開題報告(工業(yè)機械手)

1、戈歹疙南學院畢業(yè)設計（論乂丿開題報吉題目：液壓式工業(yè)機械手總體及機身設計課題類別：設計回論文口學生姓名：趙覓學號：200779250415班級：機電07-02班專業(yè)（全稱）：機械設計制造及其自動化指導教師：王志安2011年3月一、本課題設計（研究）的目的：機械手技術(shù)涉及到電子、機械學、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領(lǐng)域，是一門學科綜合技術(shù)。機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、幫運或操作動作的自動化裝置。本機械手要求完成上料、轉(zhuǎn)位和翻轉(zhuǎn)等多種功能，并按自動線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動作。本設計主要目的是：機械手的總體的設計，滿足機械手的功能要求及各

2、組成部分協(xié)調(diào)工作的要求。機身的設計，滿足機械手臂的支撐及安裝。二、設計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）：1機械手概述機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。在工業(yè)中應用的機械手稱為“工業(yè)機械手（mechanicalhand）早期的機械手的結(jié)構(gòu)和功能都比較簡單，專業(yè)性強，僅能配合某臺主機完成輔助性工作，如抓取工件、上料下料、換夾刀具等。這種機械手稱為專用機械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能夠獨立地按控制程序、自動重復操作的機械手，這種機械手具

3、有能很快地改變程序功能，適應性強，在中小批量、多品種的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用。這種機械手稱為通用機械手，通用機械手又稱為“工業(yè)機器人”（industralrobot），即第一代機器人。機器人在此基礎(chǔ)上得到了進一步發(fā)展，出現(xiàn)了具有某些感覺功能（如視覺、觸覺、聽覺）的機器人，稱為第二代機器人，以后又出現(xiàn)了具有某些思維和語言功能的智能機器人，稱為第三代機器人。2機械手的發(fā)展與現(xiàn)狀它是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生

4、產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手3O機械手首先是從美國開始研制的。954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人。現(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司

5、推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門頁。機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動-傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。執(zhí)行機構(gòu)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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、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。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的

6、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。自由度是機械手設計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。對于現(xiàn)代智能機械手而言、還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機械手“眼睛”，是它能識別物體和躲避障礙物，以及機械手的觸覺裝置。機械手的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單疊加在一起，而是構(gòu)成一個整體。機械手各部分必然存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約的關(guān)系7-9。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機

7、械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(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械手。3機械手的發(fā)展趨勢與前景3.1重復高精度精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復精度是指如果動作重復多次機械手到達同樣位置的精確程度。重復精度比精度更重要，如果一個機器人定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預測的因此可以通過編程予以校正。重復精度限定的是

8、一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，機械手的重復精度將越來越高，它的應用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。3.2模塊化有的公司把帶有系列導向驅(qū)動裝置的機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機械手比組合導向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導向系統(tǒng)裝置使機械手運動自如。模塊化機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能擴大了機械手的應用范圍，是機械手的一個重要的發(fā)展方向。3.3無給油化為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑

9、脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。3.4機電一體化由“可編程序控制器-傳感器-液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應控制液壓元件，使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”；省配線的復合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。隨著科學與技術(shù)的發(fā)展，機械

10、手的應用領(lǐng)域也不斷擴大目前，機械手不僅應用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦，冶金，石油，化學，船舶等領(lǐng)域，同時也已開始擴大到核能，航空，航天，醫(yī)藥，生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔，醫(yī)療康復等服務業(yè)領(lǐng)域中如，水下機器人，拋光機器人，打毛刺機器人,擦玻璃機器人，高壓線作業(yè)機器人，服裝裁剪機器人，制衣機器人，管道機器人等特種機器人以及掃雷機器人，作戰(zhàn)機器人，偵察機器人，哨兵機器人，排雷機器人，布雷機器人等軍用機器人都是機械手應用的典型。機械手廣泛應用于各行各業(yè)而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)服務機器人和家庭用消費機器人將不斷貼近人類生活，其市場將繁榮興旺710。三設計（研究）的重點

11、與難點，擬采用的途徑（研究手段）:1重點：1.1原理方案的確定1.2主要參數(shù)的確定1.3機身的結(jié)構(gòu)設計與校核2難點：整機的性能校核及協(xié)調(diào)設計3采用途徑（研究手段）：3.1原理方案：3.1.1驅(qū)動方式機械手按用途可分為液壓傳動機械手、氣壓氣壓傳動機械手、店里傳動機械手和機械傳動機械手，由于液壓傳動具有單位面積壓力大，體積小，介質(zhì)可壓縮性小，工作平穩(wěn)，并可實現(xiàn)高精度定位及頻繁換向，因為液壓傳動機械手應用最為廣泛。本設計采用液壓式機械手。3.1.2坐標形式機械手的坐標形式有直角坐標式、圓坐標式、球坐標式、多關(guān)節(jié)坐標式。本設計采用回轉(zhuǎn)型機械手，其手臂除了可以伸縮，可以升降外，還可以繞立柱回轉(zhuǎn)。這種機械

12、手與直角坐標式機械手相比，占地面積小而活動范圍大，結(jié)構(gòu)亦較簡單，并能達到較高的定位精度，因而應用廣泛。本設計采圓柱坐標式，回轉(zhuǎn)型機械手。3.2主要參數(shù)3.2.1自由度機械手的自由度標志著機械手具有的功能大小，自由度越大，機械手的動作越靈活，適應性越強，但結(jié)構(gòu)也越復雜。一般通用機械手有5到6個自由度即可滿足要求。本設計為5個自由度機械手。3.2.2抓重機械手的抓重是指機械手手臂所能抓取的物件的最大重量。本設計為中型機械手，最大抓取重量為20kg3.2.3運動速度機械手的運動速度是指在全程范圍內(nèi)的平均運行速度，它反映了機械手的使用效率與生產(chǎn)水平。機械手的運動速度越高，則使用效率越高，生產(chǎn)水平越高；

13、但速度越高，機械手在運動過程中啟動和制動時產(chǎn)生的沖擊和振動也較大，對機械手的定位精度的影響也越大。本設計的速度范圍是：移動速度250mm/s，回轉(zhuǎn)速度50o/s3.2.4行程范圍機械手手臂運動行程范圍與機械手的抓重、坐標形式、驅(qū)動方式、運動速度等多方面因素有關(guān)。一般的說，對于通用機械手，其手臂回轉(zhuǎn)的行程范圍應盡可能大些，使機械手具有較大的通用性。本設計的最大操作范圍為：提升高度1.5m,回轉(zhuǎn)半徑為1m。3.2.5位置精度位置精度是衡量機械手工作質(zhì)量的一項重要指標，它包括位置設定精度和重復定位精度。本設計的定位精度為0.5-1mm。3.3機身的結(jié)構(gòu)設計與校核機身是直接支撐和帶動手臂的部件，并實現(xiàn)

14、手臂的回轉(zhuǎn)、升降、俯仰等運動。設計機身應注意剛度、精度、平穩(wěn)性等幾個方面。3.4整體的性能校核及協(xié)調(diào)設計機械手的整體設計形式，主要取決于機械手的工作要求、運動形式、作業(yè)環(huán)境等。協(xié)調(diào)設計好各組成部分，機身與手臂的連接部分要參數(shù)匹配。手臂和機身的配置形式大致可以分為立柱式、機座式、屈伸式、懸掛式。立柱式的手臂可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小、工作范圍大的特點。本設計采用立柱式。四、設計（研究）進度計劃：1-2周調(diào)研、收集資料3-4周外文翻譯、開題報告5周方案確定6-7周設計計算8-9周結(jié)構(gòu)設計10-11周總裝圖12-14周零部件圖15周撰寫設計說明書16周設計總結(jié)、整理設計資料、準備答辯17周答辯五、參考文獻：天津大學編工業(yè)機械手設計基礎(chǔ)M.天津：天津人民出版社，1980王承義編著機械手及其應用M.北京：機械工業(yè)出版社，1981蔡自興主編機器人學M.清華大學出版社，2000張鐵，謝存禧主編機器人學M.華南理工大學出版社，2001周伯英編著工業(yè)機器人設計M.北京：機械工業(yè)出版社，2