汽車工業(yè)用裝裝卸機械手結構設計【用于發(fā)動機曲軸搬運】【CAD高清圖紙文檔可編輯】
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哈爾濱理工大學榮成學院畢業(yè)設計(論文)開 題 報 告學生姓名 廉天雪 學 號 1030060135 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化班 級 機械10-1 指導教師 王春義 2014 年 3 月 5 日課題題目及來源: 題目:汽車工業(yè)用裝裝卸機械手結構設計 來源:“機械結構設計”企業(yè)合作項目(指導教師制定題目)課題研究的意義和國內外研究現狀: 課題研究意義工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術,并已成為現代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分,這種新技術發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學科機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域,是一門跨學科綜合技術。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè),在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點,尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國民經濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。在生產實踐中,常常需要將上料、加工、卸料等工序進行合理的安排,組成一條自動流水加工線。但在流水線上加工時,搬運工作由人工完成,不可避免地存在著勞動強度大、生產安全難以保障、定位精度不高等問題,嚴重影響了生產質量、生產效率和單位的經濟效益。當生產效率很高時,為了減少工人數量,改善工人的勞動條件,提高勞動生產率這就需要使自動線上工件搬運自動化。于是針對這一問題就提出了要研制一種搬運機械手來代替工人實現工件的搬運上線,并且能滿足定位和重復定位精度。用搬運機械手來代替工人搬運工件可以減輕工人的勞動強度,減少自動線上的工人數目,同時也提高了生產效率并且精度也得到了保障。國內研究現狀我國目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產了部分機器人關鍵元器件,開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線上獲得規(guī)模應用,弧焊機器人以應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看,我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的差距,如:可靠性低于國外產品;機器人應用工程起步較晚,應用領域窄,生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距。以上原因主要是沒有形成機器人產業(yè),當前我國的機器人生產都是應用戶的要求,品種規(guī)模多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低,而且質量可靠性也不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術,對產品進行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設計,積極推進產業(yè)化進程。國外研究現狀國外在機器人領域發(fā)展較快,近幾年有如下幾個趨勢:(1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修),而單機價格不斷下降,平均單機價格從2001年的10.3萬美元降至2007年的65萬美元。(2)機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。(3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展,便于標準化、網絡化;器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結構:大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。(4)機器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術在產品化系統(tǒng)中已有成熟應用。(5)虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制,如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。(6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與機器人的人機交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng),使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。(7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來,這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一,紛紛探索開拓其實際應用的領域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步,在國家的支持下通過“七五”、“八五”科技攻關,目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產了部分機器人關鍵元器件,開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規(guī)模應用,弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看,我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離,如:可靠性低于國外產品:機器人應用工程起步較晚,應用領域窄,生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上,我國己安裝的國產工業(yè)機器人約200臺,約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業(yè),當前我國的機器人生產都是應用戶的要求,“一客戶,一次重新設計”,品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低,而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術,對產品進行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設計,積極推進產業(yè)化進程。我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下,也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人,6000m水下無纜機器人的成果居世界領先水平,還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作,有了一定的發(fā)展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步,與國外先進水平差距較大,需要在原有成績的基礎上,有重點地系統(tǒng)攻關,才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產品,以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。課題研究的主要內容和方法,預期目標及研究過程中研究步驟、方法及措施:研究內容研究內容:根據給定的工況條件和基本要求,從機械原理和機械結構對搬運機械手進行具體的分析和設計。對機械手的傳動、驅動等主要部件進行選型和校核,并結合原理圖等對整個系統(tǒng)的工作方法和原理進行描述。應該機械手有兩個自由度,均為移動自由度,綜合機械手的工作載荷和工作現場環(huán)境對機械手布局以及定位精度的具體要求,手臂運動均為直線運動,液壓部分采用采用單活塞桿液壓缸來實現直線往復運動。設計大綱第一引言機械手的概念;機械手的簡史;機械手的組成;機械手的生產應用簡述第二機械手的設計機械手的總體設計;機械手的手部設計;機械手的手臂設計;機械手的驅動系統(tǒng)設計第三液壓系統(tǒng)設計與計算確定液壓系統(tǒng)基本方案;擬定液壓執(zhí)行元件運動控制回路;液壓源系統(tǒng)的設計;繪制液壓系統(tǒng)圖;確定液壓系統(tǒng)的主要參數;選擇液壓元件;液壓系統(tǒng)性能的驗算第四機械手控制系統(tǒng)的設計機械手控制系統(tǒng)硬件設計;機械手的作業(yè)流程;機械手操作面板布置;控制器的選型;控制系統(tǒng)原理分析;PLC外部接線設計第五總結與展望,最后結束。解決的問題機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓住工件或工具的部件,根據被抓住工件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式。機械手配件運動機構,使手部完成各種轉動、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作,改變被抓持物件的位置和姿勢。本文應解決該曲軸搬運機械手的結構部件,液壓部分以及電路控制部件設計。預期目標對汽車曲軸的生產常常需要將上料、加工、卸料等工序進行合理的安排,組成一條自動流水加工線。設計中采用液壓機構驅動機械手具有結具有結構簡單,尺寸緊湊,重量輕,控制方便,驅動力大等特點。設計中擬用的PLC電氣控制與液壓系統(tǒng)結合,技術成熟,易于實現,且保證了工件搬運過程中的快、準、穩(wěn),達到了預期設計目標。研究步驟、方法及措施第一階段:準備階段:了解工業(yè)機器人的現狀和發(fā)展,查閱課題相關的國內外文獻,擬訂設計思路。第二階段:設計階段:確定總體設計方案,根據課題給定的工況條件和基本要求進行設計計算,確定主要參數,對所得數據結果進行分析、處理,對機械手系統(tǒng)的傳動、驅動等主要部件進行選型和校核。第三階段:制圖階段:整理各類資料和數據,利用CAD制圖,分別做出系統(tǒng)的總裝圖及各部件的裝配圖和零件圖。 第四階段:總結階段:撰寫設計說明書,檢查圖紙,準備答辯。課題研究所需的參考文獻: 1孫桓,陳作模,葛文杰機械原理北京:高等教育出版社,20062濮良貴,紀名剛機械設計北京:高等教育出版社,20063徐福玲,陳堯明液壓與氣壓傳動北京:機械工業(yè)出版社,20074劉鴻文材料力學北京:高等教育出版社,20045張世昌,李旦,高航機械制造技術基礎北京:高等教育出版社,20076毛平淮互換性與測試技術北京:機械工業(yè)出版社,20067杜志俊工業(yè)機器人的應用與發(fā)展趨勢北京:機械工業(yè)出版社,20028朱世強,王宣銀機器人技術及其應用杭州:浙江大學出版社,20069原魁工業(yè)機器人發(fā)展現狀與趨勢中國科學院自動化研究所,200710萩原方彥(日)機械實用手冊科學出版社,2007年第2版11周恩濤,周士昌液壓驅動機械手的神經網絡控制中國機械工程第12卷第4期,2001412張新聚,曹慧琴,楊雪程控通用機器人的設計液壓與氣動2007年第2期,200713陳愛珍日本工業(yè)機器人的發(fā)展歷史及現狀機械工程師2008年第7期,200814工業(yè)機器人發(fā)展現狀淺談自動化博覽2007年4月刊,2007415趙臣,王剛我國工業(yè)機器人產業(yè)發(fā)展的現狀調研報告機器人技術與應用,2009.316Fathi Ghorbel, John Y. Hung, and Mark W. Spong. Adaptive Control of Flexible-Joint Manipulators. IEEE Control Systems Magazine, 1989.10, 9-1317D. Black. A Modular Approach to Robotic Automation of DOE Applications. ARM Automation, Inc 2000.7指導教師審查意見:指導教師簽字: 2013 年 3 月 6 日指導委員會意見審核意見:組長簽字: 2013年 3 月 8 日
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