龍門式機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計,龍門,機械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱 龍門式機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 學 院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化） 班 級 學 號 姓 名 指導教師 定稿日期： 1 所選題目的及其意義 本課題將設(shè)計一個龍門機械手，將用于工作人員出入，使零件通過機械手進行運輸，需完成對工件的安全抓緊和釋放，并將零件從一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。通過本課題的研究，學生不僅可以了解自動生產(chǎn)線的工作過程，還可以深入了解其組成部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。 希望學生通過本課題設(shè)計，能充分運用已學習的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，設(shè)計出可行、優(yōu)化的裝置，并完成機械裝配圖，重要零件的加工圖，在畢業(yè)設(shè)計說明書中，選用合理的動力元件，計算設(shè)計零件的合理尺寸，體現(xiàn)合理的設(shè)計思路，綜合應用機械原理和設(shè)計、工程制圖，以及現(xiàn)代制造理念。 2 文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 2.1國內(nèi)機械手領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展 目前國內(nèi)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)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。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)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(tǒng)中的一個基本單元。 2.2 國外機械手領(lǐng)域發(fā)展趨勢 國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量新產(chǎn)品達到6軸，負載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機械 手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。 3 研究內(nèi)容 3.1 課題的技術(shù)要求 1．工作范圍：長度：800mm ；高度：500mm；高度200mm； 2．各軸工作速度進給速度：400mm /min ； 3. X、Z方向快速移動速度：1500mm/min ； 4. 夾持部件旋轉(zhuǎn)角度：180° ； 5. 送料重量：1000g 3.2方案設(shè)計 1.機械手的設(shè)計。 2.X.Y兩個方向的運動傳動設(shè)計。 3.總體方案設(shè)計。 3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2.X.Z.兩個方向的傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計。 3.總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計。 4.零部件設(shè)計。 4 研究方案 4.1機械手抓緊方案設(shè)計 4.1.1手部結(jié)構(gòu) 機器人的手部是機器人最重要的部件之一，從其功能和形態(tài)上看，分為工業(yè)機器人的手部和類人機器人的手部。目前前者應用較多，也較成熟，后者正在發(fā)展中。工業(yè)機器人的手部夾持器（亦稱抓取機構(gòu)）是用來握持工件或工具的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材料及表面狀態(tài)的不同。其手部結(jié)構(gòu)也是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專門設(shè)計的，按握持原理的不同，常用的手部夾持器分為如下兩類： 1）夾持式：包括內(nèi)撐式與外夾式，常用的還有勾托式和彈簧式等。 2）吸附式：包括氣吸式與磁吸式等。 4.1.2手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進型)，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。 4.1.3設(shè)計時考慮的幾個問題 1)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 2)具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持物體的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。 由驅(qū)動桿上的圓柱銷套在滑槽內(nèi)，當驅(qū)動連桿同圓柱銷一起作往復運動時，即可撥動兩個手指個繞其支點作相對回轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)手指的夾緊與松開動作。  4.2 龍門機架的方案設(shè)計 4.2.1現(xiàn)有的機械傳動方式的簡述 通常來說，用于步進、伺服電機驅(qū)動的機械傳動機構(gòu)，一般有以下幾類： 1.絲杠：是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⒅本€運動化為回轉(zhuǎn)運動的元件。普通梯形絲杠可以自鎖，但是傳動效率較低不適合高速往返運動。滾珠絲杠傳動效率高、精度高、噪音低，適合高速往返運動。但傳動跨度不可太大。 2.齒條和小齒輪：承載力大，傳動精度較高，可達0.1mm，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度高。但噪音較大，較易磨損。 3.傳送帶（同步帶）：可以高速傳動，噪聲低。缺點是不可長距離傳動，否則皮帶的變形會影響定位與控制。 4.齒輪組：是傳動效率最高的傳動元件。但是由于齒輪本身形狀的限制，無法應用于長距離傳動。 5.鏈條驅(qū)動：載荷高，傳動效率高。但鏈條的磨損會導致傳動精度下降。 6.主軸驅(qū)動：可調(diào)速范圍大，傳動效率高。 4.2.3 Z方向傳動方式及結(jié)構(gòu)設(shè)計 由Z軸方向工作范圍為200mm，Z軸引動器完成對工件提起或放下操作。其末端為抓取釋放工件的機械手，需精確定位。且在工作中需多次完成高速往返運動。故選用絲杠螺母副作為傳動機構(gòu)。設(shè)計螺母副固定，絲杠由頂端步進電機通過聯(lián)軸器帶動做上下往復運動。為保證傳動的穩(wěn)定，在兩側(cè)設(shè)計裝配了兩條導軌。 作結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖4：Z方向運動結(jié)構(gòu)示意圖 5 進度計劃 2014.12 調(diào)研、查找相關(guān)資料 2014.01 開題、擬定總體設(shè)計方案 2015.02 完善開題報告，完成文獻翻譯 2015.03~2015.04 設(shè)計計算、初步完成總裝配圖、部件圖、零件圖的繪制 2015.05~2015.06 完善圖紙、撰寫設(shè)計說明書，準備答辯。 6 參考文獻 [1] 蔡自興.機器人學[M].北京.清華大學出版社,2000. [2] 王革華.新能源概論[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006. [3]John Nofsinger. 美國物料搬運和物流管理的市場及發(fā)展趨勢[J].機電信息,2001(12).58 [4] 吳治堅.新能源和可再生能源的利用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006. [5] 丁樹模.機械工程學[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000. [6] 李昌輝. 自動上料機器人系統(tǒng)開發(fā)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2009.6 [7] 尹自榮,熊曉紅,駱際煥,王建坤. 數(shù)控上下料機械手的研究及應用[D].武漢：華中理工大學，2010.5 [8]陳佩云，金茂菁，曲忠萍.我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀[J].機器人技術(shù)與應用，2001年第1期 [9]康立新，馬建華.工業(yè)機械手的設(shè)計[J].工程技術(shù) [10]芮延年. 機器人技術(shù)及應用[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2008 [11]宗光華. 新版機器人技術(shù)手冊[M]. 北京: 科學出版社, 2007 [12]陳心昭. 現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006. [13]于傳浩,章滌峰.一種氣動機械手夾持機構(gòu)的設(shè)計[J].武漢：武漢化工學院機械工程學院，2003.10 [14］金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(yè)機器人發(fā)展勢態(tài)分析.機器人技術(shù)與應用 ，2005 [15］孫樹棟.工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2006 [16］嚴學高，孟正大.機器人原理.南京:東南大學出版社，2003 [17］謝存禧，張鐵.機器人技術(shù)及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008 [18］朱世強，王宣銀.機器人技術(shù)及其應用[M].浙江：浙江大學出版社，2004 [19] Doughty S.Mechanics of Machines.New York:John Wiley &Sons Inc.,1988 [20]Jensen P. W.Classical and Modern Mechanisms for Engineers and Inventors.New York:Marcel Dekker Inc.,1991 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日