機械手開題報告 銑床上下料機械手結構與控制系統(tǒng)設計

院（系）：級班：名姓：學4 指導教師：教師職稱：本科畢業(yè)設計開題報告題 目：銃床上下料機械手結構與控制系統(tǒng)設計機械工程學院機電08-4班楊紹寶5李大勇講師黑龍江科技學院本科畢業(yè)設計開題報告題 目 銃床上下料機械手結構與控制系統(tǒng)設計來源工程實際1、研究目的和意義目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，但大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。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)，適應現(xiàn)代機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求，針對具體生產(chǎn)工藝，結合機床的實際結構，利用機械手 技術，設計用一臺上下料 機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機械手主要與機床 組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工 過程的自動化和無人化。我所設計的機床是在生產(chǎn)過程中抓取和移動工件的自動化裝置。它能夠應用到加工工廠車間，滿足數(shù)控機床以及加工中心的加工過程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動強度，節(jié)約加工輔助時間，提 高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。2、國內(nèi)外發(fā)展情況（文獻綜述）在我國，西周時期的能工巧匠偃師就研制出能歌善舞的伶人，這是我國最早的關于機器人的記錄。機器人一詞是1920年由捷克作家卡雷爾.恰佩克在他的諷刺劇羅莎姆的萬能機器人 種首先提出?，F(xiàn)代機器人出現(xiàn)于 20世紀中期，當時數(shù)字計算機已經(jīng)出現(xiàn)，電子技術也有了長足的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)領域出現(xiàn)了受計算機控制的可編程的數(shù)控機床，人類需要開發(fā)機械代替人手去勞動，在這一背景下，機器人技術的研發(fā)得到快速發(fā)展。1959年，戴沃爾與美國發(fā)明家英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。1967年，日本川崎重工公司和豐田公司分別從美國購買了工業(yè)機器人Unimation和Verstran的生產(chǎn)許可證。日本從此開始了機器人的研制。20世紀60年代，噴漆弧焊機器 人問世并逐步發(fā)展應用于工業(yè)。1969年，日本早稻田大學加藤一朗實驗室研發(fā)出第一臺雙腳走路機器人。他帶有視覺 傳感 器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木。1979年，美國Unimation公司推出通用工業(yè)機器人，標志著工業(yè)機器人技術已經(jīng)成熟。1979年，日本山梨大學牧野洋發(fā)明了平面關節(jié)型SCAR機器人，該型機器人在以后裝 配我國機器人技術起步較晚，從 20世紀80年代初才開始。全國第一個機器人研究示范工程1986年在沈陽建成。目前我國已經(jīng)基本掌握了機器人設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌道規(guī)劃技術。開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。20世紀90年代中期，國6000m以下深水作業(yè)機器人試驗成功。以后近十年中，在步行機器人、精密裝配機器人、多自由度關節(jié)機器人的研制等國際前沿領域，我國逐步縮小了與世界先進水平的差距。但是，目前，機械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工控制。第二代機械手設有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。3、研究/設計的目標設計一個具有三個自由度銃床上下料機械手，對工件能準確的夾取，定位，并裝卡。(1)三個自由度，手臂能旋轉(zhuǎn)360度，能伸縮(伸縮距200mm)能做起降運動(起升距120mm)(2)動方式選擇液壓驅(qū)驅(qū)動(3)因為在自由度分配上要求機身必須旋轉(zhuǎn)，所以采用圓柱坐標系運動形式。(4)機械手的加持工件形狀為方料，最大加持重量8KG4、設計方案(1) .機械手結構設計運動形式方案選擇，為實現(xiàn)不同動作，應選取不同方案。圖 1中，a為直角坐標型，b為 圓柱坐標型，c為球坐標型，d為關節(jié)坐標型，e為SCAR;型。由于圓柱坐標型位置精 度高、運動 直觀、控制簡單、占地面積小，且能實現(xiàn)預期的上下料功能，所以，這里選圓柱坐標型。機械手機身的設計|機身采用回轉(zhuǎn)與升降結構機身。實現(xiàn)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動方案有幾種，這里采用擺動油缸馬區(qū)動，升降油缸在上，回轉(zhuǎn)油缸在下。實現(xiàn)機身回轉(zhuǎn)采用液壓馬達驅(qū)動。?械手手臂結構設計|手臂采用直線運動機構，常用的有液壓缸、齒輪齒條機構、絲杠螺母機構及連桿 機構等。由于液壓缸體積小、重量輕，因而在機械手結構中選用液壓驅(qū)動。機械手腕部結構設計卜腕設計根據(jù)我所設計的機械手的要求，選擇單自由度手腕。手爪選用雙夾鉗式機構，驅(qū)動件的設計(2) .機械手驅(qū)動方案的設計采用液壓驅(qū)動，液壓實現(xiàn)機身的回轉(zhuǎn)與升降，以及各部件的伸縮回轉(zhuǎn)運動。液壓控制簡單方便，易于操作。為實現(xiàn)機身的旋轉(zhuǎn)，選用液壓馬達驅(qū)動。手臂伸縮與起降都采用液壓缸驅(qū)動。(3) .機械手各參數(shù)設計計算abc de圖1 (坐標型機器手的五種形式)5、方案的可行性分析此機械手共有三個自由度，分別是機械手臂的伸縮，支座的 360度旋轉(zhuǎn)，以及支座的 起降，能保證機械手在上下以及左右位置的調(diào)整。全程動力源是液壓系統(tǒng)，安裝有壓力傳感器，實現(xiàn)手臂定位，保證工件裝卡定位準確。對于機械手結構的選擇，有直角坐標機器人結構，圓柱坐標機器人結構，球坐標機器人結構，關節(jié)型機器人結構，在此選擇圓柱坐標型，因為圓柱型坐標能實現(xiàn)支座的回轉(zhuǎn)與升降功能。手爪選用單自由度手爪，即在抓取 重物之 后實現(xiàn)回轉(zhuǎn)放料，料由氣動虎鉗自動加緊。如此即可實現(xiàn)機床上下料的功能，所以是可行的。6、該設計的創(chuàng)新之處性。我所設計的銃床上下料機械手的結構形式更加簡單，驅(qū)動方式更加統(tǒng)一，能很好的實現(xiàn)所需要的動作，而且，手臂加持力更大，拓寬了所持工件的重量范圍。具有更強的適應7、設計產(chǎn)品的主要用途和應用領域代替人手，對工件進行機床上下料，可以對金屬材料，也可以對非金屬材料進行夾持機械手的可靠性強，適應面寬，主要應用于國防、航空、汽車等制造行業(yè)，在機床的加工 車間最為常見。&時間進程第一周在校查找機床上下料機械手相關資料；第二-三周進行畢業(yè)實習，在工廠中著重了解其組成部分及工作原理；第四周 深入性查閱與設計相關的資料，寫實習總結和實習日記。對資料進行 理，完成開題報告；第五-六周對設計的主要結構進行計算；第七周進行CAD 草圖設計；第八周正式CAD 繪圖設計；第九周 CAD 繪圖設計并進行相關修改；第十周寫說明書、出圖；第十一 -十二周 整理說明書及圖紙；第十三周-十四周對整體檢查 ， 對說明書及圖紙進行修改；第十五周為答辯做準備；第十六周答辯。9、參考文獻1 .濮良貴，紀名剛.機械設計（第七版）M.北京：高等教育出版社，2000 : 100-317 ;2 .吳振彪.工業(yè)機器人M.武漢：華中科技大學出版社，2008;3 .王承義.機械手及其應用M.北京：機械工業(yè)出版社，1981;4 .費仁元.機器人機械設計和分析M.北京：北京工業(yè)大學出版社，1997 ;5 .龔正等.液壓傳動與控制M.上海：上海科學技術出版社，1989 ;6 .張鐵.機器人學M.廣州：華南理工大學出版社，2000 ;7 .吳美方.機器人控制基礎M.北京：中國鐵道出版社，1992;8 .侯珍秀.機械系統(tǒng)設計M.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000;9 .徐獴主.機械設計手冊J.北京：機械工業(yè)出版社，1991 ；10 .召B忍平.機械系統(tǒng)動力學M.北京：機械工業(yè)出版社，2005;11 .胡玉睿.機械手原理M.北京：中央廣播電視大學出版社，2004 ;12 .郭洪紅.工業(yè)機器人運用技術M.北京：科學出版社，2010;13 .高松海.遙控機器人M.北京：原子能出版社，1981 ;14 . T.O.EkinciJ.R.R.Mayer. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2007 ;15 . Elmar SchafersJe ns Hama nn .Mechatro nic Modeli ng and An alysis of Mach ine Tools,2008;16 . CHIRIKJIAN G . Kinematics of a metamorphic robotic system. Proc . IEEE/ ICRA, 1995 : 449 455.17 . Kol ibal, Z.: The theory of basic kin ematic cha in structures and its effect on theirapplicati on in the desig n of in dustrial robot positi oning mecha ni sms. CERM Akademick e nakladatelstv i,s.r.o. Brno, 2001, ISBN 80-7204-196-7, p. 7118 . Knofl i?ek, R.- Marek, J.: Obr cb ec i centra a pr ?myslov eroboty s paraleln ikinematickou strukturou., 1997.指導教師意見教師簽字：年 月日開題答辯小組意見：組長簽字：成員簽字：年 月日畢業(yè)設計領導小組意見：組長簽字