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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 開題報(bào)告（含論文綜述） 學(xué) 院： 機(jī)械與控制工程學(xué)院 所屬教研室： 機(jī)械工程教研室 課題名稱： 四自度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其PLC控制 專業(yè)(方向) 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 開題日期 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jiǎn)述] 1、 本課題名稱： 四自度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其PLC控制 2、機(jī)械手研究的目的及意義 機(jī)械手使用提高了生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化和機(jī)械化程度，提高生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，使生產(chǎn)更趨于管理和規(guī)范。在世界各國(guó)科學(xué)家共同努力和研究下，機(jī)械手機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展取得巨大的成就，越來(lái)越普及應(yīng)用于各行各業(yè)中，極大地促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展。 3、機(jī)械手歷史及現(xiàn)狀 機(jī)械手是模擬人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搬運(yùn)、抓舉和裝配等操作。機(jī)械手是最早的工業(yè)機(jī)器人，它可將操作人員從繁重、單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，它極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，因而發(fā)達(dá)國(guó)家很重視使其得到了迅猛發(fā)展。隨著世界科技的發(fā)展，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用種類繁多，目前，機(jī)械手按適用范圍分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手；按照驅(qū)動(dòng)方式分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式機(jī)械手等；按照運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌道控制機(jī)械手等。 在第二次世界大戰(zhàn)期間，機(jī)械手得到了快速發(fā)展，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在搬運(yùn)核原料時(shí)，發(fā)明了一種主從型控制系統(tǒng)的機(jī)械手。1958年，美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)控制系統(tǒng)由主從型變?yōu)榱耸窘绦偷臋C(jī)械手。之后美國(guó)大力開展了機(jī)械手機(jī)器人領(lǐng)域的研究，目前已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。日本自從1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開始大力進(jìn)行機(jī)械手的研究，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國(guó)家之一 。 目前國(guó)內(nèi)外的機(jī)械手廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床、模鍛壓機(jī)上下料、鑄造、鍛造、沖壓、切削加工、噴漆、裝配等各工藝過程中。 4、機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì) 隨著自動(dòng)化和機(jī)械化的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械手的要求也越來(lái)越高，主要體現(xiàn)在： （1）重復(fù)高精度。重復(fù)精度是指動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。對(duì)于某些機(jī)械手來(lái)說(shuō)，重復(fù)精度甚于精度。 （2）模塊化。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的更具有靈活的安裝體系。它集成電接口、帶電纜及器官的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，可以使機(jī)械手更具靈活性。 （3）無(wú)給油化。無(wú)給油化主要是為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、紡織等無(wú)污染要求的行 （4）機(jī)電一體化。智能機(jī)械手的發(fā)展是機(jī)械手發(fā)展的重要方向之一。機(jī)電一體化的核心思想在于發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件，使氣動(dòng)技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 二、設(shè)計(jì)或研究主要內(nèi)容和重點(diǎn)，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)及擬解決的主要問題和技術(shù)關(guān)鍵，有何創(chuàng)新之處。（此部分為重點(diǎn)闡述內(nèi)容） 1、機(jī)械手設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目標(biāo) (1)機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)及內(nèi)容 a、機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù): 生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000件（兩班制生產(chǎn)）；總共具有四個(gè)自由度；臂轉(zhuǎn)動(dòng)180o；臂上下運(yùn)動(dòng)450mm,速度小于70mm/s；臂伸長(zhǎng)（收縮）450mm，速度小于300mm/s；手部轉(zhuǎn)動(dòng) ±180o b、運(yùn)動(dòng)速度預(yù)設(shè)：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求 c、定位方式：起止設(shè)定位置 d、定位精度：±0.3mm e、驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng) f、控制方式：PLC g、手指握力：400N h、手指夾持范圍：棒料，重量30kg、直徑65-100mm。 (2)設(shè)計(jì)工作任務(wù)目標(biāo)要求: a、完成上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（裝配圖）、各主要零件圖（共一套） b、繪制液壓原理圖一張 c、PLC控制原理圖及程序 d、機(jī)械三維圖 e、用三維軟件進(jìn)行動(dòng)作模擬仿真 f、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份 (3)機(jī)械手預(yù)期的工作目標(biāo) 機(jī)械手能在PLC控制下，以液壓驅(qū)動(dòng)能完成機(jī)械手上下升降，機(jī)械手臂伸縮，機(jī)械手爪旋轉(zhuǎn)夾持棒料完成機(jī)床上下料的工作。 2、關(guān)鍵技術(shù)及擬解決的主要問題 (1)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) a、機(jī)械手腰部： 它是第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，承受了機(jī)器人的全部重量，所以腰座應(yīng)該有足夠大的安裝基面, 且機(jī)械手基座和腰部軸及軸承的機(jī)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度。 b、 機(jī)械手臂： 手臂要求在一定的載荷和一定的速度下，實(shí)現(xiàn)工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。所以手臂應(yīng)當(dāng)滿足機(jī)械手工作空間的要求。為了提高運(yùn)動(dòng)精度和控制精度，應(yīng)在保證手臂的強(qiáng)度以及剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行,互相垂直的軸盡量交于一點(diǎn),使機(jī)械手保持整體控制。相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸盡量保持重量上的平衡,減輕電機(jī)對(duì)機(jī)械手的負(fù)荷，提高手臂響應(yīng)速度。本機(jī)械手手臂應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)伸縮、升降與回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度，所以應(yīng)該合理設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸。 c、機(jī)械手爪： 機(jī)械手爪安裝在機(jī)械手臂前段，且應(yīng)當(dāng)根據(jù)用途選擇合適的末端執(zhí)行器使機(jī)械手爪設(shè)計(jì)時(shí)滿足夾持精度與穩(wěn)定性、位置精度；合理設(shè)計(jì)盡可能保證工作要求減少材料使其結(jié)構(gòu)緊湊，重量和體積小。在腕部設(shè)置可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu),提高機(jī)械手的傳動(dòng)精度。 （2）機(jī)械手控制要求 PLC梯形圖總體設(shè)計(jì)、各梯形圖設(shè)計(jì)、繪制搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制梯形圖。機(jī)械手升降，收縮采取液壓，選用合適的器件，保證機(jī)械手的工作要求;并繪制液壓原理圖。 3、本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處 在保證機(jī)械手剛度和強(qiáng)度，位置精度及持精度的要求下，合理設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單緊湊、驅(qū)動(dòng)更趨于統(tǒng)一控制、更具自動(dòng)化，更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，更加準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)所需的動(dòng)作, 更加具有適應(yīng)性,滿足工作的需要。 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(shí)施方案所需的條件（技術(shù)條件、試驗(yàn)條件等）] 1、技術(shù)方案 (1)、總體設(shè)計(jì) 因?yàn)樗膫€(gè)自由度分別在手腕的回轉(zhuǎn)及手臂的伸縮、升降與回轉(zhuǎn)，采用圓柱坐標(biāo)型式。 (2)、驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手所要達(dá)到的工作要求，盡量使其簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)適用易于操作，因此選用液壓驅(qū)動(dòng)方式。在工作應(yīng)用中，液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)多采用直線液壓缸或擺動(dòng)馬達(dá)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，本設(shè)計(jì)中使用節(jié)流調(diào)速方式。弄清楚機(jī)械手液壓原理，繪制液壓原理圖。 (3)、機(jī)械手爪末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手用途設(shè)定為機(jī)床的上下料、供搬運(yùn)、檢測(cè)，所以末端執(zhí)行器選用二指回轉(zhuǎn)型手部結(jié)構(gòu)，傳力機(jī)構(gòu)采用滑槽杠桿式。 (4)、腕部的設(shè)計(jì) 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中的機(jī)械手腕部具有一個(gè)自由度，其為360°回轉(zhuǎn)，故應(yīng)當(dāng)采取齒條活塞的傳力機(jī)構(gòu)。 (5)、手臂設(shè)計(jì) 從機(jī)械手手臂的作用考慮。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手有手臂伸縮、升降與回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。本設(shè)計(jì)選用伸縮油缸實(shí)現(xiàn)手臂的直線運(yùn)動(dòng)，伸縮運(yùn)動(dòng)采用雙導(dǎo)桿的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)缸設(shè)計(jì)在升降缸之上。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋相連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿連為一體。 (6)、控制設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械手的工作要求，分析機(jī)械手運(yùn)動(dòng)情況及工作要達(dá)到的工位，合理選擇器件，編寫PLC梯形圖。 2、實(shí)施方案所需的條件 查閱相關(guān)資料和請(qǐng)教老師，分析擬定設(shè)計(jì)方向,制定設(shè)計(jì)方案及相關(guān)的結(jié)構(gòu)計(jì)算校核論證；運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件CAD、Proe/UG完成對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)二維及三維的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)模擬仿真、液壓原理圖的繪制。運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件S7-200，完成PLC梯形圖的繪制。  四、主要參考文獻(xiàn)目錄 [1] 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，2012，279：3-12. [2]宋文琪.機(jī)械手的基本知識(shí)（八）[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1980，03:37-43. [3]宋文琪.機(jī)械手的基本知識(shí)（三）[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1980，03:37-43. [4]馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [5]孫恒．機(jī)械原理[M]．北京：高等教育出版社，2006．5. [6]李允文．工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996. [7]張福學(xué)．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2000. [8]濮良貴．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，2006．5. [9]呂厚余．工業(yè)電器控制技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2007. [10]李笑．液壓與氣壓傳動(dòng)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011. [11]李昌輝．自動(dòng)上料機(jī)器人開發(fā)[D]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009．6. [12]馬香峰. 機(jī)器人結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991. [13]張鐵．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [14]耿躍峰.四自由度搬運(yùn)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南：許昌學(xué)院，2012，42:5-30. [15]郭劍暉.機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南：許昌學(xué)院，2012，42:5-30. [16] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998. 五、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃。（必須包含一定工作量的計(jì)算機(jī)知識(shí)綜合應(yīng)用環(huán)節(jié)） 第一周至第二周 查找資料文獻(xiàn)，擬定設(shè)計(jì)方向，確定畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)施方案，編寫開題報(bào)告 第三周至第四周 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算校核 第五周至第六周 繪制機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、各主要零件圖、裝配圖，液壓原理圖,PLC梯形圖 第七周至第八周 按圖紙構(gòu)建機(jī)械手三維造型，并進(jìn)行動(dòng)作仿真模擬 第九周 整理資料、讀書報(bào)告、外文翻譯、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第十周至第十二周 指導(dǎo)教師審閱論文，提出修改意見，學(xué)生編輯修論文，學(xué)生論文打印稿經(jīng)指導(dǎo)老師評(píng)定之后交給評(píng)閱教師評(píng)閱。 第十二周至第十四周 畢業(yè)答辯 第十五周至第十六周 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作總結(jié) 六、指導(dǎo)教師審核意見 指導(dǎo)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 8