机械手开题报告

本科毕业设计开题报告

题 目：铣床上下料机械手结构与控制系统设计 院 （系）： 机械工程学院 班 级： 机电08-4班 姓 名： 杨绍宝 学 号： 5

指导教师： 李大勇 教师职称： 讲师

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题 目 铣床上下料机械手结构与控制系统设计 来源 工程实际 1、研究目的和意义 目前， 我国的制造业正在迅速发展，但大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代机械行业自动化生产的要求，针对具体生产工艺，结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。我所设计的机床是在生产过程中抓取和移动工件的自动化装置。它能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。 2、国内外发展情况(文献综述) 在我国，西周时期的能工巧匠偃师就研制出能歌善舞的伶人，这是我国最早的关于机器人的记录。机器人一词是1920年由捷克作家卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧《罗莎姆的万能机器人》种首先提出。现代机器人出现于20世纪中期，当时数字计算机已经出现，电子技术也有了长足的发展，在产业领域出现了受计算机控制的可编程的数控机床，人类需要开发机械代替人手去劳动，在这一背景下，机器人技术的研发得到快速发展。 1959年，戴沃尔与美国发明家英格伯格联手制造出第一台工业机器人。 1967年，日本川崎重工公司和丰田公司分别从美国购买了工业机器人Unimation和Verstran的生产许可证。日本从此开始了机器人的研制。20世纪60年代，喷漆弧焊机器人问世并逐步发展应用于工业。 1969年，日本早稻田大学加藤一朗实验室研发出第一台双脚走路机器人。他带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木。 1979年，美国Unimation公司推出通用工业机器人，标志着工业机器人技术已经成熟。 1979年，日本山梨大学牧野洋发明了平面关节型SCARA机器人，该型机器人在以后装配作业中得到广泛的应用。 我国机器人技术起步较晚，从20世纪80年代初才开始。全国第一个机器人研究示范工程1986年在沈阳建成。目前我国已经基本掌握了机器人设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨道规划技术。开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。20世纪90年代中期，国6000m以下深水作业机器人试验成功。以后近十年中，在步行机器人、精密装配机器人、多自由度关节机器人的研制等国际前沿领域，我国逐步缩小了与世界先进水平的差距。但是，目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工控制。第二代机械手设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。 3、研究/设计的目标 设计一个具有三个自由度铣床上下料机械手，对工件能准确的夹取，定位，并装卡。 （1）三个自由度，手臂能旋转360度，能伸缩（伸缩距200mm)，能做起降运动（起升距120mm) （2）动方式选择液压驱驱动 （3）因为在自由度分配上要求机身必须旋转，所以采用圆柱坐标系运动形式。 （4）机械手的加持工件形状为方料，最大加持重量8KG 4、设计方案 （1）.机械手结构设计 运动形式方案选择，为实现不同动作，应选取不同方案。图1中，a为直角坐标型，b为圆柱坐标型，c为球坐标型，d为关节坐标型，e为SCARA型。由于圆柱坐标型位置精度高、运动直观、控制简单、占地面积小，且能实现预期的上下料功能，所以，这里选圆柱坐标型。 机械手机身的设计 机身采用回转与升降结构机身。实现回转的驱动方案有几种，这里采用摆动油 缸驱动，升降油缸在上，回转油缸在下。实现机身回转采用液压马达驱动。 机械手手臂结构设计 手臂采用直线运动机构，常用的有液压缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构及连杆机构等。由于液压缸体积小、重量轻，因而在机械手结构中选用液压驱动。 ④机械手腕部结构设计 手腕设计根据我所设计的机械手的要求，选择单自由度手腕。 ⑤手爪选用双夹钳式机构， ⑥驱动件的设计 （2）.机械手驱动方案的设计 采用液压驱动，液压实现机身的回转与升降，以及各部件的伸缩回转运动。液压控制 简单方便，易于操作。为实现机身的旋转，选用液压马达驱动。手臂伸缩与起降都采用液压缸驱动。 （3）.机械手各参数设计计算 a b c d e 图1(坐标型机器手的五种形式） 5、方案的可行性分析 此机械手共有三个自由度，分别是机械手臂的伸缩，支座的360度旋转，以及支座的起降，能保证机械手在上下以及左右位置的调整。全程动力源是液压系统，安装有压力传感器，实现手臂定位，保证工件装卡定位准确。对于机械手结构的选择，有直角坐标机器人结构，圆柱坐标机器人结构，球坐标机器人结构， 关节型机器人结构，在此选择圆柱坐标型，因为圆柱型坐标能实现支座的回转与升降功能。手爪选用单自由度手爪，即在抓取重物之后实现回转放料，料由气动虎钳自动加紧。如此即可实现机床上下料的功能，所以是可行的。 6、该设计的创新之处 我所设计的铣床上下料机械手的结构形式更加简单，驱动方式更加统一，能很好的实现所需要的动作，而且，手臂加持力更大，拓宽了所持工件的重量范围。具有更强的适应性。 7、设计产品的主要用途和应用领域 代替人手，对工件进行机床上下料，可以对金属材料，也可以对非金属材料进行夹持。机械手的可靠性强，适应面宽，主要应用于国防、航空、汽车等制造行业，在机床的加工车间最为常见。 8、时间进程 第一周 在校查找机床上下料机械手相关资料； 第二-三周 进行毕业实习，在工厂中着重了解其组成部分及工作原理； 第四周 深入性查阅与设计相关的资料，写实习总结和实习日记。对资料进行 理，完成开题报告； 第五-六周 对设计的主要结构进行计算； 第七周 进行CAD草图设计； 第八周 正式CAD绘图设计； 第九周 CAD绘图设计并进行相关修改； 第十周 写说明书、出图； 第十一-十二周 整理说明书及图纸； 第十三周-十四周 对整体检查,对说明书及图纸进行修改； 第十五周 为答辩做准备； 第十六周 答辩。 9、参考文献 1. 濮良贵，纪名刚． 机械设计（第七版）[M]. 北京：高等教育出版社，2000：100-317； 2. 吴振彪.工业机器人[M].武汉：华中科技大学出版社,2008； 3. 王承义. 机械手及其应用[M].北京：机械工业出版社，1981； 4. 费仁元.机器人机械设计和分析[M].北京：北京工业大学出版社， 1997； 5. 龚正等.液压传动与控制[M].上海：上海科学技术出版社，19； 6. 张铁.机器人学[M].广州：华南理工大学出版社，2000； 7. 吴美芳.机器人控制基础[M].北京：中国铁道出版社 ，1992； 8. 侯珍秀.机械系统设计[M].黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，2000； 9. 徐灏主.机械设计手册[J].北京：机械工业出版社， 1991； 10. 邵忍平.机械系统动力学[M].北京：机械工业出版社，2005； 11. 胡玉睿.机械手原理 [M].北京：广播电视大学出版社，2004； 12. 郭洪红.工业机器人运用技术 [M].北京:科学出版社，2010； 13. 高松海.遥控机器人 [M].北京：原子能出版社，1981； 14. T.O.Ekinci,J.R.R.Mayer. International Journal of Machine Tools and Manufacture ，2007； 15.Elmar Schafers,Jens Hamann .Mechatronic Modeling and Analysis of Machine Tools,2008； 16. CHIRIKJIAN G．Kinematics of a metamorphic robotic system．Proc．IEEE／ICRA，1995：449—455． 17. Kolíbal, Z.: The theory of basic kinematic chain structures and its effect on their application in the design of industrial robot positioning mechanisms. CERM Akademické nakladatelství, s.r.o. Brno, 2001, ISBN 80-7204-196-7, p. 71 18. Knoflíček, R.- Marek, J.: Obráběcí centra a průmyslové roboty s paralelní kinematickou strukturou. , 1997. 指导教师意见 教师签字： 年 月 日 开题答辩小组意见： 组长签字： 成员签字： 年 月 日 毕业设计领导小组意见: 组长签字： 年 月 日