開題報告-曲軸加工搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計（圓柱坐標(biāo)）

SY-0SY-025-BY-3畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名系部汽車工程系專業(yè)、班級車輛工程B05-18班指導(dǎo)教師姓名職稱教授從事專業(yè)車輛工程是否外聘□是√否題目名稱曲軸加工搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計（圓柱坐標(biāo)）一、課題研究現(xiàn)狀，選題的目的、依據(jù)和意義1．目的和意義機(jī)械手具有減輕勞動強(qiáng)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的作用在自動化領(lǐng)域特別是在高溫、有毒、放射、易燃易爆等惡劣環(huán)境內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其中氣動機(jī)械手因具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、易于控制、柔性化程度高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，成為生產(chǎn)線的首選。對汽車發(fā)動機(jī)曲軸加工也起到了重要作用。所以我們應(yīng)了解國內(nèi)外工業(yè)機(jī)械手的研究、設(shè)計和應(yīng)用狀況，掌握機(jī)械手的未來發(fā)展趨勢。熟悉工業(yè)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)、工作原理、保養(yǎng)和維護(hù)方法等。鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識，獨(dú)立完成分析和設(shè)計的能力。研究、開發(fā)和設(shè)計機(jī)械手是從二十世紀(jì)中葉開始的，隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計算控制技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展，并涉及到人類社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)、加工中的廣泛應(yīng)用。本設(shè)計是在綜合多種工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想，根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)曲軸加工的特點(diǎn)提出的，具有一定的理論、設(shè)計水平和應(yīng)用價值。2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)一些如抓取、操作等動作，通過平臺的移動來擴(kuò)大機(jī)械手的工作空間，使機(jī)械手能以更適合的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和社會需求的高漲，移動機(jī)械手逐漸應(yīng)用于易爆、易燃物品的裝配、搬運(yùn)或挖掘拆卸，以及消防滅火、防爆、反恐等高度危險環(huán)境，用于代替人類或輔助人類完成人所不能、不適或力所不及的工作。所以，在汽車發(fā)動機(jī)曲軸加工上的應(yīng)用也是必不可少的。目前，機(jī)械手受到了世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家的高度重視，許多國家都將其列入本國的高技術(shù)研究發(fā)展計劃或國家的關(guān)鍵技術(shù)研究發(fā)展計劃。在我國，機(jī)械手的應(yīng)用還不如汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家。從目前情況看，其主要原因是:機(jī)械手不僅需要載體平臺的穩(wěn)定移動，而且要求機(jī)械手穩(wěn)定的執(zhí)行操作，亦即在保證協(xié)調(diào)控制時必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的運(yùn)動能力和環(huán)境適應(yīng)能力決定了機(jī)械手的作業(yè)性能。目前，工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運(yùn)中。極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機(jī)械手大量的應(yīng)用到物流搬運(yùn)機(jī)器人領(lǐng)域。在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標(biāo)任務(wù)，采取多種運(yùn)動方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的。驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機(jī)器人多種驅(qū)動方式的情況，有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，伺服電機(jī)驅(qū)動等等。愈來愈多的搬運(yùn)機(jī)器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)。并且在它的控制精度方面和搬運(yùn)效率方面有了很大的提高。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面，出現(xiàn)了多種控制方式。如：由原始的電控的機(jī)械手，較先進(jìn)的基于工控機(jī)控制的，基于PC控制的，進(jìn)一步的嵌入式PC控制技術(shù)，還有采用PLC可編程控制的。在物料搬運(yùn)方面近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化。無論是我國還是國外，物料搬運(yùn)的發(fā)展都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備，由單機(jī)走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著JIT，

FMS，

CIMS等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對物料搬運(yùn)系統(tǒng)也提出了新的要求。其特點(diǎn)是力求減少庫存、壓縮等待和輔助時間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時到達(dá)要求的地點(diǎn)。這一趨勢在機(jī)械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用。其中采用了機(jī)器人等先進(jìn)的物料搬運(yùn)技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)水平提高。當(dāng)代工業(yè)機(jī)器手技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)城的擴(kuò)大和機(jī)器人種類的增多。另一方面表現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。前者是指應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓寬，后者是在性能及水平上的縱向提高。機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)城的拓寬和性能水平的提高二者相輔相承、相互促進(jìn)。應(yīng)用領(lǐng)城的擴(kuò)大對機(jī)器人不斷提出斷的要求，推動機(jī)器人技術(shù)水平的提高.反過來，機(jī)器人性能與智能水乎的提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能。20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)機(jī)器手技術(shù)逐漸成熟，并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及的過程中，下面三個方面的技術(shù)進(jìn)步起著非常重要的作用。（1）驅(qū)動方式的改變20世紀(jì)70年代后期，日本安川電動機(jī)公司研制開發(fā)出了第一臺全電動的工業(yè)機(jī)器人，而此前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動方式。與采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人相比，采用伺服電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)器人在響應(yīng)速度、精度、靈活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人，成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。在此過程中，諧波減速器、R

V減速器等高性能減速機(jī)構(gòu)的發(fā)展也功不可沒。近年來，交流伺服驅(qū)動已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式，直線電動機(jī)等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展。（2）

信息處理速度的提高機(jī)器人的動作通常是通過機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)的運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)的。為了使機(jī)器人完成各種復(fù)雜動作，機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計算，并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)發(fā)出必要的控制指令。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，C

P

U的計算能力有了很大提高，機(jī)器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機(jī)器人控制器甚至可以同時控制20多個關(guān)節(jié)。機(jī)器人控制器性能的提高也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高，并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。近年來，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢。（3）傳感器技術(shù)的發(fā)展機(jī)器人技術(shù)發(fā)展初期，工業(yè)機(jī)器人只具備檢測自身位置、角度和速度的內(nèi)部傳感器。近年來，隨著信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，觸覺、力覺、視覺等外部傳感器已經(jīng)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。各種新型傳感器的使用不但提高了工業(yè)機(jī)器人的智能程度，也進(jìn)一步拓寬了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題1．結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)械手采用液壓為動力，PC程序控制。機(jī)身為液壓油缸，結(jié)構(gòu)簡單且剛性好，機(jī)身回轉(zhuǎn)采用葉片回轉(zhuǎn)油缸，手臂的伸縮和手腕回轉(zhuǎn)仍然采用直線油缸和回轉(zhuǎn)葉片缸，油缸是手臂、手腕及機(jī)座的主體。各油缸即有自身的運(yùn)動，又有空間中的相對運(yùn)動，既作為傳遞運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又作為支承機(jī)構(gòu)。機(jī)械手和液壓驅(qū)動系統(tǒng)及油箱安裝在一個底板上，便于在生產(chǎn)線上定位安裝。2．液壓系統(tǒng)設(shè)計按照生產(chǎn)線工藝，可知裝卸機(jī)械手主要有:機(jī)身伸降和回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手腕回轉(zhuǎn)、手指夾緊等動作。設(shè)計相應(yīng)的幾個液壓控制回路來實(shí)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)采用O型電磁換向閥換向、單向調(diào)速閥調(diào)速及采用限位器來協(xié)調(diào)機(jī)械部分和控制部分的工作。采用雙聯(lián)油泵供油，既能實(shí)現(xiàn)分步運(yùn)動又能滿足需要大流量時的合流。3．控制系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械手各部分動作均由液壓驅(qū)動，機(jī)身上升和下降、手臂伸出和縮回、回轉(zhuǎn)均由雙線圈雙位電磁閥控制。即:當(dāng)伸出時，伸出方向的電磁閥通電，機(jī)械手伸出;若斷電時，機(jī)械手停止伸出，只有當(dāng)回縮電磁閥通電時，機(jī)械手才回縮。而手指夾緊和定位都是使用的單線圈雙位電磁閥來控制，當(dāng)線圈通電時，手指夾緊;斷電時則松開。機(jī)械手的下降、上升、旋轉(zhuǎn)等動作的轉(zhuǎn)換，由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制;而夾緊、放松兩個動作的轉(zhuǎn)換是由時間延遲來控制。4．?dāng)M解決的主要問題（1）整體方案的設(shè)計；（2）手部，腕部，臂部和機(jī)身等結(jié)構(gòu)的方案選擇和設(shè)計；（3）機(jī)械手運(yùn)動分析； （4）各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算；（5)裝配圖設(shè)計；三、技術(shù)路線（研究方法）1.圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析；2.手部的選擇和設(shè)計；3.腕部的選擇和設(shè)計；4.臂部的選擇和設(shè)計；5.機(jī)械手運(yùn)動分析；6.機(jī)身的選擇和設(shè)計；7．繪制裝配裝配圖；8.零件圖設(shè)計；9.撰寫設(shè)計說明書。四、進(jìn)度安排1．調(diào)研，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，寫開題報告；第1、2周（3月2日～3月15日）2．?dāng)M定整體方案；第3周（3月16日～3月22日）小四號宋體，加粗3．根據(jù)給定的自由度，參數(shù)選擇合適的手部；第4周（3月23日～3月29日）小四號宋體，加粗4．根據(jù)給定的自由度，參數(shù)選擇合適的腕部；第5周（3月30日～4月5日）5．根據(jù)給定的自由度，參數(shù)選擇合適的臂部；第6周（4月6日～4月12日）6．根據(jù)給定的自由度，參數(shù)選擇合適的機(jī)身結(jié)構(gòu)；第7周（4月13日～4月16日）7．完成機(jī)械手的運(yùn)動結(jié)構(gòu)分析；第8周（4月17日～4月23日）8．完成零件圖的繪制；第9、10周（4月24日～5月5日）9．總裝配圖的繪制；第11、12周（5月6日～5月18日）10．審核修改，準(zhǔn)備答辯。第13、14周（5月19日～5月31日）五、參考文獻(xiàn)[1]張慧慧，費(fèi)仁元．機(jī)器人機(jī)械設(shè)計和分析[M]，北京工業(yè)大學(xué)出版社1998[２]杜祥瑛．工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年

[３]許果，王峻峰，何松齡．一種基于SCARA機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]，機(jī)械工程師2005年第4期[４]孫兵，趙斌，梁海峰．PLC在物料搬運(yùn)機(jī)械手控制中的應(yīng)用，可編程控制器與工廠自動化(PLCFA)，2004年11期[５]孫兵，趙武，施永輝．物料搬運(yùn)機(jī)械手的研制[J]，南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005年第8期[6]濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計[J]高等教育出版社：2001，6．[7]王世剛，苗淑杰.機(jī)械設(shè)計實(shí)踐[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社，2003.2.[8]劉品，李哲．機(jī)械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.1.[9]《機(jī)械設(shè)計手冊》編委會編.機(jī)械設(shè)計手冊第二冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8[10]《機(jī)械設(shè)計手冊》編委會編.機(jī)械設(shè)計手冊第三冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8[11]蔡小華，薛小雯．在CAD環(huán)境下利用VB實(shí)行范成法加工齒輪的仿真[A].無錫職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2008.6[12]殷素峰，張文麗．基于VB和AutoCAD實(shí)現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模[A]，機(jī)械工程于自動化，2008.10[13]JosephConstanse．DFMAleamingtoDesignforManufactureandAssembly，Meeh，Erg，1992[14]G.