標機器人結構 直角坐標機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的。由于直線運動易于實現全閉環的位置控制，所以，直角坐標機器人有可能達到很高的位置精度（m級）。但是，這種直角坐標機器人的運動空間相對機器人的結構尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現一定的運動空間，直角坐標機器人的結構尺寸要比其他類型的機器人的結構尺寸大得多。直角坐標機器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標機器人主要用于裝配作業及搬運作業，直角坐標機器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。2）圓柱坐標機器人結構圓柱坐標機器人的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的。這種機器人構造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業。其工作空間是一個圓柱狀的空間。3）球坐標機器人結構球坐標機器人的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的。這種機器人結構簡單、成本較低，但精度不很高。主要應用于搬運作業。其工作空間是一個類球形的空間。4）關節型機器人結構關節型機器人的空間運動是由三個回轉運動實現的。關節型機器人動作靈活，結構緊湊，占地面積小。相對機器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機器人在工業中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業，都廣泛采用這種類型的機器人。關節型機器人結構，有水平關節型和垂直關節型兩種。其簡圖如下：9 各種坐標形式的運動簡圖 a.直角坐標式 b.圓柱坐標式 c.球坐標式 d.關節式由于本設計的機械手自由度為1， 所以，初步選定為圓柱坐標式2.2.2機械手的驅動方式的選擇10工業機器人的驅動系統，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據需要也可這三種基本類型組合成復合式的驅動系統。這三類基本驅動系統的主要特點如下。1）液壓驅動系統由于液壓技術是一種比較成熟的技術，它具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動等特點。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環境中工作的機器人。但是，液壓系統需要進行能量轉換（電能轉換成液壓能），速度控制多數情況下采用節流調速，效率比電動驅動系統低，液壓系統的液體泄露會對環境產生污染，工作噪音也較高。【11】2）氣動驅動系統具有速度快，系統結構簡單，維修方便、價格低等特點。適用于中、小負荷的機器人中采用。但是因難于實現伺服控制，多用于程序控制的機器人中?！?2】3）電動驅動系統由于低慣量、大轉矩的交、直流伺服電機及其配套的伺服驅動器（交流變頻器、直流脈沖寬度調制器）的廣泛采用，這類驅動系統在機器人中被大量采用。這類驅動系統不需要能量轉換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數電機后面需安裝精密的傳動機構。直流有刷電機不能直接用于要求防爆的工作環境中，成本上也較其他兩種驅動系統高。但因為這類驅動系統優點比較突出，因此在機器人中被廣泛的使用。由于本設計機構簡單，以及其他綜合因素，所以，初步選擇選用氣動驅動系統.【13】【14】2.1.3執行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件?！?5】1）手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。氣動驅動方式 因為抓取的零件為鈑金件毛坯或成品件,使用吸附式手部。 2）手腕是連接手部和臂部的部件，并可用來調節被抓物體的方位，手腕有獨立的自由度。有回轉運動、上下擺動、左右擺動.一般腕部設有回轉運動在增加一個上下擺動即可滿足要求。應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓缸，它的結構緊湊，靈巧但回轉角度小，并且要求嚴格密封，否則就難保證穩定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉角的情況，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。【16】3）手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置。機械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸縮運動都為直線運動。考慮到機械手的動態性能及運動的穩定性，安全性，手臂的調節采用手動螺栓調節?！?7】手臂運動基本運動復合運動 直線運動與回轉運動的組合(即螺旋運動動) 兩直線運動的組合(即平面運動)回轉運動:如水平回轉、左右擺動運動直線運動:如伸縮、升降、橫移運動 兩回轉運動的組合(即空間曲面運動)。4）立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯系。機械手的立柱通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即初步定為可移式立柱?！?8】2.1.4手部動作【19】手部是與物件直接接觸的構件，常用的手部運動形式有回轉型和平移型。回轉型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛；平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手部夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手部結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手部有外夾式和內撐式;指數有雙指式、多指式和雙手雙指式等。吸附式手部主要由吸盤等構成，它是靠吸附力(如吸盤內形成負壓或產生電吸磁力)吸附物件，相應的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。因為輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。所以，初步使用氣流負壓式吸盤。3、 重點及難點，前期已開展工作重點：保證各個結構之間的相互合理配合，使之能連續工作，有節奏，安全地成產。難點：機械手手臂的設計與計算，機械手手部的設計與計算，機械手傳動和驅動的設計計算，以及各個過程參數的確定，繪制圖形。已經展開的工作：讀書館借書，網上查詢有關書籍和資料，了解設計的大致方向，了解上料機械手的大體結構和工作原理。四、工作方案及進度計劃12周：調研，查閱相關資料，完成開題報告；34周：總體設計以及方案論證，深化方案具體實施步驟；56周：分析機械手工況，確定機械手的載荷，并根據工況確定計算準則；78周：機械手的具體方案設計；910周：機械手的參數總體計算以及校核，準備中期檢查；1112周：機械手的結構設計以及分析；1314周：完成裝配圖設計，驗證校核；1516周：撰寫畢業論文以及外文資料的翻譯；1718周：修改畢業論文及準備畢業答辯； 參考文獻1 李允文. 工業機械手設計M. 北京：機械工業出版社，19962 蔡自興機械人學的發展趨勢和發展戰略J.北京：機械人技術，2001，43 王承義機械手及其應用M北京：機械工業出版社， 19814 金茂青國外工業機械人發展的態勢分析J.北京：中國鐵道出版社2001，25 張建民.工業機器人M.北京：北京工業大學出版社，19886 唐保寧，高學滿機械設計與制造簡明手冊M上海：同濟大學出版社，19937 費仁元，張慧慧.機器人機械設計和分析M.北京：北京工業出版社，19988 周宏.氣動工程手冊M.北京：國防工業出版社，19959 周洪，陸鑫盛.自動化系統的優化設計D.上海：上海科學技術文獻出版社，10 柳洪義，宋偉剛.機械人技術基礎M.北京：冶金工業出版社， 200211 李允文. 工業機械手（上冊）M.上海：上?？茖W技術出版社 197812 王承義.機械手及其應用M.北京： 機械工業出版社， 198113 萬勝狄,王運贛等. 鍛造機械化與自動化M.北京：機械工業出版社，198314 宋偉剛.機械零件設計手冊（第三版）M.北京：冶金工業出版社， 199415 （蘇）別洛夫（.）著；聞清譯.機械手.北京市：原子能出版社,1982.16 沈陽市機床工業公司七、二一大學編著.工業機械手.沈陽市：遼寧人民出版社,1979.17 天津大學工業機械手設計基礎編寫組編.工業機械手設計基礎.天津市：天津科學技術出版社,198018 陸祥生，楊秀蓮編.機械手 理論及應用.北京市：中國鐵道出版社19 加藤一郎編著；何學文譯.圖解機械手.正言出版社,1983.20 Kurt E Petersen.Silicon as a mechanical MaterialC.Proc.IEEE,198221 ClavelR D.a