機械手-自動送料機械手的設計,機械手,自動,設計 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 尚征瑞 學 號： 05010133 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 送料機械手的設計 指 導 教 師: 曹春平 倪文彬 2008年 3月22日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 文章闡述了機械手在制造工業(yè)中的發(fā)展，并分析了機械的組成部分及其工作原理和設計的過程。同時闡述了機械手在國內(nèi)外的發(fā)展狀況，以及機械手的分類。最后闡述了該課題的意義，及主要研究內(nèi)容及研究方法。 關鍵詞 機械手 AutoCAD 工業(yè)機器人 1 工業(yè)機器人概述 目前，工業(yè)機器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給工業(yè)機器人下的定義：工業(yè)機器人是一種可重復編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習慣用語，對工業(yè)機器人作如下定義： 工業(yè)機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具[1]。 工業(yè)機器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進行各種操作。 工業(yè)機器人是在計算機控制下可編程的自動機器。采用工業(yè)機器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強度的一種有效手段。機器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應用到國民經(jīng)濟，民事技術等眾多的領域，具有廣闊的應用和發(fā)展前景，顯示出強大的生命力[1-2]。 1.1 工業(yè)機器人功能 根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，工業(yè)機器人具有至少一項或多項擬人功能，如抓取功能或移動功能，或兩者兼有之，另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能（如視覺，力覺，觸覺等）。以及語音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進行作業(yè)。 在工業(yè)機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現(xiàn)的技術基礎是精巧的機械結(jié)構(gòu)設計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標型工業(yè)機器人，利用錐齒輪傳動實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實現(xiàn)其移動以及對零件的抓取。在步進電機的控制下，機器達到精確的回轉(zhuǎn)運動[3-4]。 1.2 工業(yè)機器人的發(fā)展 工業(yè)機器人的發(fā)展，由簡單到復雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代： 第一代工業(yè)機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。 第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機器人要復雜得多，這種機器人從1980年開始進入了實用階段，不久即將普及應用。 第三代工業(yè)機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進行操作，完成規(guī)定的任務。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應工作環(huán)境的功能。這種機器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應用[4]。 1.3 工業(yè)機器人的總體結(jié)構(gòu) 工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述： 它主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 (1) 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成抓取工件，實現(xiàn)各種運動所必需 的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。 (a) 手部：機器人為了進行作業(yè)而配置的操作機構(gòu)，又稱手爪或抓取機構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。 (b) 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。 (c) 臂部：聯(lián)接機座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機座。 (d) 機身：機器人的基礎部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運動。 (2) 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的有 機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。 (3) 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，當發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。 (4) 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構(gòu)的運動情況，根據(jù)需 要反饋給控制系統(tǒng)，與設定進行比較，以保證運動符合要求。 實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途[4-8]。 2 不同驅(qū)動系統(tǒng)工業(yè)機器人的比較 工業(yè)機器人的驅(qū)動方式可分為四種： (1) 氣力驅(qū)動式的機器人：氣源壓力一般只有60Mpa左右，適宜抓舉力較小的場合。 (2) 液力驅(qū)動式的機器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)且動作靈敏，但對密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場合工作，要求的制造精度較高，成本較高。 (3) 電力驅(qū)動式的機器人：無環(huán)境污染，易于控制，運動精度高，成本低，驅(qū)動效率高等優(yōu)點，其運用最為廣泛。 (4) 新型驅(qū)動式的機器人：例如靜電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器，形狀記憶合金驅(qū)動器，人工肌肉及光驅(qū)動器等[4]。 3 工業(yè)機械手 3.1 機械手結(jié)構(gòu) (1) 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務。 (2) 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。 (3) 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 (4) 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱通常為固定不動的。 (5) 機座：是機械手的基礎部分。機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支承和聯(lián)接的作用[7]。 3.2 機械手的分類 (1)根據(jù)所承擔的作業(yè)的特點，工業(yè)機械手可分為以下三類： (a)承擔搬運工作的機械手：這種機械手在主要工藝設備運行時，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 (b)生產(chǎn)工業(yè)用機械手：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 (c)通用工業(yè)機械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)[9]。 (2)按功能分類： (a)專用機械手：它是附屬于主機的具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少，工作對象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠和造價低等特點，適用于大批大量的自動化生產(chǎn)，如自動機床，自動線的上、下料機械手和“加工中心”附屬的自動換刀機械手。 (b)通用機械手：又稱工業(yè)機器人。它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強的特點，適用于不斷變換品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。 (c)示教再現(xiàn)機械手：采用示教法編程的通用機械手。所謂示教，即由人通過手動控制，“拎著”機械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下來。機械手可按示范操作的程序行程進行重復的再現(xiàn)工作。 (3)按驅(qū)動方式分： (a)液壓傳動機械手 (b)氣壓傳動機械手 (c)機械傳動機械手 (4)按控制方式分： (a)固定程序機械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點定位。 (b)可編程序機械手：控制系統(tǒng)是一個可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變[10-15]。 3.3 機械手應用 按機械手布局形式分可分為：架空式機械手、附機式機械手、落地式機械手三種。 此外，還有安裝在自動線料道上或料道旁，實現(xiàn)工件上、下料，傳遞轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)向，粉料等用途的機械手，他們具有運動單一、結(jié)構(gòu)簡單，位置靈活及精度一般要求較低的特點。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置 4 課題研究內(nèi)容及進度安排 4.1 設計參數(shù)及技術要求 (1)原始數(shù)據(jù)： (a)生產(chǎn)綱領：100000件（兩班制生產(chǎn)） (b)自由度（四個自由度） 臂轉(zhuǎn)動180o 臂上下運動 500mm 臂伸長（收縮）500mm 手部轉(zhuǎn)動 ±180o (2)技術要求 (a)坐標形式：圓柱坐標系 (b)臂的運動行程：伸縮運動500mm，回轉(zhuǎn)運動180o。 (c)運動速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領的要求即可。 (d)控制方式：起止設定位置。 (e)定位精度：±0.5mm。 (f)手指握力：392N (g)驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動 4.2 課題研究內(nèi)容 (1)根據(jù)設計要求及原始數(shù)據(jù)，進行機械手抓取機構(gòu)設計； (2)進行液壓系統(tǒng)原理設計，并畫草圖； (3)進行機座機身的結(jié)構(gòu)設計； (4)研究機械手的定位及平穩(wěn)性； (5)研究機械手的控制方式。 5 結(jié)束語 本課題通過應用AutoCAD 技術對機械手進行結(jié)構(gòu)設計和液壓傳動原理設計。它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設定。 參 考 文 獻 [1] 徐灝.機械設計手冊3[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998. [2] 徐灝.機械設計手冊4[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998. [3] 徐灝.機械設計手冊5[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998. [4] 張建民.工業(yè)機器人[M].北京：北京理工大學出版社，1994. [5] 《工業(yè)機械手》編寫組.工業(yè)機械手-機械結(jié)構(gòu)上[M].上海：上?？茖W技術出版社,2005. [6] 《機床設計手冊》編寫組.機床設計手冊3[M].北京：機械工業(yè)出版，1999. [7] 丁樹模.液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998. [8] 顏永年.機械制圖[M].大連：大連理工大學工程畫教教研室，1998. [9] 李恒權，朱明臣，王德云.畢業(yè)設計指導書[M].山東：青島海洋出版社，1990. [10] 王棟梁.機械基礎[M].北京：機械基礎，1995. [11] 隆生.Solid Works設計與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004. [12] 黃鶴汀.機械制造技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998. [13] 吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2006 [14] 李允文.《工業(yè)機械手設計》[M].機械工業(yè)出版社,北京，1996. [15] 丁樹模.《液壓傳動》[M].機械工業(yè)出版社,北京，1992.  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 要研究的問題 了解送料機械手的特點： 根據(jù)送料機械手的特點，執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機身機座等，其中最主要是運動系統(tǒng)。 機械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。 手部是夾緊（或吸附、托持）與松開工件或工具 的部件，由手指（或吸盤），驅(qū)動元件和傳動元件等組成。 腕部、臂部、機身是將手部抓取的工件或工具進行搬運或操作的部件。 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動臂部、腕部、手部和機械手整體運動機構(gòu)動作的動力裝置，常用的驅(qū)動方式有液壓、氣動、機械、電氣或其他的組合。 控制系統(tǒng)是支配機械手按規(guī)定程序和要求進行運動的裝置，他們主要用來控制： 位置（點位控制或連續(xù)軌跡控制） 時間、速度 和加速度等參數(shù) 機械手與主機及其它有關裝置之間的聯(lián)系。 2 要采用的手段 1) 在學校圖書館查閱相關資料。 通過書籍和網(wǎng)絡查找最新的夾具設計的發(fā)展動向，盡量在保證原來參數(shù)的基礎上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設計具有實用性和時代性。 2) 通過老師的指導。 通過老師的指導，可以便捷地設計步驟。 3) 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關資料。 網(wǎng)上有很多關于機械手設計指導。 4) 用相關的繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖。 學習AutoCAD、Pro/Engineer等軟件，繪出零件圖和裝配圖。同時對照課題任務的內(nèi)容和要求，對具體參數(shù)進行設計和計算，選擇合適的結(jié)構(gòu)和部件，畫出重要部件或者結(jié)構(gòu)的視圖，同時通過指導老師的指導對每一個可執(zhí)行的方案進行最后的分析和確認， 5) 撰寫設計說明書。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日