開題報告-小型搬運工業(yè)機械手設計

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附贈有CAD圖紙和說明書,領取加Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設計（論文）開題報告 畢業(yè)設計（論文）題目: 小型搬運機器人設計 學 生 姓 名 : 指導教師姓名: 專 業(yè) : 年 6月23 日 1.課題名稱 小型搬運機器人設計 2.課題研究背景 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。機器人的分類方法有多種,按其應用可分為：工業(yè)機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、服務機器人、水下機器人、空間機器人和娛樂機器人。搬運機械人的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。 搬運機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，搬運機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術，它更加促進了搬運機械手的發(fā)展，使得搬運機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。搬運機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點。 現(xiàn)代國際工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題。因此其各種生產(chǎn)流水線以及物流管理中更是多元化的使用著氣動機械手。其中化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，搬運機器人就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。搬運機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。國外機械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中不僅在單機、專機上采用機械手上下料。減輕工人的勞動強度。并和機床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用搬運機械手在流水線進行生產(chǎn)更是目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到準確搬運的目的。 3課題研究意義 傳統(tǒng)的工業(yè)機器人常用于搬運、噴漆、焊接和裝配工作。工業(yè)現(xiàn)場的很多重體力勞動必將由機器代替,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。搬運機器人是可以進行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機器人。最早的搬運機器人出現(xiàn)在1960年的美國，Versatran和Unimate兩種機器人首次用于搬運作業(yè)。搬運作業(yè)是指用一種設備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運機器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。目前世界上使用的搬運機器人逾10萬臺，被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發(fā)達國家已制定出人工搬運的最大限度，超過限度的必須由搬運機器人來完成。搬運機器人是近代自動控制領域出現(xiàn)的一項高新技術，涉及到了力學，機械學，電器液壓氣壓技術，自動控制技術，傳感器技術，單片機技術和計算機技術等學科領域，已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)體系中的一項重要組成部分。它的優(yōu)點是可以通過編程完成各種預期的任務，在自身結構和性能上有了人和機器的各自優(yōu)勢，尤其體現(xiàn)出了人工智能和適應性。 應用搬運機器人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用搬運機械人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都有搬運機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。 可見，有效的應用搬運機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢機械手是提高勞動生產(chǎn)率,改善勞動條件,減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段,國內(nèi)外都很重視它的應用和發(fā)展。搬運機器人是典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。 4文獻查閱情況 文獻【1】針對六自由度鏈式機械臂在進行正運動學、逆運動學以及軌跡規(guī)劃仿真時,不易直觀地驗證運動學算法的正確性和軌跡規(guī)劃的效果,在正確建立機械臂數(shù)學模型的基礎上,重點分析了機械臂在關節(jié)空間中軌跡規(guī)劃的兩種實現(xiàn)方法,并采用三維運動仿真進行了驗證。 文獻【2】本文通過兩個步進電機驅(qū)動芯片ULN2803和A3967SLB來控制兩個不同精度的步進電機。其中A3967SLB根據(jù)其邏輯時序來控制其端口DIR、MSI、STEP,從而實現(xiàn)正轉和反轉;ULN2803按照勵磁表的順序激勵步進電機,這樣也可以實現(xiàn)正轉和反轉。這兩種不同的控制方式一個實現(xiàn)水平方向的控制,另一個實現(xiàn)垂直方向的控制,從而實現(xiàn)一種以STC15F2K60S2為主控芯片的通用控制平臺。 文獻【3】 提出了一種掃描電子顯微鏡用4-PSPS/PRPUR五自由度宏/微雙重驅(qū)動并聯(lián)機構,該機構可以實現(xiàn)三維移動和兩維轉動。采用螺旋理論分析了該機構的自由度,采用基于螺旋系線性相關性的并聯(lián)機構輸入選取判別方法,選取了驅(qū)動副并進行了合理性判別。 文獻【4】本文以自主研制的錢江Ⅰ號焊接機器人作為載體,通過理論研究和實驗驗證相結合的方式,系統(tǒng)深入地研究了六自由度串聯(lián)機器人的實時逆運動學、軌跡規(guī)劃與優(yōu)化、動力學耦合特性和高精度軌跡跟蹤控制問題,旨在找到工業(yè)機器人國產(chǎn)化的受限因素,并為串聯(lián)機器人的開發(fā)應用提供一套有效的理論和技術解決方案。 文獻【5】針對工業(yè)機械手的結構設計問題進行研究,對于機械手的設計主要包括了機械手的驅(qū)動機構與執(zhí)行機構的設計。首先根據(jù)實際的機器人的種類選擇機器人的驅(qū)動方式,以搬運機械手為前提選擇了液壓驅(qū)動方式。選擇驅(qū)動方式之后再對執(zhí)行機構包括手部、手腕、立柱、機座按照安全、準確、經(jīng)濟等原則進行設計。 文獻【6】結合對自動化裝配線的應用對象,選定了機械手所要實現(xiàn)的功能。首先,給出了裝配機械手的總體方案,總體方案包括機械手本體組成和自由度的分配。確定了機械手各桿臂長度以及各關節(jié)的轉角范圍。其次,對六自由度機械手具體結構進行了建模、虛擬裝配,并對部分關鍵零件進行強度校核。 文獻【7】機器人在工業(yè)上已經(jīng)取得了非常大的進步,尤其是視覺傳感器的應用對于機器人的智能化有很大的幫助?；贒MC5480運動控制卡,通過視覺處理系統(tǒng)實現(xiàn)了RS232串行通信,設計了一套可識別機器人手臂的精準定位系統(tǒng),詳細研究了控制系統(tǒng)硬件,規(guī)劃了控制系統(tǒng)控制策略,編寫了上位機操作軟件 文獻【8】為了建成一套精確定位的輸送機械手控制系統(tǒng),以西門子S7-200系列PLC和松下MINAS A5系列交流伺服驅(qū)動器為例,提出了使用PLC主機單元的高速脈沖輸出端口控制伺服驅(qū)動器實現(xiàn)定位控制的方案。 文獻【9】.針對自主研發(fā)的六自由度(DOF)模塊化機械臂,提出一種逆運動學求解方法.根據(jù)機械臂的結構特點和運動學約束,對機械臂的運動學進行分析.建立該類型機械臂的正運動學模型,得到了機械臂逆運動學的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法對機械臂操作空間進行描述,在考慮機械臂運動學約束的基礎上,得到以關節(jié)角度為變量的正運動學模型. 文獻【10】本文論述了基于PLC控制的氣動機械手裝置的功能、結構、原理及軟件設計。文中詳細介紹了PLC的選擇,I/O點分配,PLC與器件的邏輯電路連接及系統(tǒng)的氣動原理與工作原理等具體內(nèi)容。 文獻【11】通過介紹由PLC控制的步進電機定位系統(tǒng)硬件組成和編程技術,表明步進電機在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),這一線性關系的存在,使速度、位置等控制變得非常簡單。 文獻【12】依據(jù)步進電動機的工作原理以及控制方法,提出了步進電動機控制系統(tǒng)的設計方案。使用西門子CPU224可編程控制器作為核心控制器設計出步進電動機控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)對三相步進電動機速度、正反轉、三相單三拍、三相六拍等多種運方式的控制。給出控制系統(tǒng)軟硬件的實現(xiàn)方法,整個控制系統(tǒng)結構簡單,功能較強,可靠性高。 文獻【13】設計了機械手控制系統(tǒng)的硬件及軟件系統(tǒng),編制了機床的手動、自動控制程序?；谧詣涌刂瞥绦蚓帉懥俗詣涌刂撇竭M梯形圖?；赑ID和模糊控制理論編寫了控制系統(tǒng)的初始化及自動報警程序。 文獻【14】 This paper deals with the kinematics and analysis of a new parallel mechanism with a suspended platform. The proposed mechanism has a unique appearance in that the 6 chains originating from a circular ring are connected to the both ends of a suspended platform. After introducing the kinematics, the architecture singularity problem is analyzed. Then, the kinematic characteristics of this mechanism are analyzed with respect to the workspace and the isotropic index. Kinematic optimization of this mechanism was also performed. Finally, the proposed robot was employed as an automatic device for otologic surgery. 文獻【15】 This paper presents the control of two axis robot arm. The system is consisted of two step motors, robot arm, computer and PIC16F84A. One of them controls the robot arm via parallel port of the computer. The other one controls end element on the arm by PIC16F84A. PIC16F84A drives the motor by the designed circuit drive. Although the control of the step motor is very easy, they work choppily. Therefore, it is necessary to reduce the ripples occurred at the speed and torque of the step motor. In this study, proportional–integral–derivative (PID) controller is used to reduce the ripples. The obtained results show the proposed method is very successful. 文獻【16】 Effectively Apply the Systems Needed for Kinematic, Static, and Dynamic Analyses and Design A survey of machine dynamics using MATLAB and SimMechanics, Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems: Implementation in MATLAB and SimMechanics combines the fundamentals of mechanism kinematics, synthesis, statics and dynamics with real-world applications and offers step-by-step instruction on the kinematic, static, and dynamic analyses and synthesis of equation systems. Written for students with no working knowledge of MATLAB and SimMechanics, this book provides a basic understanding of static and dynamic mechanism analysis, moves beyond conventional kinematic concepts—factoring in adaptive programming, 2D and 3D visualization, and simulation, and equips readers with the ability to readily analyze and design mechanical systems. 參考文獻 [1] 六自由度機械臂軌跡規(guī)劃與仿真研究[J]. 孫亮,馬江,阮曉鋼.控制工程.2010(03) [2] 基于15單片機的步進電機驅(qū)動平臺通用系統(tǒng)設計[J]. 劉雪楓,朱兆優(yōu),周程.科技廣場.2014(03) [3] 五自由度宏/微雙重驅(qū)動并聯(lián)機構及其運動學分析[J]. 趙鐵石,馮海兵,劉艷輝,邊輝.燕山大學學報.2010(06) [4] 六自由度串聯(lián)機器人運動優(yōu)化與軌跡跟蹤控制研究[D]. 劉松國.浙江大學2009 [5] 工業(yè)機械手結構設計分析[J]. 歐洋,高禎,李連強.工業(yè)控制計算機.2017(06) [6] 六自由度裝配機械手設計及運動學求解[J]. 王雷,劉志虎,李震,林鵬雄.河北科技大學學報.2014(05) [7] 機器人手臂控制系統(tǒng)的設計與研究[J]. 吳學禮,劉浩南,許晴.河北科技大學學報.2014(04) [8] PLC及伺服電機的精確定位輸送機械手設計[J]. 張順星,梁小宜.機械與電子.2015(04) [9] 六自由度模塊化機械臂的逆運動學分析[J]. 姜宏超,劉士榮,張波濤.浙江大學學報(工學版).2010(07) [10] 基于PLC控制的氣動機械手系統(tǒng)[J]. 張州,劉廣瑞,杜大軍.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2004(03) [11] 一種PLC控制的步進電機定位系統(tǒng)的實現(xiàn)方法. 張順星.張玉潔.南寧職業(yè)技術學院學報.2009 [12] 基于PLC的步進電動機控制系統(tǒng)研究[J]. 樊戰(zhàn)亭,張小青.咸陽師范學院學報.2012(04) [13] PLC數(shù)控機床上料機械手控制系統(tǒng)設計[J]. 黃鳴.長春工業(yè)大學學報.2017(05) [14] Design of a new 6-DOF parallel mechanism with a suspended platform [15] Ripple reduction at speed and torque of step motors used on a two-axis robot arm [16] Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems 5設計（論文）的主要內(nèi)容 1． 確定控制系統(tǒng)總體方案 2． 完成機械機構設計； 3． 完成控制系統(tǒng)設計； 4． 結合本課題查閱并翻譯二萬印刷符號的英文資料； 5． 編寫設計說明書. 6設計（論文）的提交形式 1． 設計計算說明書1份。 2． 機械整體裝配圖1張（A0）。 3． 機械零件圖2-4張 4． 控制電路原理圖1張（A3）。 7進度安排 第四周 查閱文獻，進行相關的計算。 第五周 選擇總體設計方案。 第六周 學習CAXA的相關知識。 第七周 用CAXA繪制總裝圖 第八周 設計詳細零件的結構，繪制詳細部件圖 第九周 繪制典型零件圖 第十周 學習電氣相關的知識，設計控制系統(tǒng)。 第十一周 繪制控制電路原理圖。 第十二周 編寫設計計算說明書，形成畢業(yè)設計全部文件，準備答辯。 第十六周 畢業(yè)答辯。 8指導老師意見