四自由度棒料搬運機械手設(shè)計開題報告.doc

無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目：四自由度棒料搬運機械手設(shè)計機電系機械工程及其自動化專業(yè)學(xué)號：0923076學(xué)生姓名：陳華指導(dǎo)教師：馮鮮（職稱：講師）（職稱：）2012年11月26日課題來源隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步,物流產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟中一個新興的服務(wù)部門,正在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展.在國際上,物流產(chǎn)業(yè)被認為是國民經(jīng)濟發(fā)展的動脈和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),其發(fā)展程度成為衡量一國現(xiàn)代化程度和綜合國力的重要標志之一,被喻為促進經(jīng)濟發(fā)展的“加速器”.物流產(chǎn)業(yè)是指鐵路、公路、水路、航空等基礎(chǔ)設(shè)施,以及工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)批發(fā)零售和第三方倉儲運輸及綜合物流企業(yè)為實現(xiàn)商品的實體位移所形成的產(chǎn)業(yè).國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的物流經(jīng)濟實體從橫向構(gòu)成了物流產(chǎn)業(yè).這個產(chǎn)業(yè)由鐵道、公路、水運、空運、倉儲、托運等行業(yè)為主體組成,同時還包含了商業(yè)、物資業(yè)、供銷、糧食、外貿(mào)等行業(yè)中的一半領(lǐng)域,還涉及到機械、電器業(yè)中的物流裝備生產(chǎn)行業(yè)和國民經(jīng)濟所有行業(yè)的供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售中的物流活動。近年來工業(yè)自動化的發(fā)展機械器件逐漸成為一門新興的學(xué)科,并得到了較快的發(fā)展。工業(yè)現(xiàn)場的很多重體力勞動必將由機器代替,這一方面可以減輕工人的勞動強度,另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。例如,目前在我國的許多中小型生產(chǎn)行業(yè)中,往往沖壓成形這一工序還需人工上下料,既費時費力,又影響效率。為此我們研制了一套上下料機械手模擬裝置，以此為基礎(chǔ),為進一步實用化做好充分準備。機械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象.是一種模仿人手動作，并按設(shè)定程序，軌跡和要求代替人手抓（吸）取，搬運工件或工具進行操作的自動化裝置。其可以完成許多工作,如搬物、裝配、切割、噴染等等,應(yīng)用面非常廣泛。工業(yè)生產(chǎn)中常用的進行水平/垂直位移的機械設(shè)備的動作由氣缸驅(qū)動，氣缸又又相應(yīng)的電磁閥控制，該機械手除外形尺寸比實物小些以外,其結(jié)構(gòu)、原理及功能與實際的機械手是完全一致的?？茖W(xué)依據(jù)機器人（又稱機械手，機械人，英文名稱：Robot），在人類科技發(fā)展史上其來有自，早在三國時代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。機器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機械手、機械臂的開發(fā)與制作，也是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來，機器人的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。工業(yè)機器人是典型的機電一體化高技術(shù)產(chǎn)品。在許多生產(chǎn)領(lǐng)域，它對于提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益，改善工人勞動條件的作用日見顯著。不少勞動條件惡劣、生產(chǎn)要求苛刻的場合，工業(yè)機器人代替人力勞動已是必然的趨勢。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。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。國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢物流這一概念的形成和物流管理學(xué)科的建立只不過幾十年的歷史,引入我國也僅十幾年時間。但是物流這一概念賴以形成的流通行業(yè)卻已歷史久遠,早在人類社會出現(xiàn)商品交換的時期就已經(jīng)出現(xiàn)了。隨著時間的流逝，物流的發(fā)展趨勢大致可以歸納為以下幾點：物流需求彈性逐年增高,經(jīng)濟增長越來越依賴于物流的發(fā)展。第三方物流的比重逐年增加。進一步加快國際化進程。物流體系綜合化；三流一體化。國外機械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中不僅在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人的勞動強度，而且在鐵路工業(yè)中應(yīng)用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用機械手進行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。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(yīng)的變更。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件?？傊S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)。研究內(nèi)容本設(shè)計中的四自由度棒料搬運機械手，主要是針對圓形棒料的搬運。本設(shè)計中的機械手有四個自由度，由底座的旋轉(zhuǎn)，手臂的升降，手臂的伸縮，手爪的旋轉(zhuǎn)組成。本設(shè)計中的機械手是一種通用型棒料搬運機械手。通過氣爪手指的不同選擇可滿足不同直徑的棒料的搬運。通過示教再現(xiàn)或程序的直接控制可實現(xiàn)在機械手工作范圍內(nèi)把棒料從指定點搬運到另一指定點，并把棒料翻轉(zhuǎn)過來。通過對機械手的相應(yīng)控制還可實現(xiàn)對棒料的排列。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析由設(shè)計要求本設(shè)計機械手實現(xiàn)的作用：自動線上有A,B兩條輸送帶，之間距離為0.7米，現(xiàn)設(shè)計機械手將一棒料翻轉(zhuǎn)過來。確定為四自由度的機械手。其中2個為旋轉(zhuǎn)，兩個為平移。在工業(yè)機器人的諸多功能中，抓取和移動是最只要的功能。這兩項功能的實現(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)容和需求確定機械手，利用步進電機驅(qū)動和諧波齒輪傳動來實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)運動；利用另一臺步進電機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現(xiàn)上下運動；考慮到本設(shè)計中的機械手工作范圍不大，故利用氣缸驅(qū)動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；末端夾持器則選用氣爪來做夾持器，用小型氣缸驅(qū)動夾緊。氣爪的旋轉(zhuǎn)則由與氣爪連接的擺動氣缸實現(xiàn)。研究計劃及預(yù)期成果研究計劃：2012年11月12日2012年11月18日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書。2012年11月19日2012年11月24日：填寫畢業(yè)實習(xí)報告。2012年11月25日2012年12月2日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。2013年12月3日2013年12月17日：學(xué)習(xí)并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。2013年1月11日2013年1月15日：PLC程序設(shè)計。2013年1月21日2013年2月2日：CAD設(shè)計。2013年3月6日2013年5月25日：畢業(yè)論文撰寫和修改工作。預(yù)期成果：通過氣爪手指的不同選擇可滿足小于直徑60mm的棒料的搬運。通過示教再現(xiàn)或程序的直接控制可實現(xiàn)在