四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)
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畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目
四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手
課題的目的與意義
在社會(huì)不斷發(fā)展的今天,機(jī)器人在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,用機(jī)器的力量代替人力,而將人類從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)是歷史發(fā)展的趨勢(shì)。
近十幾年來(lái),機(jī)器人的開發(fā)不僅越來(lái)越優(yōu)化,而且涵蓋了許多領(lǐng)域,應(yīng)用的范疇十分廣闊。
在工業(yè)上,自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用,如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對(duì)較新的電子設(shè)備,它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。
本設(shè)計(jì)的機(jī)械手是基于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的。在某些勞動(dòng)條件極其惡劣的條件下,工人難以用手工工作,可用本機(jī)械手代替人力勞動(dòng)。
本設(shè)計(jì)為四自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手,其工作方向?yàn)閮蓚€(gè)直線方向和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。
本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手,主要是針對(duì)質(zhì)量少于2KG的圓形棒料的搬運(yùn)。通過(guò)氣爪手指的不同選擇可滿足直徑小于60mm的棒料的搬運(yùn)。
在控制器的作用下,機(jī)械手執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線并把工件翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作.
國(guó)內(nèi)外研究情況
機(jī)器人(又稱機(jī)械手,機(jī)械人,英文名稱:Robot),在人類科技發(fā)展史上其來(lái)有自,早在三國(guó)時(shí)代,諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國(guó)人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命,機(jī)器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。
機(jī)器人的研究從一開始就是擬人化的,所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開發(fā)與制作,也是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái),機(jī)器人的開發(fā)不僅越來(lái)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(jī)器人是典型的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品。在許多生產(chǎn)領(lǐng)域,它對(duì)于提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益,改善工人勞動(dòng)條件的作用日見(jiàn)顯著。不少勞動(dòng)條件惡劣、生產(chǎn)要求苛刻的場(chǎng)合,工業(yè)機(jī)器人代替人力勞動(dòng)已是必然的趨勢(shì)。
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。
工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體,與人相比,可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度,可以搬運(yùn)更重的東西,而且定位精度相當(dāng)高,它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào),自動(dòng)進(jìn)行各種操作。
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。
第二代工業(yè)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。
世界上工業(yè)機(jī)器人萌芽于50年代的美國(guó),經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展,已被不斷地應(yīng)用于人類社會(huì)很多領(lǐng)域,正如計(jì)算機(jī)技術(shù)一樣,機(jī)器人技術(shù)正在日益改變著我們的生產(chǎn)方式。
進(jìn)入90年代,世界機(jī)器人工業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng),每年增長(zhǎng)率保持在10%左右,世界上已擁有機(jī)器人數(shù)量達(dá)到70萬(wàn)臺(tái)左右,1992、1993年世界機(jī)器人市場(chǎng)曾一度出現(xiàn)小的低谷,近年除日本外,歐美機(jī)器人市場(chǎng)也開始復(fù)蘇,并日益興旺。與全球機(jī)器人市場(chǎng)一樣,中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)也逐漸活躍,1997年上半年,我國(guó)從事機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的單位已達(dá)200家,研制生產(chǎn)的各類工業(yè)機(jī)器人約有410臺(tái),其中已用于生產(chǎn)的約占3/4。目前全國(guó)約有機(jī)器人用戶500家,擁有的工業(yè)機(jī)器人總臺(tái)數(shù)約為1200臺(tái),其中從40家外國(guó)公司進(jìn)口的各類機(jī)器人占2/3以上,并每年以100~150臺(tái)的速度增加。
從機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展來(lái)看,在很多方面工業(yè)機(jī)器人代替人力勞動(dòng)已是必然的趨勢(shì),工業(yè)機(jī)器人將來(lái)必定有廣闊的發(fā)展前景。
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研究方案(研究目的、內(nèi)容、方法、預(yù)期成果、條件保障等)
研究目的
為了更好的了解四自由度棒料機(jī)械手設(shè)計(jì)系統(tǒng)
研究?jī)?nèi)容與方法
(1) 完成復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)的總體方案
(2) 通過(guò)老師的指導(dǎo)可以對(duì)機(jī)械手進(jìn)行熟悉的操作和運(yùn)用
(3) 利用現(xiàn)有資料對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析,并結(jié)合矩陣工具對(duì)其建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)的方程進(jìn)行求解;
(4) 利用機(jī)械手完成平面文字軌跡的運(yùn)動(dòng)控制;
(5) 對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制的總結(jié),分析其優(yōu)缺點(diǎn),并提出其缺點(diǎn)的解決方案和需要注意的問(wèn)題
預(yù)期成果
以示教型四自由度串聯(lián)機(jī)械手為實(shí)驗(yàn)設(shè)備,進(jìn)行機(jī)械手的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制,使機(jī)械手完成各種復(fù)雜軌跡的運(yùn)動(dòng)控制等功能,能夠在現(xiàn)在工業(yè)焊接、噴漆等方面的任務(wù)
條件保障
(1)微型計(jì)算機(jī)1臺(tái)。
(2)所需的office辦公軟件和Auto CAD Pro/E SolidWorks等軟件。
(3)有資深老師的指導(dǎo)。
進(jìn)程計(jì)劃(各研究環(huán)節(jié)的時(shí)間安排、實(shí)施進(jìn)度、完成程度等)
2012.12-2012.2 收集相關(guān)資料,確定題目;
2013.3.1-20013.3.20 總體方案論證,選擇,整體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì);
2013.3.21-2013.4.10 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),繪制裝配圖;
2013.4.11.5-2013.4.20繪制零件圖
2013.4.21-2013.5.6 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。
討論小組意見(jiàn)
組長(zhǎng)簽名:
2013年 月 日
專業(yè)委員會(huì)意見(jiàn)
專業(yè)委員會(huì)主任簽名:
2013年 月 日
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