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1、無錫太湖學院畢業(yè)設計（論文）開題報告題目：四自由度棒料搬運機械手設計機電系機械工程及其自動化專業(yè)學號：0923076學生姓名：陳華指導教師：馮鮮（職稱：講師）（職稱：）2012年11月26日課題來源隨著世界經濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代科學技術的進步,物流產業(yè)作為國民經濟中一個新興的服務部門,正在全球范圍內迅速發(fā)展.在國際上,物流產業(yè)被認為是國民經濟發(fā)展的動脈和基礎產業(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,被喻為促進經濟發(fā)展的“加速器”.物流產業(yè)是指鐵路、公路、水路、航空等基礎設施,以及工業(yè)生產、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業(yè).國民經濟各
2、個領域的物流經濟實體從橫向構成了物流產業(yè).這個產業(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、外貿等行業(yè)中的一半領域,還涉及到機械、電器業(yè)中的物流裝備生產行業(yè)和國民經濟所有行業(yè)的供應、生產、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率。例如,目前在我國的許多中小型生產行業(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,為進一步實用化
3、做好充分準備。機械手是工業(yè)自動控制領域中經常遇到的一種控制對象.是一種模仿人手動作，并按設定程序，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,應用面非常廣泛。工業(yè)生產中常用的進行水平/垂直位移的機械設備的動作由氣缸驅動，氣缸又又相應的電磁閥控制，該機械手除外形尺寸比實物小些以外,其結構、原理及功能與實際的機械手是完全一致的?？茖W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晶。隨著近代的工業(yè)革命，機器產業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主
4、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，而且涵蓋了許多領域，應用的范疇十分廣闊。工業(yè)機器人是典型的機電一體化高技術產品。在許多生產領域，它對于提高生產自動化水平，提高勞動生產率、產品質量和經濟效益，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
5、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，而且定位精度相當高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進行各種操作。國內現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢物流這一概念的形成和物流管理學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
6、且在鐵路工業(yè)中應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，作相應的變更。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（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，通過安裝在手指內的壓力敏感元件產生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件?？傊S著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)
7、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)。研究內容本設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。本設計中的機械手有四個自由度，由底座的旋轉，手臂的升降，手臂的伸縮，手爪的旋轉組成。本設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把棒料從指定點搬運到另一指定點，并把棒料翻轉過來。通過對機械手的相應控制還可實現(xiàn)對棒料的排列。擬采取的研究方法、技術路線、實驗方案及可行性分析由設計要求本設計機械手實現(xiàn)的作用：自動線
8、上有A,B兩條輸送帶，之間距離為0.7米，現(xiàn)設計機械手將一棒料翻轉過來。確定為四自由度的機械手。其中2個為旋轉，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)的技術基礎是精巧的機械結構設計和良好的伺服控制驅動。本次設計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設計內容和需求確定機械手，利用步進電機驅動和諧波齒輪傳動來實現(xiàn)機器人的旋轉運動；利用另一臺步進電機驅動滾珠絲杠旋轉，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；考慮到本設計中的機械手工作范圍不大，故利用氣缸驅動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；末端夾持器則選用氣爪來做夾持器，用小型氣缸驅動夾緊。氣爪的旋轉則由與氣爪連接的擺動
9、氣缸實現(xiàn)。研究計劃及預期成果研究計劃：2012年11月12日2012年11月18日：按照任務書要求查閱論文相關參考資料，填寫畢業(yè)設計開題報告書。2012年11月19日2012年11月24日：填寫畢業(yè)實習報告。2012年11月25日2012年12月2日：按照要求修改畢業(yè)設計開題報告。2013年12月3日2013年12月17日：學習并翻譯一篇與畢業(yè)設計相關的英文材料。2013年1月11日2013年1月15日：PLC程序設計。2013年1月21日2013年2月2日：CAD設計。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)在機械手工作范圍內把棒料從指定點搬運到另一指定點，并把棒料翻轉過來。通過對機械手的相應控制還可實現(xiàn)對棒料的排列。特色或創(chuàng)新之處采用多自由度，可一定程度的模擬人手動作?？膳浜弦恍┖唵蔚墓ぞ卟⑿惺褂?。已具備的條件和尚需解決的問題機械爪通用性不強，有一定的限制。指導教師意見指導教師簽名：年月日
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