本科生畢業(yè)設(shè)計開題報告書題 目：伸縮臂式上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號專業(yè)班級指導(dǎo)老師設(shè)計題目 伸縮臂式上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計1. 課題目的：機(jī)械手是一種能模仿人手部分動作，按照預(yù)定的程序，軌跡及其他要求，實現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工作或操作工具的自動化機(jī)械裝置，它是工業(yè)機(jī)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(jī)器人所代替，這一方面可以減輕工人的勞動強(qiáng)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(fèi)時費(fèi)力，又影響效率。為此，把伸縮臂式上下料機(jī)械手作為我的研究的課題。2. 課題意義：機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機(jī)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(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)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(jī)器的進(jìn)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(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備.機(jī)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(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手” 。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)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(qiáng)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(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)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(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手” ，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，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(guān)研究動態(tài)：我國的工業(yè)機(jī)械手是從 80 年代“七五“ 科技攻關(guān)開始起步, 在國家的支持下,通過“七五“， “八五 “科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù),運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有 130 多臺噴漆機(jī)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(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)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(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。影響我國機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá) 180mm，最大抓握重量可達(dá) 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(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動速度可調(diào)。移動式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，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(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)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(jī)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(jī)械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。為使機(jī)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(jī)進(jìn)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(dāng)?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(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多。發(fā)展較快，一般的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)相當(dāng)成熟，預(yù)計在 2005 年 N2008 年問，全球工業(yè)機(jī)器人銷量預(yù)計年均增長 6 1％．蛩 2008 年增至 12 1 萬臺．國外機(jī)器人的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機(jī)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(yīng)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(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，大大促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制，其中重點領(lǐng)域是仿人機(jī)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(jī)器人 Asimo，它的誕生促進(jìn)了各種各樣仿人機(jī)器人的研究，開辟了一個仿人機(jī)器人的發(fā)展。此后，同本還推出了一個為期 5 年的“仿人機(jī)器人在實際環(huán)境中運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)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(jī)器人 3)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。另外，韓國、美國等國家相繼推出了各種類型的仿人機(jī)器人。2004 年 12 月 27 日，韓國先進(jìn)科技研究所(KAIST)發(fā)表 HUBO機(jī)器人，美國軍方正在開發(fā)機(jī)器人士兵，專家預(yù)測這至少需要 30 年時間。機(jī)器人杯足球賽(RoboCup 1 始于 2002 年，組織者預(yù)期到 2050 年仿人機(jī)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(jī)器人進(jìn)入家庭成為真下的機(jī)器人仆人。這些都是長遠(yuǎn)的目標(biāo)，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(jī)械手的工況進(jìn)行分析。 （2）滿足伸縮臂式上下料機(jī)械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回轉(zhuǎn)、行走裝置進(jìn)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(jī)械手的手部進(jìn)行計算與分析。創(chuàng)新之處：（1）設(shè)計該機(jī)械手的手部是采用了保持機(jī)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(yīng)工作要求的變化，實現(xiàn)一手多用的目的。（2）在機(jī)械手的小臂與立柱之間增加了可伸縮的連杠機(jī)構(gòu)，這樣既可以滿足機(jī)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(jī)械手的強(qiáng)度。5. 研究方法、研究方案：驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動力，是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，根據(jù)動力源不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液動式，氣動式，電動式和機(jī)械式四種，而液壓式方案驅(qū)動機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，重量輕，控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點，因此本處機(jī)械手驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。本設(shè)計是對伸縮臂式上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計的研究，為了使機(jī)械手能準(zhǔn)確的工作，可用步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動基座的旋轉(zhuǎn)；立柱和大臂的伸縮可用液動的方式來驅(qū)動，小臂的旋轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)械手松開，液壓缸縮回，機(jī)械手抓緊。6. 完成期限和預(yù)期進(jìn)度：① 畢業(yè)設(shè)計課題調(diào)研階段：（第 1~2 周）：課題調(diào)研及文獻(xiàn)檢索、完成英文翻譯。② 畢業(yè)設(shè)計開題報告階段：（第 3～4 周）：完成開題報告。③ 畢業(yè)設(shè)計主要工作階段：（第 5～12 周）：液壓系統(tǒng)的總體設(shè)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(shè)計說明書的撰寫工作。 （第 11～12 周）④ 畢業(yè)設(shè)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. 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