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哈爾濱理工大學榮成學院
畢業(yè)設計（論文）
開 題 報 告
學生姓名 廉天雪
學 號 1030060135
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機械10-1
指導教師 王春義
2014 年 3 月 5 日
課題題目及來源：
題目：汽車工業(yè)用裝裝卸機械手結構設計
來源：“機械結構設計”企業(yè)合作項目（指導教師制定題目）
課題研究的意義和國內外研究現(xiàn)狀：
課題研究意義
工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，并已成為現(xiàn)代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。
在生產實踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進行合理的安排，組成一條自動流水加工線。但在流水線上加工時，搬運工作由人工完成，不可避免地存在著勞動強度大、生產安全難以保障、定位精度不高等問題，嚴重影響了生產質量、生產效率和單位的經濟效益。當生產效率很高時，為了減少工人數(shù)量，改善工人的勞動條件，提高勞動生產率這就需要使自動線上工件搬運自動化。于是針對這一問題就提出了要研制一種搬運機械手來代替工人實現(xiàn)工件的搬運上線,并且能滿足定位和重復定位精度。用搬運機械手來代替工人搬運工件可以減輕工人的勞動強度，減少自動線上的工人數(shù)目，同時也提高了生產效率并且精度也得到了保障。
國內研究現(xiàn)狀
我國目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人以應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的差距，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距。以上原因主要是沒有形成機器人產業(yè)，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，品種規(guī)模多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量可靠性也不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術，對產品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業(yè)化進程。
國外研究現(xiàn)狀
國外在機器人領域發(fā)展較快，近幾年有如下幾個趨勢:
(1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從2001年的10.3萬美元降至2007年的65萬美元。
(2)機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。
(3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構:大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
(4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術在產品化系統(tǒng)中已有成熟應用。
(5)虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。
(6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。
(7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產品:機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業(yè)，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術，對產品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業(yè)化進程。我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。
課題研究的主要內容和方法，預期目標及研究過程中研究步驟、方法及措施：
研究內容
研究內容：根據給定的工況條件和基本要求，從機械原理和機械結構對搬運機械手進行具體的分析和設計。對機械手的傳動、驅動等主要部件進行選型和校核，并結合原理圖等對整個系統(tǒng)的工作方法和原理進行描述。應該機械手有兩個自由度，均為移動自由度，綜合機械手的工作載荷和工作現(xiàn)場環(huán)境對機械手布局以及定位精度的具體要求，手臂運動均為直線運動，液壓部分采用采用單活塞桿液壓缸來實現(xiàn)直線往復運動。
設計大綱
第一．引言
機械手的概念；機械手的簡史；機械手的組成；機械手的生產應用簡述
第二．機械手的設計
機械手的總體設計；機械手的手部設計；機械手的手臂設計；機械手的驅動系統(tǒng)設計
第三．液壓系統(tǒng)設計與計算
確定液壓系統(tǒng)基本方案；擬定液壓執(zhí)行元件運動控制回路；液壓源系統(tǒng)的設計；繪制液壓系統(tǒng)圖；確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；選擇液壓元件；液壓系統(tǒng)性能的驗算
第四．機械手控制系統(tǒng)的設計
機械手控制系統(tǒng)硬件設計；機械手的作業(yè)流程；機械手操作面板布置；控制器的選型；控制系統(tǒng)原理分析；PLC外部接線設計
第五．總結與展望，最后結束。
解決的問題
機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓住工件或工具的部件，根據被抓住工件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式。機械手配件運動機構，使手部完成各種轉動、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。
本文應解決該曲軸搬運機械手的結構部件，液壓部分以及電路控制部件設計。
預期目標
對汽車曲軸的生產常常需要將上料、加工、卸料等工序進行合理的安排，組成一條自動流水加工線。設計中采用液壓機構驅動機械手具有結具有結構簡單，尺寸緊湊，重量輕，控制方便，驅動力大等特點。設計中擬用的PLC電氣控制與液壓系統(tǒng)結合，技術成熟，易于實現(xiàn)，且保證了工件搬運過程中的快、準、穩(wěn)，達到了預期設計目標。
研究步驟、方法及措施
第一階段：準備階段：了解工業(yè)機器人的現(xiàn)狀和發(fā)展，查閱課題相關的國內外文獻，擬訂設計思路。
第二階段：設計階段：確定總體設計方案，根據課題給定的工況條件和基本要求進行設計計算，確定主要參數(shù)，對所得數(shù)據結果進行分析、處理，對機械手系統(tǒng)的傳動、驅動等主要部件進行選型和校核。
第三階段：制圖階段：整理各類資料和數(shù)據，利用CAD制圖，分別做出系統(tǒng)的總裝圖及各部件的裝配圖和零件圖。
第四階段：總結階段：撰寫設計說明書，檢查圖紙，準備答辯。
課題研究所需的參考文獻：
［1］孫桓，陳作模，葛文杰．機械原理．北京：高等教育出版社，2006
［2］濮良貴，紀名剛．機械設計．北京：高等教育出版社，2006
［3］徐福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2007
［4］劉鴻文．材料力學．北京：高等教育出版社，2004
［5］張世昌，李旦，高航．機械制造技術基礎．北京：高等教育出版社，2007
［6］毛平淮．互換性與測試技術．北京：機械工業(yè)出版社，2006
［7］杜志?。I(yè)機器人的應用與發(fā)展趨勢．北京：機械工業(yè)出版社，2002
［8］朱世強，王宣銀．機器人技術及其應用．杭州：浙江大學出版社，2006
［9］原魁．工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢．中國科學院自動化研究所，2007
［10］萩原方彥（日）．機械實用手冊．科學出版社，2007年第2版
［11］周恩濤，周士昌．液壓驅動機械手的神經網絡控制．中國機械工程第12卷第4期，2001．4
［12］張新聚，曹慧琴，楊雪．程控通用機器人的設計．液壓與氣動2007年第2期，2007
［13］陳愛珍．日本工業(yè)機器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀．機械工程師2008年第7期，2008
［14］工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談．自動化博覽2007年4月刊，2007．4
［15］趙臣，王剛．我國工業(yè)機器人產業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調研報告．機器人技術與應用，2009.3
［16］Fathi Ghorbel, John Y. Hung, and Mark W. Spong. Adaptive Control of Flexible-Joint Manipulators. IEEE Control Systems Magazine, 1989.10, 9-13
［17］D. Black. A Modular Approach to Robotic Automation of DOE Applications. ARM Automation, Inc 2000.7
指導教師審查意見：
指導教師簽字：
2013 年 3 月 6 日
指導委員會意見審核意見：
組長簽字：
2013 年 3 月 8 日