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南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題 目
三自由度氣動機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)
系 部
機(jī)電工程系
專 業(yè)
機(jī)械工程及自動化
學(xué)生姓名
范佳樂
學(xué)號
2110011217
指導(dǎo)教師
陸煒
職稱
工程師
畢設(shè)地點(diǎn)
南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院
2014年 3月 8 日
1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫1500～2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
1.1 機(jī)械手的來源與發(fā)展
在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢：
近20年來, 氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬, 尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合, 使整個系統(tǒng)自動化程度更高, 控制方式更靈活, 性能更加可靠；氣動機(jī)械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展, 對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入, 促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展, 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展, 使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制, 控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn), 國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。
從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看, 近30 多年來, 氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代, 液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為9∶1, 而30 多年后的今天, 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家, 該比例已達(dá)到6∶4, 甚至接近5 ∶5。我國的氣動行業(yè)起步較晚, 但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開始, 氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上, 高于中國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用, 氣動技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
（1）氣動機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀
由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠, 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機(jī)械手作為機(jī)械手的一種, 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點(diǎn)。所以, 氣動機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工, 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。
（2）發(fā)展前景及方向
a)重復(fù)高精度
精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度, 它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次, 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個機(jī)器人定位不夠精確, 通常會顯示一個固定的誤差, 這個誤差是可以預(yù)測的, 因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機(jī)誤差的范圍, 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展, 以及氣動伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高, 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
b)模塊化
有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的氣動機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動自如。由于模塊化氣動機(jī)械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承, 使它具有高剛性、高強(qiáng)度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機(jī)械手的一個重要特點(diǎn)。模塊化氣動機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能, 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍, 是氣動機(jī)械手的一個重要的發(fā)展方向。
c)無給油化
為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求, 不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步, 新型材料(如燒結(jié)金屬石墨材料) 的出現(xiàn), 構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件, 不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境, 而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。
d)機(jī)電氣一體化
由“可編程序控制器- 傳感器- 氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件, 使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機(jī)械手、氣動控制越來越離不開PLC, 而閥技術(shù)的發(fā)展, 又使PLC在氣動機(jī)械手、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐龍祥 歐陽祖行.機(jī)械設(shè)計.北京：航空工業(yè)出版社，2005.
[2] 劉蘇 陳旭玲.AutoCAD 2006應(yīng)用教程.北京：科學(xué)出版社，2006.
[3] 西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子S7-200PLC，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.
2. 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法：
2.1課題研究內(nèi)容與實(shí)際問題
采用氣動裝置PLC控制機(jī)械手，它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。主要完成的是氣動式機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及用PLC軟件進(jìn)行簡單的控制編程設(shè)計。
2.2研究方案及方法
（1）首先機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計，包括：末端執(zhí)行器、手臂、手腕及基座的設(shè)計。
末端執(zhí)行器：采用平型真空吸盤，直徑初定為10毫米，材料為硅橡膠；
手臂預(yù)采用TN型氣缸實(shí)現(xiàn)，其伸縮長度為100毫米；
手腕預(yù)采用MSAL型氣缸，其伸縮長度為50毫米；
基座采用了180度旋轉(zhuǎn)氣缸，型號為CRA1BS100-180度，將其固定于底座上。
（2）驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計
本次設(shè)計為氣壓傳動，氣源采用空氣壓縮機(jī)通過快換接頭進(jìn)入儲氣罐經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。
（3）控制部分的設(shè)計
本次設(shè)計采用PLC對機(jī)械手進(jìn)行控制，編寫西門子S7-200 PLC控制程序。
（4）完成裝配圖及零件圖，氣動原理圖，PLC接線圖。
指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見和對畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測）：
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
上級審查意見：
負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日