畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告-多功能機(jī)械手設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目名稱多功能送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名吳垠學(xué)號(hào)1008470515專業(yè)班級(jí)機(jī)械10-05班一、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和現(xiàn)狀目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。機(jī)器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過(guò)程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過(guò)示教存貯信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺(jué)的機(jī)器人。它具有尋力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年開(kāi)始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺(jué)、視覺(jué)等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周圍的環(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。截止2010年末，中國(guó)運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量超過(guò)5萬(wàn)臺(tái)，應(yīng)用程度與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距，如運(yùn)行數(shù)量約為日本的1/10、德國(guó)的1/4，可見(jiàn)中國(guó)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)未來(lái)發(fā)展空間較大。根據(jù)2011年3月發(fā)布的《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》，中國(guó)在“十二五”時(shí)期將加快發(fā)展戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。國(guó)務(wù)院在相關(guān)決定中指出：“發(fā)展戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)已成為世界主要國(guó)家搶占新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展制高點(diǎn)的重大戰(zhàn)略”，包括“高端裝備制造產(chǎn)業(yè)”、“新材料產(chǎn)業(yè)”、“新能源產(chǎn)業(yè)”及“節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)”等。前瞻網(wǎng)分析預(yù)測(cè)，今后十年我國(guó)高端裝備制造業(yè)的銷售產(chǎn)值將占全部裝備制造業(yè)銷售產(chǎn)值的30%以上。工業(yè)機(jī)器人行業(yè)作為高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，必將在此期間得到更多的政策扶持，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步增長(zhǎng)。中國(guó)到2014年將成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國(guó)。預(yù)計(jì)到2015年，中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)需求量將達(dá)3.5萬(wàn)臺(tái)，占全球總量的16.9%，成為規(guī)模最大的機(jī)器人市場(chǎng)。專家表示，未來(lái)3年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)復(fù)合增速可達(dá)30%，爆發(fā)性增長(zhǎng)可期。二、機(jī)械手設(shè)計(jì)目的目前，我國(guó)大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，其勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險(xiǎn)性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。為了提高工作效率，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，針對(duì)具體生產(chǎn)工藝，結(jié)合機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用機(jī)械手技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺(tái)上下料機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。本機(jī)械手主要與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化和無(wú)人化。三、機(jī)械手設(shè)計(jì)的意義由于工業(yè)自動(dòng)化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對(duì)工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動(dòng)化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng)，滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過(guò)程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，可以說(shuō)是一舉兩得。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。但目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)具有重要意義。四、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容多功能送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)包括送料機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)、送料機(jī)械手相關(guān)計(jì)算、送料機(jī)械手總體裝配圖、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及送料機(jī)械手部分零件的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。技術(shù)指標(biāo)：抓重2kg自由度數(shù)：4個(gè)最大工作半徑：940手臂回轉(zhuǎn)范圍：0度到180度手腕回轉(zhuǎn)范圍：0度到180度重復(fù)定位精度：3mm。五、具體設(shè)計(jì)方案首先，考慮到是4自由度機(jī)械手，底座采用回轉(zhuǎn)副，通過(guò)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn);利用移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)手臂的上下和左右的移動(dòng)，通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定且剛度較高；末端執(zhí)行器采用內(nèi)撐和外夾相結(jié)合的連桿杠桿式夾持器。比較重要的一點(diǎn)是液壓缸控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。由于液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動(dòng)力，因此驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都較容易實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵在于機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛度的設(shè)計(jì)。因此手臂液壓缸的設(shè)計(jì)原則是液壓缸的直徑取得大一點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。運(yùn)動(dòng)功能簡(jiǎn)圖如圖5.1所示。回轉(zhuǎn)副通