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畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 學生姓名 崔宇峰 系部 汽車工程系 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 班 指導教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 曲軸加工搬運機械手設(shè)計 圓柱坐標 一 課題研究現(xiàn)狀 選題的目的 依據(jù)和意義 1 目的和意義 機械手具有減輕勞動強度 保證產(chǎn)品質(zhì)量 實現(xiàn)安全生產(chǎn)的作用在自動化領(lǐng)域特別是在 高溫 有毒 放射 易燃易爆等惡劣環(huán)境內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用 其中氣動機械手因具有 結(jié)構(gòu)簡單 造價低廉 易于控制 柔性化程度高 維護方便等優(yōu)點 成為生產(chǎn)線的首選 對汽 車發(fā)動機曲軸加工也起到了重要作用 所以我們應(yīng)了解國內(nèi)外工業(yè)機械手的研究 設(shè)計和應(yīng)用狀況 掌握機械手的未來發(fā)展趨勢 熟 悉工業(yè)機械手的機構(gòu) 工作原理 保養(yǎng)和維護方法等 鍛煉學生綜合利用所學知識 獨立完成分析 和設(shè)計的能力 研究 開發(fā)和設(shè)計機械手是從二十世紀中葉開始的 隨著機電一體化技術(shù)和計算控制技術(shù)的應(yīng) 用 其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展 并涉及到人類社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域 特別是工業(yè) 機械手在生產(chǎn) 加工中的廣泛應(yīng)用 本設(shè)計是在綜合多種工業(yè)機械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想 根據(jù) 汽車發(fā)動機曲軸加工的特點提出的 具有一定的理論 設(shè)計水平和應(yīng)用價值 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢 機械手用來實現(xiàn)一些如抓取 操作等動作 通過平臺的移動來擴大機械手的工作空間 使機械 手能以更適合的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù) 隨著機器人技術(shù)的發(fā)展和社會需求的高漲 移動機械手逐漸應(yīng)用于 易爆 易燃物品的裝配 搬運或挖掘拆卸 以及消防滅火 防爆 反恐等高度危險環(huán)境 用于代替 人類或輔助人類完成人所不能 不適或力所不及的工作 所以 在汽車發(fā)動機曲軸加工上的應(yīng)用也 是必不可少的 目前 機械手受到了世界各國尤其是發(fā)達國家的高度重視 許多國家都將其列入本國的高技術(shù) 研究發(fā)展計劃或國家的關(guān)鍵技術(shù)研究發(fā)展計劃 在我國 機械手的應(yīng)用還不如汽車工業(yè)發(fā)達的國家 從目前情況看 其主要原因是 機械手不僅 需要載體平臺的穩(wěn)定移動 而且要求機械手穩(wěn)定的執(zhí)行操作 亦即在保證協(xié)調(diào)控制時必須保證系統(tǒng) 的穩(wěn)定性 人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的運動能力和環(huán)境適應(yīng)能力決定了機械手的作業(yè)性能 目前 工業(yè)機器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運中 極大的促進物流自動化 隨 著生產(chǎn)的發(fā)展 搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高 氣動機械手大量的應(yīng) 用到物流搬運機器人領(lǐng)域 在手爪的機械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求 采取了多種形 式的機械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施 在針對同樣的目標任務(wù) 采取 多種運動方式相結(jié)合的方式來達到預(yù)定的目的 驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機器人多種驅(qū)動方式的情況 有液壓驅(qū)動 氣壓驅(qū)動 步進電機 驅(qū)動 伺服電機驅(qū)動等等 愈來愈多的搬運機器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的 這樣能夠更好的發(fā) 揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點 避免缺點 并且在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高 在搬運機械手的控制方面 出現(xiàn)了多種控制方式 如 由原始的電控的機械手 較先進的 基于工控機控制的 基于 PC 控制的 進一步的嵌入式 PC 控制技術(shù) 還有采用 PLC 可編程控制 SY 025 BY 3 的 在物料搬運方面近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化 無論是我國還是國外 物料搬運的發(fā)展 都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備 由單機走向系統(tǒng) 在制造業(yè)方面 隨著 JIT FMS CIMS 等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展 對物料搬運系統(tǒng)也提出了新的要求 其特點是力求減少庫存 壓縮等 待和輔助時間 使多品種 少批量的物料準時到達要求的地點 這一趨勢在機械工業(yè)方面得到 了很大的應(yīng)用 其中采用了機器人等先進的物料搬運技術(shù) 促進了機械工業(yè)的技術(shù)進步和生產(chǎn) 水平提高 當代工業(yè)機器手技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)城的擴大和機器人種類的增多 另一方面表現(xiàn)在機器人機械系統(tǒng)性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化 前者是指應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓 寬 后者是在性能及水平上的縱向提高 機器人應(yīng)用領(lǐng)城的拓寬和性能水平的提高二者相輔相 承 相互促進 應(yīng)用領(lǐng)城的擴大對機器人不斷提出斷的要求 推動機器人技術(shù)水平的提高 反過 來 機器人性能與智能水乎的提高 又使擴大機器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能 20 世紀 80 年代以來 工業(yè)機器手技術(shù)逐漸成熟 并很快得到推廣 目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的 許多領(lǐng)域得到應(yīng)用 在工業(yè)機器人逐漸得到推廣和普及的過程中 下面三個方面的技術(shù)進步起 著非常重要的作用 1 驅(qū)動方式的改變 20 世紀 70 年代后期 日本安川電動機公司研制開發(fā)出了第一臺全電動的工業(yè)機器人 而此 前的工業(yè)機器人基本上采用液壓驅(qū)動方式 與采用液壓驅(qū)動的機器人相比 采用伺服電動機驅(qū) 動的機器人在響應(yīng)速度 精度 靈活性等方面都有很大提高 因此 也逐步代替了采用液壓驅(qū) 動的機器人 成為工業(yè)機器人驅(qū)動方式的主流 在此過程中 諧波減速器 R V 減速器等高性能 減速機構(gòu)的發(fā)展也功不可沒 近年來 交流伺服驅(qū)動已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式 直線電動機等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展 2 信息處理速度的提高 機器人的動作通常是通過機器人各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機的運動而實現(xiàn)的 為了使機器人完 成各種復(fù)雜動作 機器人控制器需要進行大量計算 并在此基礎(chǔ)上向機器人的各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動 電動機發(fā)出必要的控制指令 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展 C P U 的計算能力有了很大提高 機器 人控制器的性能也有了很大提高 高性能機器人控制器甚至可以同時控制 20 多個關(guān)節(jié) 機器人 控制器性能的提高也進一步促進了工業(yè)機器人本身性能的提高 并擴大了工業(yè)機器人的應(yīng)用范 圍 近年來 隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息 并 在此基礎(chǔ)上進行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢 3 傳感器技術(shù)的發(fā)展 機器人技術(shù)發(fā)展初期 工業(yè)機器人只具備檢測自身位置 角度和速度的內(nèi)部傳感器 近年 來 隨著信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展 觸覺 力覺 視覺等外部傳感器已經(jīng)在工業(yè) 機器人中得到廣泛應(yīng)用 各種新型傳感器的使用不但提高了工業(yè)機器人的智能程度 也進一步 拓寬了工業(yè)機器人的應(yīng)用范圍 二 設(shè)計 論文 的基本內(nèi)容 擬解決的主要問題 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械手采用液壓為動力 PC 程序控制 機身為液壓油缸 結(jié)構(gòu)簡單且剛性好 機身回轉(zhuǎn)采 用葉片回轉(zhuǎn)油缸 手臂的伸縮和手腕回轉(zhuǎn)仍然采用直線油缸和回轉(zhuǎn)葉片缸 油缸是手臂 手腕及 機座的主體 各油缸即有自身的運動 又有空間中的相對運動 既作為傳遞運動的執(zhí)行機構(gòu) 又作為支承機構(gòu) 機械手和液壓驅(qū)動系統(tǒng)及油箱安裝在一個底板上 便于在生產(chǎn)線上定位安裝 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計 按照生產(chǎn)線工藝 可知裝卸機械手主要有 機身伸降和回轉(zhuǎn) 手臂伸縮 手腕回轉(zhuǎn) 手指夾緊等 動作 設(shè)計相應(yīng)的幾個液壓控制回路來實現(xiàn) 液壓系統(tǒng)采用 O 型電磁換向閥換向 單向調(diào)速閥調(diào) 速及采用限位器來協(xié)調(diào)機械部分和控制部分的工作 采用雙聯(lián)油泵供油 既能實現(xiàn)分步運動又能 滿足需要大流量時的合流 3 控制系統(tǒng)設(shè)計 機械手各部分動作均由液壓驅(qū)動 機身上升和下降 手臂伸出和縮回 回轉(zhuǎn)均由雙線圈雙位電 磁閥控制 即 當伸出時 伸出方向的電磁閥通電 機械手伸出 若斷電時 機械手停止伸出 只有當回縮電磁閥通電時 機械手才回縮 而手指夾緊和定位都是使用的單線圈雙位電磁閥來 控制 當線圈通電時 手指夾緊 斷電時則松開 機械手的下降 上升 旋轉(zhuǎn)等動作的轉(zhuǎn)換 由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制 而夾緊 放松兩個動作的轉(zhuǎn)換是由時間延遲來控制 4 擬解決的主要問題 1 整體方案的設(shè)計 2 手部 腕部 臂部和機身等結(jié)構(gòu)的方案選擇和設(shè)計 3 機械手運動分析 4 各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 5 裝配圖設(shè)計 三 技術(shù)路線 研究方法 1 圓柱坐標式機械手結(jié)構(gòu)分析 2 手部的選擇和設(shè)計 3 腕部的選擇和設(shè)計 4 臂部的選擇和設(shè)計 5 機械手運動分析 6 機身的選擇和設(shè)計 7 繪制裝配裝配圖 8 零件圖設(shè)計 9 撰寫設(shè)計說明書 四 進度安排 1 調(diào)研 查閱相關(guān)文獻 寫開題報告 第 1 2 周 3 月 2 日 3 月 15 日 2 擬定整體方案 第 3 周 3 月 16 日 3 月 22 日 3 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的手部 第 4 周 3 月 23 日 3 月 29 日 4 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的腕部 第 5 周 3 月 30 日 4 月 5 日 5 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的臂部 第 6 周 4 月 6 日 4 月 12 日 6 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的機身結(jié)構(gòu) 第 7 周 4 月 13 日 4 月 16 日 7 完成機械手的運動結(jié)構(gòu)分析 第 8 周 4 月 17 日 4 月 23 日 8 完成零件圖的繪制 第9 10周 4月24日 5月5日 9 總裝配圖的繪制 第 11 12 周 5 月 6 日 5 月 18 日 10 審核修改 準備答辯 第 13 14 周 5 月 19 日 5 月 31 日 小四號宋體 加粗 五 參考文獻 1 張慧慧 費仁元 機器人機械設(shè)計和分析 M 北京工業(yè)大學出版社 1998 年 9 月 日 杜祥瑛 工業(yè)機器人及其應(yīng)用 M 機械工業(yè)出版社 2004 年 許果 王峻峰 何松齡 一種基于 SCARA 機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 J 機械工程師 2005 年第 4 期 孫兵 趙斌 梁海峰 PLC 在物料搬運機械手控制中的應(yīng)用 可編程控制器與工廠自動化 PLC FA 2004 年 11 期 孫兵 趙武 施永輝 物料搬運機械手的研制 J 南通紡織職業(yè)技術(shù)學院學報 2005 年第 8 期 6 濮良貴 紀名剛 機械設(shè)計 J 高等教育出版社 2001 6 7 王世剛 苗淑杰 機械設(shè)計實踐 M 哈爾濱工程大學出版社 2003 2 8 劉品 李哲 機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ) M 哈爾濱工業(yè)大學出版社 2005 1 9 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第二冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 10 機械設(shè)計手冊 編委會編 機械設(shè)計手冊 第三冊 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 11 蔡小華 薛小雯 在 CAD 環(huán)境下利用 VB 實行范成法加工齒輪的仿真 A 無錫職業(yè)學院學報 2008 6 12 殷素峰 張文麗 基于 VB 和 AutoCAD 實現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模 A 機械工程于自動化 2008 10 13 Joseph Constanse DFMA leaming to Design for Manufacture and Assembly Meeh Erg 1992 14 G Boothroyd and P Dewhurst Product Design foe Manufacture and Assembly M Manuf Eng 1998 15 Shad Dowlastahahi A Comparison of Approach to Concurrent Engineering M Adv Manuf Tech 1994 六 備注 指導教師意見 簽字 年 月 日