1、畢業設計(論文)開題報告題目：汽車零件裝焊線裝卸機構中的伸縮與 手部機構設計一.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） 機械手在工業生產中廣泛的應用于機加工，鍛壓，鑄造，沖壓，焊接，裝配，噴漆， 熱處理等各個行業，特別是在笨重，高溫有毒，放射性，多粉塵等惡劣危險的活動環境中，機械手由于有顯著的優點而備受重視。以下是機械手在工業中的幾種典型的應用。機械工業是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民生活提供，耐用消費品的產業。機械工業的規模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發展機械工業作為發展本國經濟的戰略重點之一1。生產水平及科學技

2、術的不斷進步與發展帶動了整個機械工業的快速發展。現代工業中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題。然而在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的。單靠人力將這些不連續的生產工序銜接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現失誤及傷害2。顯然，這嚴重影響制約了整個生產過程的效率和自動化程度。機械手的應用很好的解決了這一情況，它不存在重復的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故3。 國內狀況:目前國內機械手應用在機械工業冷加工作業中的較多，而在鑄、銀、焊、熱處理等熱加工以及裝配作業等方面的應用較少。因熱加工作業的物件重、形狀復雜、環境溫度高等，結機械手的設計、制造帶來不少因難，

3、這就需要解決技術k的難點，使機械手更好地為熱加工作業服務。同時，在其它行業和工業部門，也將隨若工業技術水平的不斷提高，而逐步擴大機械手的使用4。 國外狀況：在國外機械制造業中，工業機械手運用較多，發展較快。目前主要應應用于機床。摸鍛壓機的上下料，以及點焊，噴漆等作業中，它可按照制定的作業程序完成規定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發生某些偏離時，就將引起零部件機械手本身的損害。為此，國外機械手的發展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界的條件變化，做出相應的變更。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研究電磁鐵的工件

4、抓放機構，控制系統是示教型的。1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為 Unimate (即萬能自動)。運動系統仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業機械5。 1962年美國機械鑄造公司司也試驗成功一種叫 Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的

5、基礎。 Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種 Unimate-Vic-arm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差可小于±1毫米。 美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。 如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間）， 由400小時提高到1500時。主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。業。德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。 瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，

6、采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業業機械手發展最快、應用最多的國家6。 未來發展趨勢：在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業條件，在應用專用機械手的同時，相應的發展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構以及根據不同類型的加緊機構，設計成典型的通用機構，所以便根據不同的作業要求選擇不同類型的基加緊機構，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，有便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更

7、好的發揮機械手的作用。此外還應大力研究記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用逐步成為整個機械制造系統中的一個基本單元7。 1旋轉體零件生產流水線自動化方面 采用機械手在旋轉體零件（如軸類、盤類、環類等）生產流水線上的機床之間傳送來提高生產線的自動化。國內已建成的這類自動線很多，如沈陽泵廠的深井泵軸承體加工自動化8。大連電機廠的4號和5號電動機軸加工自動線（軸類），上海拖拉機齒輪廠的齒輪加工自動線等。加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，采用機械手的，如上海動力機廠的汽缸蓋加工自動線轉位機械手9。 2. 在實現單機自動化方面 1.各類半自動車床，有自

8、動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下機械手，可實現全自動生產，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應用最多，如柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二機床廠的自動循環液壓仿形車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機械手等10。由于這方面使用已有成熟的經驗，國內一些機床廠已在這類機床產品出廠時就采用機械手，或為用戶自行安裝機械手提供條件11。 2.注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環，裝上機械手自動裝卸工件，可實現自動化生產12。 3.沖床有自動上下料沖壓循環，裝上機械手上下料，可實現沖壓生產自動化。目前機械手上下料沖床應用有

9、兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如天津拖拉機廠400t沖床的下料機械手，天津拖拉機廠400t沖床的下料機械手沖壓件工位間步進13。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產線機械手（生產線中有兩臺沖床）和天津二輕局技術研究所制作的12t和40t多工位沖床機械手等14。 3在裝配方面 工業機械手在裝配中的應用，是近幾年國內外研究和發展的一個重要方面，特別是在行在汽車行業的汽車裝配自動化和彈藥裝配等危險作業上有很大的使用價值15。二、主要研究內容、擬采用的研究方案、研究方法 2.1主要設計內容： 1.運動功能設計：即兩個自由度設計，如伸縮和平移，應盡可能的靈活運動和大的工作空間。 2.驅動

10、機構設計：機械手操作機是由若干個構件和關節組成的多自由度空間機構組成，驅動機構如（電動、液壓、氣壓、純機械） 3.論證執行機構設計：使用和自由度結合論證，然后舉出三個典型的例子。取出一個最合理的進行論證，體現一個方案論證。 基本參數： 抓重：30公斤，機構整體自由度：2個。 最大工作半徑：1600mm 伸縮行程：800mm 手腕回轉范圍：0-180º 4.畫圖設計圖。 2.2研究方案 1.工況分析: 本次設計的多功能機械手用于汽車零件裝焊線裝卸機上，機械手主要由手爪、小臂、大臂等組成。通過機械手來實現對上料、翻轉和轉位等多種功能，通過伸縮到達指定位閏土機械外文翻譯成品某寶dian置。

11、并按該自動線的統一生產節拍和生產綱領完成以上動作。總共有4個自由度，手臂做上下和前后伸縮、手臂左右旋轉，手腕做回轉、橫移。由于我設計的機械手只采用手臂伸縮和手腕的橫移，所以我只用到2個自由度,該機械手與油壓機、三孔自動焊機的配置如圖所示。 由機械手（1）的手臂伸向53噸油壓機，并由手部握緊已壓裝好的工件，往上抬起離開定位裝置，手臂縮回并水平回轉90°，將工件伸向三孔自動焊機進行三孔堵焊，堵焊完后，機械手（2）伸出手臂，由手部取下已堵焊好的工件，手臂縮回并回轉180°，將工件送到懸掛鏈，用掛鉤將工件運往清洗室清洗。當三孔焊機在焊活時，機械手（1）同時轉向63噸油壓機，將壓裝好

12、的另一工件取出，送到三孔自動焊機進行第二件的焊接。就這樣，機械手（1）分別交替地從53噸及63噸兩臺油壓機上取下已壓裝好的工件，送到三孔自動焊機上進行三孔堵焊，機械手（2）將焊完后的工件取下送到懸掛鏈。在兩臺機械手間被傳送的工件有四種，需要兩種不同的程序控制交替進行。 2.坐標形式：按機械手手臂的不同運動形式及其組合形式總共分為4種坐標形式 直角坐標形式：手臂的運動形式由3個直線運動所組成，即沿X軸的伸縮沿Z軸的升降、沿Y軸的撥移。它的特點是結構簡單，定位精度病，適用于主機位置成行徘列的場合。 圓柱坐標形式：即沿X軸的伸縮沿Z軸的升降、沿Y軸的撥移。它與直角座標式相比較占地面積小而活動范圍大，

13、結構較簡單，并能達到較高的定位精度，因此應用較廣泛。但由于機械手結構的關系，沿z軸方向移動的最低位置受到限制，放不能抓取地面上的物件。 球坐標式：其手臂的運動系由一個宣線運動和兩個轉動所組成，即沿著x軸的伸縮、繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉。 關節式：其手臂的運動類似人的手臂可作幾個方向的轉動。它由大小兩臂和立柱等所組成，大小兩臂之間的聯接為肘關節，大貿與立柱之間的聯接為肩。 綜合考慮，采用圓柱坐標形式，其手臂的運動系由兩個直線運動和一個回轉所組成，即沿X軸的伸縮、沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉。這種座標型式的機械手稱為圓柱座標式機械手。它與直角座標式相比較占地面積小而活動范圍大，結構較簡單，并能達到

14、較高的定位精度，因此應用較廣泛。但由于機械手結構的關系，沿z軸方向移動的最低位置受到限制，放不能抓取地面上的物件。如圖所示， 結構簡圖: 2.3方案的論證： 1.執行機構：執行機構主要主要包括手部、手臂、軀干；手部裝在手臂前端，可以轉動。機械手手部的構造系統仿造人的手指，按手指數目可分為二指式、三指式、四指式。我所設計的機械手采用四指式。 手部：手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指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，但平移型手指夾持圓形零件時，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。手指結構取決

15、于被抓取物件的表面形狀、被抓部位和物件重量及尺寸。而傳力機構則通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常用的有: 滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 手腕：是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位(即姿勢) 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部件(如油缸、液壓缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等)與驅動源(如液壓、液壓或電機等)相配合，以實現手臂的各種運動。 立柱：立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯系。機械手的

16、立柱因工作需要，有時也可做橫向移動，即稱為可移式立柱。 機座：機座是機械手的基礎部分，機械手執行機構的各部件和驅動系統均安裝于 機座上，故起支撐和連接的作用。本設計手臂運動由橫軸和豎軸運動組成，可完成伸縮的運動手臂引導手指負責把物料進行抓取和擺放，可根據夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和大小的夾頭以適應操作的需要。手臂則需要伸縮到指定的位置來達到對手部的配合，軀干是安裝手臂、動力源和各種執行的支行機架。 2.驅動方式主要有： 液壓：具有很大的功率質量比，適用于大負載的情形。其優點在于它的高精度、高靈高敏度和安全性。 氣壓：缺點是功率質量比較小，所以適用節拍快、負載小且精度不高的場合。 電動：具

17、有較大的功率質量比，適用于中等負載，其優點在于它的高精度，且適用于動作復雜，運動軌跡嚴格的機械手。其成本可高可低，應用廣泛。 通過比較再結合我設計的內容，我選用液壓驅動。液壓驅動的優點傳動平穩、質量輕體積小、承載能力大、易于實現過載保護、機構簡單、便于實現自動化。三、本機械手裝置設計重點及難點： 重點:具有靈活性和較好的承載性能夠自動完成系統所要求的動作，具有連續工作、單周期工作、自動返回原點、手動操作等功能。并且整個加工過程中都具有一定的適應性。 難點：機械手手部的設計與計算，機械手傳動和驅動的設計計算，及參數的確定并繪制圖形。 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

18、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：完成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；指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻1 馬.工業機械手設計M.北京:機械工業出版社，1997 2 工業機械手設計基礎M.天津:天津科學技術出版社，1985 3 渡邊茂.產業機器人技術M.北京:機械工業出版社，1982 4 黃凈.電氣及PLC控制技術M北京:機械工業出版社，2004年 5 李建新可編程序控制器及其應用M北京：機械工業出版社，2004年 6 藤森洋三.供料過程自動化圖冊M.北京：機械工業出版社，1985 7 張建民.工業機器人M.北京:北京理工大學出版社，1987 8 吳振彪.工業機器人M.武漢：華中科技大學出版社，1996 9 劉延林.柔性制造自動化概論M.武漢：華中科技大學出版社，2001