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南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 學 生 姓 名 張廣濟 學 號 1201010160 專 業(yè) 機械工程及自動化 設(shè) 計 論 文 題 目 蘋果裝箱機械手設(shè)計 指 導 教 師 胡小秋 2016 年 1 月 11 日 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)所查閱的文獻資料 每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述 文 獻 綜 述 摘要 裝箱機械手控制系統(tǒng)的研究是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù) 并巳成為 現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分 本文從工作原理和工作結(jié)構(gòu)方面介紹了 裝箱機械手 對控制系統(tǒng)做了簡要說明 并從歷史發(fā)展角度談了裝箱機械手對現(xiàn)代工業(yè) 應用的積極意義與優(yōu)勢 關(guān)鍵詞 裝箱機械手 工作原理 基本結(jié)構(gòu) 1 機械手的作用和意義 在機械工業(yè)中 應用機械手的意義可以概括如下 一 以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送 工件的 裝卸 刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度 從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低 生產(chǎn)成本 1 二 以改善勞動條件 避免人身事故 在高溫 高壓 低溫 低壓 有 灰塵 噪聲 臭味 有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中 用人手直 接操作是有危險或根本不可能的 而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè) 使勞動條件得以改善 三 可以減輕人力 并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用機械手代替人進 行工作 這是直接減少人力的一個側(cè)面 同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作 這是減 少人力的另一個側(cè)面 綜上所述 有效的應用機械手 是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢 2 裝箱機械手及其發(fā)展 2 1 裝箱機械手的工作原理 灌裝生產(chǎn)線上的機械手運行在一個半環(huán)型的軌道上 如圖 1 所示 機械手有四種運 行模式 尋參考點 示教 手動 自動 2 自動運行模式中 機械手根據(jù)瓶子是否 OK 箱子是否 OK 信號自動往復運行于抓瓶子 放瓶子位置 抓瓶子過程中 如果瓶子 OK 機 械手就直接走向抓瓶位置 否則機械手將先走向平衡位置然后等待 直到瓶子 OK 放瓶 子過程和抓瓶過程相似 但是由于此時機械手負重 運行分成三段速度 分別是 speed1 區(qū) 低速 脫離該區(qū)起動瓶子傳送帶 Speed2 高速 Speed3 再低速 進人該區(qū)停止箱子傳 送帶 3 5 圖1 裝箱機械手工作原理示意圖 2 2 裝箱機械手的基本結(jié)構(gòu) 手部 機械手的手部是最重要的執(zhí)行機構(gòu) 是用來握持的部件 如圖 2 所示 6 圖 2 機械手手部機構(gòu)圖 腕部 是連接手部和臀部的部件 并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位 以擴大機械手的 動作范圍 并使機械手變得更靈巧 適應性更強 手腕有獨立的自由度 7 臀部 手臂部件是機械手的重要握持部件 它的作用是支撐腕部和手部 并帶動他 們做空間運動 8 行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu) 本課題的機械手不具有行走機構(gòu) 9 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分 10 按照動力源分為液壓 氣 壓 電動驅(qū)動三大類 根據(jù)需要 也可以將這三種基本類型合成復合式的驅(qū)動系統(tǒng) 11 2 3 機械手控制系統(tǒng) 裝箱機械手的重要指標有快速性 定位精度和平穩(wěn)性等 12 以煤餅生產(chǎn)線的裝箱 工序為例 機械手完成一次動作循環(huán)的時間僅 3 秒鐘左右 裝箱的定位精度需要控制在 2 m m 之內(nèi) 單片微型計算機在功能上與單板微型計算機相當 且具有價格低廉 體 積小結(jié)構(gòu)簡單 可靠性高等優(yōu)點 13 機械手的信號定位是通過側(cè)位開關(guān)發(fā)出位置到達信 號 待 PLC 收到該信號之后立即停發(fā)輸往步進驅(qū)動器的脈沖 從而使步進電機預定位 置 14 控制系統(tǒng)的硬件主要由伺服電機 伺服放大器 人機界面 現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備等組 成 15 系統(tǒng)的通訊設(shè)計中 請求報文和響應報文通過不斷循環(huán)地與伺服放大 器交換過 程數(shù)據(jù)來對伺服放大器進行控制 系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括兩部分 PLC 軟件和 SEW 伺 服軟件 16 2 4 國內(nèi)外研究進展與發(fā)展趨勢 機械手是一種模擬人手操作的自動機械 它可按固定程序抓取 搬運物件或操持工 具完成某些特定操作 17 應用機械手可以代替人從事單調(diào) 重復或繁重的體力勞動 實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化 代替人在有害環(huán)境下的手工操作 改善勞動條件 保證人 身安全 因而廣泛應用于機械制造 冶金 電子 輕工和原子能等部門 20 世紀 40 年 代后期 美國在原子能實驗中 首先采用機械手搬運放射性材料 人在安全間操縱機械 手進行各種操作和實驗 18 50 年代以后 機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門 用于在高 溫 污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料 也作為機床的輔助裝置在自動機床 自動生 產(chǎn)線和加工中心中應用 完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作 我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)起步較晚 比歐美要晚 30 年左右 起步于上世紀 70 年 代 1972 年我國第一臺機械手 在上海開發(fā)成功 隨之全國各省都開始研制和應用機械 手 從第七個五年計劃 1986 1990 年 開始 我國政府大大加 大了對工業(yè)機器人的 重視程度 并且為此項目投入大量的資 金 在眾多學者及研究人員的參與下 研究開 發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人 與此同時 一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來 如機器人專用軸承 減震齒輪 直流伺服電機 編碼器等等 19 國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手 使它具有一定的傳感能 力 能反饋外界條件的變化 作相應的變更 重點是研究視覺功能和觸覺功能 隨著傳 感技術(shù)的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高 更重要的是將機械手 柔性制造 系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合 從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài) 20 3 結(jié)論 經(jīng)實踐證明 裝箱機械手把工人從簡單重復勞動中解脫出來 大大提高了裝箱的效 率 并且安全可靠 對于改進生產(chǎn)線 提高生產(chǎn)率有很大幫助 同時有效解決了該工位 工人的高強 度重復性勞動 降低了企業(yè)的用工成本 具有較好的推廣應用價值 參 考 文 獻 1 張憲民 工業(yè)機器人應用基礎(chǔ) M 北京 機械工業(yè)出版社 2015 2 滕洪春 工業(yè)機器人與機械手 M 北京 電子工業(yè)出版社 2015 3 龔振邦 機器人機械設(shè)計 M 北京 電子工業(yè)出版社 1995 4 吳瑞祥 機器人技術(shù)及應用 M 北京 北京航空航天大學出版社 1994 5 熊有倫 機器人技術(shù)基礎(chǔ) M 武漢 華中理工大學出版社 1996 6 李剛 工業(yè)用碼垛機器人 J 現(xiàn)代制造 2005 24 40 41 7 劉光起 PLC 技術(shù)及其應用 M 北京 化學工業(yè)出版社 2007 8 王乘義 機械手及其應用 M 北京 機械工業(yè)出版社 1985 9 李瑞琴 機械原理 M 北京 國防工業(yè)出版社 2008 10 孫兵 物料搬運機械手研制 J 機電一體化 2005 2 43 45 11 李哲 沖壓機自動上下料機械手研制 J 機械設(shè)計與制造工程 2001 3 35 36 12 劉紅兵 裝出料機械手設(shè)計 J 機械設(shè)計與制造 2003 2 61 62 13 韓思音 煤餅裝箱機械手電氣故障自動診斷系統(tǒng) 江蘇工學院報 1992 14 凌俊杰 裝箱機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 電氣自動化 2006 年第 28 卷第 3 期 15 趙德安 裝箱機械手及其控制系統(tǒng)的設(shè)計江蘇工學院學報 1988 16 黃衛(wèi)庭 基于西門子 S7 200PLC 的機械手控制 1007 9416 2014 01 0009 02 17 杜玉紅 生產(chǎn)線組裝單元氣動搬運機械手的設(shè)計 天津 300160 18 羅璟 氣動機械手的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 綜述與分析 2007 年 08 期 19 王海葉 輕型氣動平動搬運機械手設(shè)計 武漢 430080 20 郭洪武 淺析機械手的應用與發(fā)展趨勢 2012 10 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 開 題 報 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 1 本課題研究的問題 課題為軍工企業(yè)設(shè)計搬運及裝箱機械手 替代人工 實現(xiàn)圓柱形火工品裝箱的機 械化 充分利用箱內(nèi)空間 需要選擇一種最佳的擺放方式 并且設(shè)計出機械手夾持結(jié) 構(gòu) 并且要穩(wěn)定不得有震動 以便可以將其放入包裝箱內(nèi) 2 本課題的研究方法擬采用的研究手段 1 運用 CAD PROE 等 建立相關(guān)模型 2 通過比較堆疊擺放和上下對齊的兩種蘋果擺放方式選擇出一種合適的裝箱方 法 3 了解被夾持對象數(shù)據(jù)并設(shè)計出能最大夾持的結(jié)構(gòu) 4 根據(jù)要求制定機械手運行軌跡 確定工作行程 5 確定已制定方案的可行性 設(shè)計 計算 校核等等 畢 業(yè) 設(shè) 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(shè)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