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開題報告
題 目
數(shù)控機(jī)床裝夾機(jī)械手的研制
學(xué)生姓名、學(xué)號
專業(yè)
指導(dǎo)教師姓名
職稱
一 研究的背景、意義、文獻(xiàn)綜述
機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)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。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。
機(jī)械手其實在人類科技發(fā)展史上早有先例。早在三國的時候，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬就是中國古代智能的結(jié)晶，其實木牛流馬準(zhǔn)確的說應(yīng)該是機(jī)器人，但正是這些機(jī)器人的研究才有了后來得機(jī)械手。到1954年，電子科學(xué)家德沃爾獲得了一項“可編程序機(jī)械手”的專利，這是一種向人手臂得機(jī)械手，他按程序進(jìn)行工作，這種程序可以根據(jù)不同的工作要求來編制，因此，具有通用性和靈活性，由此熱衷于機(jī)器人研究的物理學(xué)家英格伯格想到如果能制造出這樣的機(jī)器人，可以像人一樣學(xué)習(xí)別人干活的樣子，那將是一件壯舉。
經(jīng)過幾十年發(fā)展現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)了很多類型的機(jī)械手，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。
機(jī)械手主要由手部和運動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)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。運動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個自由度。
很多企業(yè)也致力于機(jī)械手的研發(fā)上，比如上海瓦科自動化設(shè)備有限公司，淇位于上海歷史悠久的工業(yè)生產(chǎn)基地楊浦區(qū)，是一家專業(yè)從事工業(yè)自動化設(shè)備的研發(fā)、制造、銷售為一體的高科技企業(yè)。其生產(chǎn)的機(jī)械手有鐵板搬運機(jī)械手，不銹鋼搬運機(jī)械手及塑料板搬運機(jī)械手。上海蘭凱機(jī)械制造有限公司也是一家專門致力于機(jī)械手的研發(fā)和制造的廠家，主要承接助力機(jī)械手，吊具，工件裝夾集生產(chǎn)流水線的設(shè)計和制造。另外國內(nèi)還有不少廠家也進(jìn)行機(jī)械手的研發(fā)與制造，例如青島鑫環(huán)機(jī)械有限公司，青島海爾機(jī)器人有限公司，富井機(jī)械人有限公司。
隨著整個制造業(yè)向著信息化，智能化，集成化，自動化的方向的發(fā)展。在加工零件的時候，我們?nèi)绻茉诠ぜ难b夾，加工，傳遞工件，包裝上都能實現(xiàn)自動化。那對整個生產(chǎn)率的提高是很大作用，而且可以節(jié)省很多勞動力，而將其注入到其他事情中，那我們就會有更多的精力來專注高新技術(shù)的研發(fā)上，來創(chuàng)造更多的新的成果。
本課題就是在數(shù)控機(jī)床上設(shè)計裝夾機(jī)械手，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能有效節(jié)約勞動力，提高生產(chǎn)效率。
因而，如果能在工件裝夾的環(huán)節(jié)上實現(xiàn)自動化，將會大大縮減繁雜的手工動作，提高工作效率和工作質(zhì)量。
目前，我國的機(jī)械手行業(yè)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，在很多領(lǐng)域已經(jīng)大量用到了機(jī)械手，但是我們必須清楚，我們同一些發(fā)達(dá)國家還是有著不小的差距，盡管我們也能生產(chǎn)制造處機(jī)械手，但是我們的成本明顯過高，而且技術(shù)上也處于劣勢，正是如此，在機(jī)械手的運行精度，可靠性，通用性等衡量指標(biāo)上面，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與發(fā)達(dá)國家，比如美國，日本，德國等。由于機(jī)械手行業(yè)需要扎實的理論基礎(chǔ)，過硬的實踐經(jīng)驗和很高的科技水平，所以，我們國家要想在機(jī)械手行業(yè)取得更大的突破，就必須加大和深入對機(jī)械手的理論研究，投入更多的經(jīng)費到機(jī)械手設(shè)計上來，并大力發(fā)展科技。
由于能力及時間所限，我們設(shè)計的機(jī)械手不可能能達(dá)到上述效果，但是，我們設(shè)計的機(jī)械手是從簡單，經(jīng)濟(jì)，實用的角度出發(fā)，開發(fā)出一類適用與中小型企業(yè)的數(shù)控機(jī)床上的裝夾機(jī)械手。只要設(shè)計的足夠好，我們就能完全盤活中小型企業(yè)的積極性，從而提高生產(chǎn)效率，這樣，中小型企業(yè)也能得到發(fā)展。僅僅是大企業(yè)的發(fā)展是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，機(jī)械手行業(yè)乃至制造業(yè)的發(fā)展的一個重要標(biāo)志就是：產(chǎn)品的適應(yīng)性廣，普遍性強(qiáng)。
二 課題研究的基本內(nèi)容、重點難點及要解決的主要問題
2.1基本內(nèi)容
本論文的初期準(zhǔn)備工作：
（1）查詢，獲得機(jī)械手設(shè)計所需要的第一手資料（一些原始數(shù)據(jù)等）；
（2）熟悉CAXA,CAD,PRO/E等制圖軟件，為后期設(shè)計繪圖做準(zhǔn)備；
（3）了解機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)組成，查閱相關(guān)資料，為后期結(jié)構(gòu)分析做鋪墊。
主要研究內(nèi)容：
（1）綜合考慮各種因素，合適的選擇機(jī)械手基本組成中的一些元件；
（2）通過方案論證，確定裝夾機(jī)械手設(shè)計的最優(yōu)方案；
（3）對機(jī)械手進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析，全方位考慮結(jié)構(gòu)安排的合理性，可靠性，穩(wěn)定性；
（4）確定機(jī)械手的最佳安放位置；
（5）考慮機(jī)械手手爪部分的通用性，盡量實現(xiàn)不同數(shù)控機(jī)床上卻可以用同類機(jī)械手的可能性。
機(jī)械手按控制形式可分為兩類：點位控制型和連續(xù)軌跡控制型。
（1）點位控制型機(jī)械手的運動軌跡是空間兩個點之間的連接。控制點數(shù)越多，性能越好。通過比較分析點位控制型基本能滿足各種要求，且結(jié)構(gòu)簡單。
(2) 連續(xù)軌跡控制型機(jī)械手的運動軌跡是空間的任意連續(xù)曲線，它能在三維空間里做很復(fù)雜的動作，工作性能比較完善，但控制部分較復(fù)雜。
對于我們設(shè)計的用于數(shù)控機(jī)床上的裝夾機(jī)械手來說，由于機(jī)械手只在送料線，卸料線和數(shù)控機(jī)床上的幾個固定位置輪回旋轉(zhuǎn)，因此，我們選擇點位控制型機(jī)械手就能達(dá)到要求。
手臂的坐標(biāo)形式主要有四種基本形式：直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式，關(guān)節(jié)坐標(biāo)式。
（1）直角坐標(biāo)式機(jī)械手：是一種適合于工作位置成行排列或者與傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。它的手臂按照直角坐標(biāo)中的X,Y,Z三個方向運動，其工作范圍只能是直線形式的來回運動
(2) 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手：是應(yīng)用得最多的一類機(jī)械手，主要用于搬運與測量工件。直觀性好，結(jié)構(gòu)簡單，本體占用的空間較小，但動作范圍較大。
（3）球坐標(biāo)式機(jī)械手：它的自由度比較多，應(yīng)用也較廣，主要用于一些較困難的場所，能夠完成較復(fù)雜的動作。
（4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)械手：是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動形式。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適合與在狹窄空間工作。
綜合動作范圍，復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是我們最優(yōu)化的選擇。
2.2主要問題
1總體方案確定，其要求見效尺寸，節(jié)約成本，有實用性。
2關(guān)于擺動汽缸的選擇問題，設(shè)計的數(shù)控裝夾機(jī)械手只是在四個位置輪回旋轉(zhuǎn)。
3所夾持工件的長度和大小的確定，裝夾機(jī)械手有通用性，但通用性也是有限度的，并非什么樣大小的工件都能夾持。
三 課題研究計劃與寫作提綱
（1）設(shè)計步驟：收集設(shè)計資料——根據(jù)所給定的參數(shù)制定總體設(shè)計方案——完成總裝圖及部裝圖——完成零件圖——編寫設(shè)計說明書。
(2)20**年 2月24日----20**年 3月 10 日：
下達(dá)設(shè)計任務(wù)書，明確任務(wù)，熟悉課題，收集資料，上交外文翻譯和開題報告。
20**年 3月11 日－20**年 4 月 14 日：
制定總體方案和設(shè)計計算，繪制總裝圖草圖。
20**年4月 15日----20**年 4月 21日：
中期檢查與整改。
20**年 4 月22日----20**年 5 月26 日：
修改并完成總裝圖及部裝圖，完成有關(guān)零件圖的設(shè)計，編寫設(shè)計說明書。
20**年5月 27日----20**年6 月 2 日：
打印、裝訂、評閱、答辯資格審查。
20**年 6月 3日－20**年 6 月 14 日：
畢業(yè)答辯。
（3）寫作提綱
第1章 概 述
1.1 引言
1.2 一些軟件在機(jī)械手設(shè)計中的應(yīng)用
1.3研究內(nèi)容與意義
1.3.1課題的來源
1.3.2 研究的意義
1.3.3 主要研究內(nèi)容
第2章 數(shù)控裝夾機(jī)械手的總體方案設(shè)計
2.1數(shù)控裝夾機(jī)械手的原理設(shè)計
2.1.1 基本設(shè)計思想
2.1.2基本設(shè)計步驟
2.1.3機(jī)械手的工作流程
2.1.4 機(jī)械手傳動原理
2.2機(jī)械手控制方案選擇
2.2.1控制形式的選擇
2.2.2手臂的坐標(biāo)形式選擇
2.3機(jī)械手的總體構(gòu)成
第3章 數(shù)控機(jī)床裝夾機(jī)械手的詳細(xì)設(shè)計
3.1手爪部分結(jié)構(gòu)設(shè)計與選材
3.1.1手爪的裝配結(jié)構(gòu)
3.1.2手爪的工作過程
3.1.3各部件的選材
3.2手臂的組成與結(jié)構(gòu)分析
3.2.1 前臂的組成與結(jié)構(gòu)分析
3.2.2 中臂的組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.3 底座的組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.4 立柱的組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.4.1 上立柱的組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.4.2 下立柱的組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.5可調(diào)支撐的組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.5.1可調(diào)支撐的結(jié)構(gòu)分析與作用
3.5.2可調(diào)支撐的工作原理：
3.5.3可調(diào)支撐的選材。
第4章 設(shè)計中關(guān)鍵技術(shù)和解決方法
4.1 遇到的問題：
4.1.1 關(guān)于擺動汽缸
4.1.2所夾持工件的長度和大小的確定
4.2 解決方法
4.2.1 擺動汽缸
4.2.2 所夾持工件長度及大小的確定
第5章 結(jié)論與展望
5.1 結(jié)論
5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
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學(xué)生簽名： 年 月 日
指導(dǎo)教師批閱意見
（指導(dǎo)教師應(yīng)對課題研究的思路、方法、對策、措施和預(yù)期成效等做出評價，并提出具體的改進(jìn)意見）
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日