銑床上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目：銃床上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）：機(jī)械工程學(xué)院班級(jí)：機(jī)電08-4班姓名：楊紹寶學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：李大勇教師職稱：進(jìn)見(jiàn)黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目銃床上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)源工程實(shí)際1、研究目的和意義目前，我國(guó)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(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。我所設(shè)計(jì)的機(jī)床是在生產(chǎn)過(guò)程中抓取和移動(dòng)工件的自動(dòng)化裝置。它能夠應(yīng)用到加工工廠車(chē)間，滿足數(shù)控機(jī)床以及加工中心的加工過(guò)程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約加工輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況（文獻(xiàn)綜述）在我國(guó)，西周時(shí)期的能工巧匠偃師就研制出能歌善舞的伶人，這是我國(guó)最早的關(guān)于機(jī)器人的記錄。機(jī)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(wàn)能機(jī)器人種首先提出。現(xiàn)代機(jī)器人出現(xiàn)于20世紀(jì)中期，當(dāng)時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)，電子技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了受計(jì)算機(jī)控制的可編程的數(shù)控機(jī)床，人類需要開(kāi)發(fā)機(jī)械代替人手去勞動(dòng)，在這一背景下，機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)得到快速發(fā)展。1959年，戴沃爾與美國(guó)發(fā)明家英格伯格聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。1967年，日本川崎重工公司和豐田公司分別從美國(guó)購(gòu)買(mǎi)了工業(yè)機(jī)器人Unimation和Verstran的生產(chǎn)許可證。日本從此開(kāi)始了機(jī)器人的研制。20世紀(jì)60年代，噴漆弧焊機(jī)器人問(wèn)世并逐步發(fā)展應(yīng)用于工業(yè)。1969年，日本早稻田大學(xué)加藤一朗實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)雙腳走路機(jī)器人。他帶有視覺(jué)傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木。1979年，美國(guó)Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人，標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成熟。1979年，日本山梨大學(xué)牧野洋發(fā)明了平面關(guān)節(jié)型SCARAL器人，該型機(jī)器人在以后裝配作業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó)機(jī)器人技術(shù)起步較晚，從20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始。全國(guó)第一個(gè)機(jī)器人研究示范工程1986年在沈陽(yáng)建成。目前我國(guó)已經(jīng)基本掌握了機(jī)器人設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌道規(guī)劃技術(shù)。開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。20世紀(jì)90年代中期，國(guó)6000m以下深水作業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)成功。以后近十年中，在步行機(jī)器人、精密裝配機(jī)器人、多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的研制等國(guó)際前沿領(lǐng)域，我國(guó)逐步縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。但是，目前，機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工控制。第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。3、研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)具有三個(gè)自由度銃床上下料機(jī)械手，對(duì)工件能準(zhǔn)確的夾取，定位，并裝卡。(1)三個(gè)自由度，手臂能旋轉(zhuǎn)360度，能伸縮(伸縮距200mm)能做起降運(yùn)動(dòng)(起升距120mm)(2)動(dòng)方式選擇液壓驅(qū)驅(qū)動(dòng)(3)因?yàn)樵谧杂啥确峙渖弦髾C(jī)身必須旋轉(zhuǎn)，所以采用圓柱坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)形式。(4)機(jī)械手的加持工件形狀為方料，最大加持重量8KG4、設(shè)計(jì)方案(1) .機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)形式方案選擇，為實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)作，應(yīng)選取不同方案。圖1中，a為直角坐標(biāo)型，b為圓柱坐標(biāo)型，c為球坐標(biāo)型，d為關(guān)節(jié)坐標(biāo)型，e為SCAR即。由于圓柱坐標(biāo)型位置精度高、運(yùn)動(dòng)直觀、控制簡(jiǎn)單、占地面積小，且能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的上下料功能，所以，這里選圓柱坐標(biāo)型。機(jī)械手機(jī)身的設(shè)計(jì)機(jī)身采用回轉(zhuǎn)與升降結(jié)構(gòu)機(jī)身。實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)方案有幾種，這里采用擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)，升降油缸在上，回轉(zhuǎn)油缸在下。實(shí)現(xiàn)機(jī)身回轉(zhuǎn)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂采用直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，常用的有液壓缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)及連桿機(jī)構(gòu)等。由于液壓缸體積小、重量輕，因而在機(jī)械手結(jié)構(gòu)中選用液壓驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手腕設(shè)計(jì)根據(jù)我所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的要求，選擇單自由度手腕。手爪選用雙夾鉗式機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)件的設(shè)計(jì)(2) .機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)，液壓實(shí)現(xiàn)機(jī)身的回轉(zhuǎn)與升降，以及各部件的伸縮回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓控制簡(jiǎn)單方便，易于操作。為實(shí)現(xiàn)機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。手臂伸縮與起降都采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。(3) .機(jī)械手各參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算abcde圖1(坐標(biāo)型機(jī)器手的五種形式)5、方案的可行性分析此機(jī)械手共有三個(gè)自由度，分別是機(jī)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(jī)械手在上下以及左右位置的調(diào)整。全程動(dòng)力源是液壓系統(tǒng)，安裝有壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)手臂定位，保證工件裝卡定位準(zhǔn)確。對(duì)于機(jī)械手結(jié)構(gòu)的選擇，有直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，在此選擇圓柱坐標(biāo)型，因?yàn)閳A柱型坐標(biāo)能實(shí)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(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)放料，料由氣動(dòng)虎鉗自動(dòng)加緊。如此即可實(shí)現(xiàn)機(jī)床上下料的功能，所以是可行的。6、該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處我所設(shè)計(jì)的銃床上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式更加簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)方式更加統(tǒng)一，能很好的實(shí)現(xiàn)所需要的動(dòng)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(qiáng)的適應(yīng)性。7、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域代替人手，對(duì)工件進(jìn)行機(jī)床上下料，可以對(duì)金屬材料，也可以對(duì)非金屬材料進(jìn)行夾持機(jī)械手的可靠性強(qiáng)，適應(yīng)面寬，主要應(yīng)用于國(guó)防、航空、汽車(chē)等制造行業(yè)，在機(jī)床的加工車(chē)間最為常見(jiàn)。8、時(shí)間進(jìn)程第一周在校查找機(jī)床上下料機(jī)械手相關(guān)資料；第二-三周進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，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(shè)計(jì)相關(guān)的資料，寫(xiě)實(shí)習(xí)總結(jié)和實(shí)習(xí)日記。對(duì)資料進(jìn)行理，完成開(kāi)題報(bào)告；第五-六周對(duì)設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算；第七周進(jìn)行CADt圖設(shè)計(jì)；第八周正式CA膾圖設(shè)計(jì)；第九周CAD繪圖設(shè)計(jì)并進(jìn)行相關(guān)修改；第十周寫(xiě)說(shuō)明書(shū)、出圖；第十一-十二周整理說(shuō)明書(shū)及圖紙；第十三周-十四周對(duì)整體檢查，對(duì)說(shuō)明書(shū)及圖紙進(jìn)行修改；第十五周為答辯做準(zhǔn)備；第十六周答辯。9、參考文獻(xiàn)1 .濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）M.北京：高等教育出版社，2000:100-317;2 .吳振彪.工業(yè)機(jī)器人M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008;3 .王承義.機(jī)械手及其應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981;4 .費(fèi)仁元.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析M.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1997;5 .龔正等.液壓傳動(dòng)與控制M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1989;6 .張鐵.機(jī)器人學(xué)M.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000;7 .天美方.機(jī)器人控制基礎(chǔ)M.北京：中國(guó)鐵道出版社，1992;8 .侯珍秀.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000;9 .徐激主.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)J.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991;10 .邵忍平.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005;11 .胡玉睿.機(jī)械手原理M.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2004;12 .郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)M.北京：科學(xué)出版社，2010;13 .高松海.遙控機(jī)器人M.北京：原子能出版社，1981;InternationalJournalofMachineToolsandManufacture,2007;15. ElmarSchafersJensHamann.MechatronicModelingandAnalysisofMachineTools,2008;16. CHIRIKJIANG.Kinematicsofametamorphicroboticsystem.Proc.IEEE/ICRA,1995:449455.17. Kolibal,Z.:Thetheoryofbasickinematicchainstructuresanditseffectontheirapplicationinthedesignofindustrialrobotpositioningmechanisms.CERMAkademickenakladatelstvi18. Knofliek,R.-Marek,J.:Obrcbecicentraaprmysloverobotysparalelnikinematickoustrukturou.,1997.指導(dǎo)教師意見(jiàn)教師簽字：年月日開(kāi)題答辯小組意見(jiàn)：組長(zhǎng)簽字：成員簽字：年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn)：組長(zhǎng)簽字：年月日