車床上料機械手設計（桂理工）

車床上料機械手設計（桂理工）,車床上料機械手設計（桂理工）,車床,機械手,設計,理工 本科畢業(yè)設計(論文) 開題報告（含論文綜述） 學 院：機械與控制工程學院 所屬教研室：機械教研室 課題名稱：車床上料機械手設計 專業(yè)(方向)：機械設計制造及其自動化（機械裝備） 班 級：2011級2班 學號： 3110644203 學 生：梁學念 指導教師：孫金榮 職稱： 講師 開題日期：2015年3月21日 一、畢業(yè)設計（論文）選題的目的和意義。[ ⑴ 課題名稱；⑵ 有關(guān)的研究方向的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展情況分析；⑶ 前人在本選題研究領(lǐng)域中的工作成果簡述] 1.課題名稱：車床上料機械手設計 2.選題目的和意義： 目前，我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。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),適應現(xiàn)代機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求,針對具體生產(chǎn)工藝,結(jié)合機床的實際結(jié)構(gòu)，利用機械手技術(shù)，設計用一臺送料機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機械手主要與數(shù)控機床組合最終形成生產(chǎn)線。 2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，在國內(nèi)外各種機器人和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下： A．機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)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(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機。 B．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(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 C．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(shù)來進行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機器人的關(guān)鍵技術(shù)。 D．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機器人開發(fā)，柔性仿形復合機構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)。 E．焊接、搬運、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機器人產(chǎn)品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。 3.發(fā)展趨勢： (一)擴大機械手在熱加工行業(yè)上的應用 目前國內(nèi)機械手應用在機械工業(yè)冷加工作業(yè)中的較多，而在鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工以及裝配作業(yè)等方面的應用較少。因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復雜、環(huán)境溫度、高等，給機械手的設計、制造帶來不少困難，這就需要解決技術(shù)上的難點，使機械手更好地為熱加工作業(yè)服務。同時，在其它行業(yè)和工業(yè)部門，也將隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，而逐步擴大機械手的使用。 （二）提高工業(yè)機械手的工作性能 機械手工作性能的優(yōu)劣，決定著它能否正常地應用于生產(chǎn)中。機械手工作性能中的重復定位精度和工作速度兩個指標，是決定機械手能否保質(zhì)保量地完成操作任務的關(guān)鍵因素。因此要解決好機械手的工作平穩(wěn)性和快速性的要求，除了從解決緩沖定位措施入手外，還應發(fā)展?jié)M足機械手性能要求價廉的電液伺服閥，將伺服控制系統(tǒng)應用于機械手上。 (三)發(fā)展組合式機械手 從機械手本身的特點來說，可變程序的機械手更適應產(chǎn)品改型、設備更新，多品種小批量的要求，但是它的成本高，專用機械手價廉，但適用范圍又受到限制．。因此，對一些特殊用途的場合，就需要專門設計、專門加工，這樣就提高了產(chǎn)品成本。為了適應應用領(lǐng)域分門別類的要求，可將機械手的結(jié)構(gòu)設計成可以組合的型式。組合式機械手是將一些通用部件(如手臂伸縮部件，升降部件、回轉(zhuǎn)部件和腕部回轉(zhuǎn)、俯仰部份配上與其業(yè)的要求S選擇必要的能完成預定機能的單元部件，以機座為基礎(chǔ)進行組合，配上與其相適應的控制部分，即成為能完成特殊要求的機械手。它可以簡化結(jié)構(gòu)，兼顧了使用上的專用性和設計上的通用性，便于標準化、系列化設計和組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高機械手的質(zhì)量和降低造價，是一種有發(fā)展前途的機械手。 (四)研制具有“視覺’’和“觸覺"的所謂“智能機器人" 對于需用人工進行靈巧操作及需要進行判斷的工作場合，工業(yè)機械手很難代替人的勞動。如在工作過程中出現(xiàn)事故、障礙和情況變化等，機械手不能自動分辨糾正，而只能停機待人們排除意外事故后才能繼續(xù)工作。因此，人們對機械手提出了更高的要求，希望使其具有“視覺”、“觸覺”等功能，使之對物件進行判斷、選擇，能連續(xù)調(diào)節(jié)以適應變化的條件，并能進行“手部"協(xié)調(diào)動作。這就需要一個能處理大量信息的計算機，要求人與機器“對話”進行信息交流。 二、設計或研究主要內(nèi)容和重點，預期達到的目標及擬解決的主要問題和技術(shù)關(guān)鍵。（此部分為重點闡述內(nèi)容） 研究內(nèi)容： 1.研究數(shù)據(jù)及資料 原始數(shù)據(jù)：自由度（四個自由度），臂轉(zhuǎn)動180o，臂上下運動500mm，臂伸長（收縮）500mm，手部轉(zhuǎn)動±180o。 設計要求： a、上料機械手結(jié)構(gòu)設計圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）b、液壓原理圖（一張）c、設計計算說明書（一份）。 技術(shù)要求 主要參數(shù)的確定： a、坐標形式：直角坐標系?b、臂的運動行程：伸縮運動500mm，回轉(zhuǎn)運動180o。c、運動速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可。d、控制方式：起止設定位置。e、定位精度：±0.5mm?f、手指握力：392N?g、驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。 2.料槽形式及分析動作要求 料槽形式 由于工件為重量10kg，長度小于800mm的小型回轉(zhuǎn)體棒料，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽。 3.動作要求分析 動作一：送料；動作二：預夾緊；動作三：手臂上升；動作四：手臂旋轉(zhuǎn)；動作五：小臂伸長；動作六：手腕旋轉(zhuǎn)。 4.解決主要問題和技術(shù)關(guān)鍵 本設計主要圍繞設計出來的機械手能否完成預期的動作要求并且能自動給機床自動上料，設計需要解決的問題主要包括： 4.1對手部設計的要求: 1、有適當?shù)膴A緊力 手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。 2、有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。 4.2臂伸縮機構(gòu)設計要求: 手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內(nèi)的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復雜機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為200m/s行程L=500mm。 4.3機身機座的結(jié)構(gòu)設計要求： 機身的直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者就直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復雜，機身選擇是固定式。 4.4技術(shù)關(guān)鍵 收集關(guān)于機械手的設計資料，結(jié)合自身所學的《機械工程ＣＡＤ繪圖》、《液壓與氣壓傳動》、《機械工程控制基礎(chǔ)》、《材料力學》、《機械原理》等一些專業(yè)課程知識對現(xiàn)有的資料進行分析，并運用自身所學的繪圖軟件包括CAD、PRE等軟件描繪出草圖。 三、研究方案：[ ⑴ 技術(shù)方案（有關(guān)方法、技術(shù)路線、技術(shù)措施）；⑵ 實施方案所需的條件（技術(shù)條件、試驗條件等）] 研究方法：采用同其它同等機械類設備的類比，方案比較等方法，根據(jù)工業(yè)機械手的實際應用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟技術(shù)、人力等條件，以所學的理論知識為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機械手工作的一般過程、設計標準，借鑒以往相似設備的成功經(jīng)驗進行初步設計，然后對初步設計方案進行驗算，修正，直至達到安全、經(jīng)濟、實用的目的。其中對于機械手設計中的關(guān)鍵問題、難點問題進行重點分析解決，確保整個設計方案的可行性和最佳性。 技術(shù)路線和實施方案：本課題研究主要內(nèi)容及基本過程是在深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際基于送料機械手的應用及目前國內(nèi)外研究成果，進行理論分析，分析已有各類機械手模型及產(chǎn)品，研究機械手不同工作需要，進一步實現(xiàn)機械手的規(guī)定動作并實現(xiàn)回原點。利用所建立的模擬機械手典型實例進行分析，討論模型合理性。 本課題研究具體安排如下：? 1.查閱相關(guān)資料，進行資料的收集與整理工作。? 2.完成整體研究方案。與指導教師進行方案討論，完善研究方案。? 3.充分分析機械手按規(guī)定回原點的方式，研究機械手不同情況下回原點的效率模式。? 4.完成理論建模；進行典型實例分析；模擬指標分析智能系統(tǒng)的設計。?? 5.本課題運用液壓傳動的技術(shù)上料搬運機械手來實施控制，進而分析它的運動過程，來完成最后的機械手設計。  四、主要參考文獻目錄 主要參考資料? [1]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社，2006. [2]盧秉恒.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007. [3]宋冬梅，何劍英.畫法幾何及機械制圖(第六版) [M].北京：高等教育出版社，2008. [4]徐灝.機械設計手冊(第四版) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2001. [5]徐灝.機械設計手冊(第五版) [M].北京：機械工業(yè)出版社,2006. [6]周伯英.工業(yè)機器人[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.???? [7]王積偉，黃宜.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005. [8]王萬森.人工智能原理及其應用(第三版) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2012. 五、畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃。（必須包含一定工作量的計算機知識綜合應用環(huán)節(jié)） 總時間為17周，自2015年3月9日開始，6月26日結(jié)束。 1． 開題報告和任務書編寫，從3月9日~3月15日。 2． 上網(wǎng)查閱資料，圖書資料查詢，獲取必備相關(guān)資料，做好前期工作。（第三周） 3． 抓取機構(gòu)的設計（包括手部，腕部的設計）（第四周） 4． 液壓系統(tǒng)的設計以及草圖繪畫（第五、六周） 5． 機身機座的結(jié)構(gòu)設計（第七周) 6． 機械手的定位以及平穩(wěn)性（第八周） 7． 機械手的控制（第九周） 8． 數(shù)據(jù)整理以及校核（第十周） 9.論文編寫和修改、零件圖與裝配圖繪制（第三至十周） 10.論文完成日期5月15日 六、指導教師審核意見 指導教師簽字： 年 月 日 七、開題答辯結(jié)論和審核意見 教研室主任簽字： 年 月 日