輕型垃圾清理機(jī)械手設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真開題報(bào)告.doc

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開 題 報(bào) 告 1 選題的背景和意義 工廠金工車間的切屑垃圾多，目前用鏟子清理垃圾，操作困難，費(fèi)力，有時(shí)還會(huì)劃傷操作者，有一定的安全隱患；在鄉(xiāng)村河道中，污物多為水草、青苔、樹枝、樹葉、木材以及泥沙等；在沿海，污物多為海草、貝殼及海生物等；另外，有醫(yī)療垃圾、建筑垃圾、生活垃圾等；這些垃圾污染環(huán)境，清理困難，為改變這一現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了清理垃圾機(jī)械手，用以抓垃圾，運(yùn)垃圾，卸垃圾，實(shí)現(xiàn)清理垃圾機(jī)械化。該機(jī)械手既減輕操作者的勞動(dòng)負(fù)荷，又提高了生產(chǎn)效率，有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值[1]。 1.1 選題的背景 機(jī)械手是指能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，國(guó)家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展，機(jī)械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對(duì)其技術(shù)的不斷突破也變得日趨重要，目前，機(jī)械手的種類大至可按驅(qū)動(dòng)方式分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等[3]。 用機(jī)械手作為垃圾清理的對(duì)象既可以節(jié)約人力，而且對(duì)工人的安全也起到了一定的保障作用，而且對(duì)于生產(chǎn)效率也有一定程度的提高。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1954年，被稱為“機(jī)器人之父”的美國(guó)科學(xué)家George Devol取得了附有重放必然結(jié)果。1970年，機(jī)器入學(xué)界早期的改革家之一，Victor Schenman在斯坦福大學(xué)演示了一種計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械手，這就是非常著名的斯坦福機(jī)械手。 70年代以后，機(jī)械手和以機(jī)械手為核心的自動(dòng)化設(shè)備在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其在日本，有了廣泛的應(yīng)用。由機(jī)械手與其它設(shè)備組成的生產(chǎn)線極大的提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高和穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期。 80年代，人們?yōu)榱俗寵C(jī)器人技術(shù)向各行各業(yè)擴(kuò)展、應(yīng)用，于是有了用于社會(huì)服務(wù)、海洋開發(fā)、宇宙窄間、地下采礦、軍事作戰(zhàn)、救災(zāi)搶險(xiǎn)等領(lǐng)域的機(jī)器人。 到了上世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展和它們之間的相互整合，機(jī)械手技術(shù)得到了飛速發(fā)展。現(xiàn)代控制理論使得機(jī)械手控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高[3]。 近年來，隨著人類活動(dòng)領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大，人們對(duì)非制造業(yè)用機(jī)械手的研究空前活躍起來。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對(duì)機(jī)械手的要求更高，需要機(jī)械手具有對(duì)外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等[5]。核工業(yè)用機(jī)械手，國(guó)外的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手。目前，機(jī)械手技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家都在競(jìng)相開發(fā)地下機(jī)械手、醫(yī)用機(jī)械手、建筑用機(jī)械手、軍用機(jī)械手、平面機(jī)械手[7]，并已經(jīng)取得了一些卓有成效的結(jié)果。 2 研究的基本內(nèi)容 （1）輕型垃圾車機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 　　（2）機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)； （3）機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)； （4）機(jī)械手主要部件的運(yùn)動(dòng)仿真； 2.1 基本框架 （1）分析運(yùn)動(dòng)方式：確定合適的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方式。 （2）確立原理方案：以機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理為基礎(chǔ)確立合適的原理方案。 （3）總體結(jié)構(gòu)方案：總體設(shè)計(jì)滿足功能要求的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)范圍。 （4）設(shè)計(jì)計(jì)算：包括機(jī)械手的連桿等的計(jì)算、各部位的受力分析以及輕型垃圾車各部件尺寸的計(jì)算。 （5）動(dòng)態(tài)仿真：用UG畫出整機(jī)的三維裝配圖，再對(duì)主要運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。 2.2 研究的重點(diǎn)和難點(diǎn) （1）垃圾車整體的平衡。 （2）合理設(shè)計(jì)機(jī)械手的傳動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)方式。 （3）機(jī)械手抓物體時(shí)的受力情況的計(jì)算。 2.3 擬解決的關(guān)鍵問題 （1）機(jī)械手的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足上下運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、前后移動(dòng)、手爪的張合等運(yùn)動(dòng)功能。 （2）設(shè)計(jì)中盡量避免機(jī)構(gòu)中過多的磨損。 （3）采用合適的材料，對(duì)于整體結(jié)構(gòu)控制在一定的長(zhǎng)寬高范圍內(nèi)，以減輕機(jī)械手的自重。 （4）機(jī)械手有足夠的力夾起垃圾，對(duì)于大型的垃圾有足夠拉力拉起垃圾。 （5）利用運(yùn)動(dòng)仿真還原機(jī)械手的工作情況。 3 研究的方案及措施 3.1輕型垃圾車機(jī)械手的總體方案 該方案結(jié)構(gòu)圖中包括1 萬(wàn)向輪，2 手拉桿，3 車廂，4 拉桿，5 升降液壓缸，6搖桿，7機(jī)械手，8轉(zhuǎn)盤等組成。主體運(yùn)動(dòng)靠8 轉(zhuǎn)盤，4 拉桿，6 搖桿在兩個(gè)5升降液壓缸的作用下帶動(dòng)，完成機(jī)械手的上下、左右、前后、升降運(yùn)動(dòng)。依靠8轉(zhuǎn)盤的各方向自由運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)各部件靈活轉(zhuǎn)向與定位，完成左右、前后運(yùn)動(dòng)。升降液壓缸5將搖桿6帶動(dòng)來控制機(jī)械手的上下、升降運(yùn)動(dòng)。垃圾車的運(yùn)動(dòng)主要靠底座下面安裝4個(gè)滾輪，前兩個(gè)滾輪9為萬(wàn)向輪。后兩個(gè)滾輪l為固定輪，手拉桿2通過滾輪運(yùn)動(dòng)可使機(jī)械手手部在水平方向上達(dá)到不同位置。 1 固定輪 2 手拉桿 3 手動(dòng)液壓泵組件 4 立柱 5 升降液壓缸 6搖桿 7機(jī)械手 8 轉(zhuǎn)盤 9萬(wàn)向輪 圖1 機(jī)械手原理圖 3.2 機(jī)械手結(jié)構(gòu) 機(jī)械手的由1 手爪，2 搖桿，3 機(jī)架，4升降液壓缸等組成。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)靠4 升降液壓缸的工作來工作，升降液壓缸安裝在3機(jī)架上，由其內(nèi)部的活塞帶動(dòng)手爪的運(yùn)動(dòng)。而手部要求能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，一是手爪l的張開，二是手爪l的閉合；手爪1的張開和閉合是由手部運(yùn)動(dòng)鏈來實(shí)現(xiàn)的，手部運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)怯蓛商灼矫媪鶙U機(jī)構(gòu)組成的組合機(jī)構(gòu)組成，兩套機(jī)構(gòu)都固定于3機(jī)架上，手爪1既可通過升降液壓缸帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)，也可由機(jī)械手上的搖桿上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抓取和松開。其中平面六桿機(jī)構(gòu)是由1個(gè)活塞桿5、2個(gè)搖桿2、2個(gè)手爪1和機(jī)架3構(gòu)成。當(dāng)活塞桿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過組合機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)四個(gè)手爪的張合運(yùn)動(dòng)。 1 手爪 2 搖桿 3 機(jī)架 4升降液壓缸 5 活塞桿 6 連接板 圖2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 4 預(yù)期成果 完成輕型垃圾車機(jī)械手設(shè)計(jì)，包括總體裝配圖、總體圖、零件圖各一套、三維運(yùn)動(dòng)仿真圖一套，標(biāo)準(zhǔn)件列表以及設(shè)計(jì)說明書一份。 5 研究工作進(jìn)度計(jì)劃 2013.11.15～2012.12.31 完成前期準(zhǔn)備材料 2014.1.1～2014.3.1 完成總體方案設(shè)計(jì) 2014.3.2～2014.3.31 完成輕型垃圾車主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2014.4.1～2014.4.30 完成傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2014.5.1～2014.5.15 完成機(jī)械手的設(shè)計(jì) 2014.5.16 ～2014.5.30 完成設(shè)計(jì)說明書 2012.6.1～2014.6.15 整理各類文件，準(zhǔn)備答辯 參考文獻(xiàn) [1] 王正剛，朱龍英，葛友華等．清理垃圾機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J]． 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2009， 7： 65-67． [2] 李忠晚．淺析機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]．管理觀察，2011 (14)：165． [3] 郭洪武．淺析機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J]．中國(guó)西部科技，2012（10）：3-12． [4] 一機(jī)部情報(bào)所．國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用與技術(shù)發(fā)展概況[J]．技術(shù)革新簡(jiǎn)報(bào)，2013（124）：63-64． [5] 薛正卿．基于現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)機(jī)械手智能控制研究[D]．東華大學(xué)，2010：1-55．