3940 自動送料機械手的設(shè)計

3940 自動送料機械手的設(shè)計,自動,機械手,設(shè)計 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名 ： 尚征瑞學(xué) 號：05010133專 業(yè) ： 機械工程及自動化設(shè) 計 (論 文 )題 目 ： 送料機械手的設(shè)計指 導(dǎo) 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(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)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(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)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(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3． “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) 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?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 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(shè)計的過程。同時闡述了機械手在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，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(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(xí)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(dāng)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(yīng)用到國民經(jīng)濟，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)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(shù)基礎(chǔ)是精巧的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)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(dá)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(fù)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(rèn)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(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)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(yīng)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(guān)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(chǔ)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(dāng)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(shè)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(wù)。(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(chǔ)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(dān)的作業(yè)的特點，工業(yè)機械手可分為以下三類：(a)承擔(dān)搬運工作的機械手：這種機械手在主要工藝設(shè)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(fù)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(yīng)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(shè)計參數(shù)及技術(shù)要求(1)原始數(shù)據(jù)：(a)生產(chǎn)綱領(lǐng)：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(shù)要求(a)坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)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(lǐng)的要求即可。(d)控制方式：起止設(shè)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(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)，進行機械手抓取機構(gòu)設(shè)計；(2)進行液壓系統(tǒng)原理設(shè)計，并畫草圖；(3)進行機座機身的結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)用 AutoCAD 技術(shù)對機械手進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和液壓傳動原理設(shè)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(shè)定。參 考 文 獻(xiàn)[1] 徐灝.機械設(shè)計手冊 3[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998.[2] 徐灝.機械設(shè)計手冊 4[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998.[3] 徐灝.機械設(shè)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(xué)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(xué)技術(shù)出版社,2005.[6] 《機床設(shè)計手冊》編寫組.機床設(shè)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(xué)工程畫教教研室，1998.[9] 李恒權(quán)，朱明臣，王德云.畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書[M].山東：青島海洋出版社，1990.[10] 王棟梁.機械基礎(chǔ)[M].北京：機械基礎(chǔ)，1995.[11] 隆生.Solid Works 設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.[12] 黃鶴汀.機械制造技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.[13] 吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)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(shè)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(shè) 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(guān)裝置之間的聯(lián)系。2 要采用的手段1) 在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料。通過書籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的夾具設(shè)計的發(fā)展動向，盡量在保證原來參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設(shè)計具有實用性和時代性。2) 通過老師的指導(dǎo)。通過老師的指導(dǎo)，可以便捷地設(shè)計步驟。3) 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。網(wǎng)上有很多關(guān)于機械手設(shè)計指導(dǎo)。4) 用相關(guān)的繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖。學(xué)習(xí) AutoCAD、Pro/Engineer 等軟件，繪出零件圖和裝配圖。同時對照課題任務(wù)的內(nèi)容和要求，對具體參數(shù)進行設(shè)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(dǎo)老師的指導(dǎo)對每一個可執(zhí)行的方案進行最后的分析和確認(rèn)， 5) 撰寫設(shè)計說明書。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1．對“文獻(xiàn)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(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日