本科生畢業(yè)設計開題報告書題 目：伸縮臂式上下料機械手液壓系統(tǒng)設計 學生姓名 學 號專業(yè)班級指導老師設計題目 伸縮臂式上下料機械手液壓系統(tǒng)設計1. 課題目的：機械手是一種能模仿人手部分動作，按照預定的程序，軌跡及其他要求，實現(xiàn)抓取，搬運工作或操作工具的自動化機械裝置，它是工業(yè)機械人的一個重要分支。隨著工業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合機器人所代替，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(chǎn)率。例如，目前在我國的許多中小企業(yè)汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費時費力，又影響效率。為此，把伸縮臂式上下料機械手作為我的研究的課題。2. 課題意義：機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備.機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” 。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn); 尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手” ，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。3. 相關研究動態(tài)：我國的工業(yè)機械手是從 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,目前已經(jīng)基本掌握了機械手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(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，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(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，孤焊機器人已經(jīng)應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產(chǎn)品，機械手應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結構。上料機械手與卸料機械手相比，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫材料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達 180mm，最大抓握重量可達 30 公斤，最大行走距離為 1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機械手各關節(jié)運動速度可調(diào)。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉機構，小車行走機構，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設置在行走小車上，結構緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用 OMRON 可編程控制器，各種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。國內(nèi)外實際使用的多是定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能夠對所抓取的工件進行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確地在機器上定位、定向。為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應用較多。發(fā)展較快，一般的工業(yè)機械手技術相當成熟，預計在 2005 年 N2008 年問，全球工業(yè)機器人銷量預計年均增長 6 1％．蛩 2008 年增至 12 1 萬臺．國外機器人的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測。另外，機械手的應用和發(fā)展，大大促進了智能機器人的研制，其中重點領域是仿人機器人的研究。日本在 2000 年研制出了一臺真正具有世界影餉的仿人機器人 Asimo，它的誕生促進了各種各樣仿人機器人的研究，開辟了一個仿人機器人的發(fā)展。此后，同本還推出了一個為期 5 年的“仿人機器人在實際環(huán)境中運行的關鍵技術研究和發(fā)展計劃” ，這個實用性項目此后，是在日本產(chǎn)業(yè)技術綜臺研究所于 2005 年 1 月開發(fā)、然后由川田等公司生產(chǎn)的 HRP-2 機器人 3)基礎上進行的。另外，韓國、美國等國家相繼推出了各種類型的仿人機器人。2004 年 12 月 27 日，韓國先進科技研究所(KAIST)發(fā)表 HUBO機器人，美國軍方正在開發(fā)機器人士兵，專家預測這至少需要 30 年時間。機器人杯足球賽(RoboCup 1 始于 2002 年，組織者預期到 2050 年仿人機器人足球隊可以擊敗人類的世界杯冠軍隊。許多人還期望仿人機器人進入家庭成為真下的機器人仆人。這些都是長遠的目標，需要為其付出不斷的努力。4. 課題的主要內(nèi)容、創(chuàng)新之處：課題的主要內(nèi)容：（1）對伸縮臂式上下料機械手的工況進行分析。 （2）滿足伸縮臂式上下料機械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回轉、行走裝置進退三個自由度，以及手爪的開啟和閉合等動作要求（3）給出液壓系統(tǒng)的電磁元件動作循序表和液壓系統(tǒng)原理圖。 （4）對上下料機械手的手部進行計算與分析。創(chuàng)新之處：（1）設計該機械手的手部是采用了保持機械手的活動部位原理不變，而手的根部與手指之間使用了可拆卸的螺栓聯(lián)接。因此可根據(jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以靈活適應工作要求的變化，實現(xiàn)一手多用的目的。（2）在機械手的小臂與立柱之間增加了可伸縮的連杠機構，這樣既可以滿足機械手的俯仰操作要求而且在連桿靜止時可以支撐小臂從而能夠有效地提高機械手的強度。5. 研究方法、研究方案：驅動機構的作用是向執(zhí)行機構提供動力，是工業(yè)機械手的重要組成部分，根據(jù)動力源不同，工業(yè)機械手的驅動機構大致可分為液動式，氣動式，電動式和機械式四種，而液壓式方案驅動機械手具有結構簡單，尺寸緊湊，重量輕，控制方便，驅動力大等優(yōu)點，因此本處機械手驅動方案選擇液壓驅動。本設計是對伸縮臂式上下料機械手液壓系統(tǒng)設計的研究，為了使機械手能準確的工作，可用步進電機來驅動基座的旋轉；立柱和大臂的伸縮可用液動的方式來驅動，小臂的旋轉則通過立柱與大臂之間的伸縮來控制，而連桿的收縮可與立柱，大臂的收縮一起接入到液壓回路中，機械手的夾緊與放松通過液壓缸的伸縮來控制，其具體動作為液壓缸伸出，機械手松開，液壓缸縮回，機械手抓緊。6. 完成期限和預期進度：① 畢業(yè)設計課題調(diào)研階段：（第 1~2 周）：課題調(diào)研及文獻檢索、完成英文翻譯。② 畢業(yè)設計開題報告階段：（第 3～4 周）：完成開題報告。③ 畢業(yè)設計主要工作階段：（第 5～12 周）：液壓系統(tǒng)的總體設計。（1）工況分析。 （第 5～6 周）（2）液壓原理圖與零件圖的繪制。 （第 7～10 周）（3）完成設計說明書的撰寫工作。 （第 11～12 周）④ 畢業(yè)設計答辯階段：（第 13～15 周）7. 主要參考資料：[1] HaiFengWang，ShuYanYang，F(xiàn)engGuo．Modeling of a Grooved Parallel Bearing with a Mass-Conserving Cavitation Algorithm[J]．Shandong University Academic Journal．2013，54(2)：227~236[2]李德仲，師占群，岳宏. 自行走式上料機械手液壓系統(tǒng)設計[J]. 河北工業(yè)大學學報．1999，28（6）：87－89[3]崔安娜. 淬火爐上料機械手的液壓系統(tǒng)及其 PLC 控制設計[J]. 應用科學學報．2008（2）:114－116[4]樊明，魏澤鼎，韓提文. 封焊機自動上料機械手設計[J]. 河北科技大學學報．2008，35（2）：56－57[5]龔青山，常治斌，任愛華． 立式軸承壓裝機上料機械手設計[J]. 湖北工業(yè)大學學報．2010，25（4）：86－88[6]何存興, 張鐵華. 液壓傳動與氣壓傳動[M]. 武漢：華中科技大學出版社，2005[7]路甬祥．液壓氣動技術手冊［M］ ．北京：機械工業(yè)出版社， 2001[8]趙美寧，王佳．自動供料機械手的 PLC 控制系統(tǒng)設計[J]．應用科學學報．2007，9（3）：57～60[9]孫兵，趙斌，施永康．物料搬運機械手的研制[J]．機電一體化學報．2005，4(2)：43～45[10] 徐麗春.自動上下料通用機械手系統(tǒng)設計與研究[J].遵義職業(yè)技術學院學報． 2013，8(8):83～85[11] 趙 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