沖床自動卸料機械手設(shè)計,沖床自動卸料機械手設(shè)計,沖床,自動,卸料,機械手,設(shè)計 開題報告 論 文 題 目： 沖床自動卸料機械手的設(shè)計 學(xué) 院： 專 業(yè) 、班 級： 1 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師（職稱）： 20016 年 12 月 28 日填 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 2.論文（設(shè)計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。 一、選題依據(jù)1.論文（設(shè)計）題目 沖床自動卸料機械手的設(shè)計 2. 研究領(lǐng)域 機械手技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù),本課題研究領(lǐng)域為機械手，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 3. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 本方案設(shè)計的是傳統(tǒng)的工業(yè)搬運機械手中的沖床卸料機械手。在機電液一體化的大規(guī)模發(fā)展中，高強度，高精度的工作已經(jīng)不是很適合人工進行，因此，工業(yè)機器人應(yīng)運而生，工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 沖床沖壓頻率約為 40 次/分,每一次進給、沖壓、卸料的時間約為 1.5s，具體到卸料的時間應(yīng)小于 1s，系統(tǒng)需要快速響應(yīng)，另外，系統(tǒng)需要將沖壓件從沖模中取出至某一特定位置，有位置精度要求。作為機械加工生產(chǎn)，為了降低成本，提高生產(chǎn)效率，必須是首要考慮的因素。從沖床的整個加工最后生成產(chǎn)品的整個過程當中，卸料所占的時間比例較多，我們可以從卸料環(huán)節(jié)進行改進，達到提高生產(chǎn)效率的目的。傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工，依靠工人手工進行卸料，其勞動量大動作單一，很容易造成工人的疲勞，從而發(fā)生危險的事故。設(shè)計一個自動卸料機械手，即降低了生產(chǎn)成本，又提高了生產(chǎn)效率，還能夠避免加工當由于手工操作不當引起的中工件誤差。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 機器人的研究進程可以分成三個階段：（1）第一代機器人 第一代機器人具有示教在線功能，或具有可編程的 NC 裝置，但對外部信息不具備反饋能力。 （2）第二代機器人 第二代機器人不僅具有內(nèi)部傳感器而且具有外部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。雖然沒有應(yīng)用人工智能技術(shù)，但是能進行機器人—環(huán)境交互，具有在線自適應(yīng)能力。例如，機器人從運動著的傳送帶上送來的零件中抓取零件并送到加工設(shè)備上。因為送來的每一個零件具體位置和姿態(tài)是隨意的、不同的，要完成上述作業(yè)必須被抓取零件狀態(tài)的在線信息。 （3）第三代機器人 第三代機器人具有多種智能傳感器，能感知和領(lǐng)會外部環(huán)境信息，包括具有理解像人下達語言指令這樣的能力。能進行學(xué)習(xí)，具有決策上的自治能力。 工業(yè)機械手作為機器人的一種，目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。近 20 年來，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于注塑輔機上自動取出產(chǎn)品、機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。 近幾年來,隨著自動化工業(yè)的不斷發(fā)展,機械手也將隨之壯大起來.在未來幾年里它的發(fā)展趨勢如下也越來越明顯，可以歸納以下幾點: （1）工業(yè)機械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)。（2）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)造機械手整機;國外已有模塊化裝配機械手產(chǎn)品問市。 （3）工業(yè)機械手控制系統(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(luò)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。 （4）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、焊接機械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 （5）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機械手操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機械手。 （6）當代遙控機械手系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機械手的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機械手走出實驗室進入實用化階段。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題 （1）沖床自動卸料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和控制系統(tǒng)設(shè)計；（2）自動卸料機械手升降機構(gòu)設(shè)計；（3）自動卸料機械手回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） （1）沖床自動卸料機械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）沖床自動卸料機械手的控制部分設(shè)計； （3）有關(guān)參數(shù)的設(shè)定、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件設(shè)計等領(lǐng)域。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 結(jié)構(gòu)部分完成機械手的圖紙繪制，編寫設(shè)計說明書?？刂撇糠滞瓿稍韴D和設(shè)計說明書。設(shè)計出的機械手，應(yīng)能達到結(jié)構(gòu)合理、可靠性高、抗干擾能力高、效率高的特點。 通過做此設(shè)計希望學(xué)到更多的專業(yè)知識，并對先進的生產(chǎn)技術(shù)做更多學(xué)習(xí)，對以后的工作有較大的幫助。即使本設(shè)計在實際生產(chǎn)上暫不可行，但在理論上應(yīng)該盡量正確。 三、論文（設(shè)計）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） 因為沖床采用上出料模具的工作方式，通過運用所學(xué)的專業(yè)知識（機械原理、機械設(shè)計、液壓傳動、控制工程等）完成各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)原理設(shè)計。 對開展工作作技術(shù)可行性分析先做結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)合理后，完成控制系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計經(jīng)濟無污染，適合在工廠中廣泛應(yīng)用。 2.論文（設(shè)計）進度計劃 第一周：了解設(shè)計的內(nèi)容和要求，查閱資料，了解課題內(nèi)容；第二周：查閱資料，撰寫開題報告，確定慰問翻譯文章；第三周：修改開題報告，撰寫文獻綜述；第四周：開題答辯，完成外文翻譯； 第五周：了解工業(yè)機械手功能和結(jié)構(gòu)，提出自動卸料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案；第六周：關(guān)鍵參數(shù)計算和選擇；第七周：結(jié)合設(shè)計方案，細化參數(shù)選擇和計算；第八周：升降機構(gòu)設(shè)計；第九周：升降機結(jié)構(gòu)設(shè)計： 第十周：回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計，中期檢查；第十一周：回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計； 第十二周：自動卸料機械手控制系統(tǒng)設(shè)計；第十三周：自動卸料機械手控制系統(tǒng)設(shè)計；第十四周：整理設(shè)計資料，編寫設(shè)計說明書；第十五周：修改完善設(shè)計說明書，準備答辯；第十六周：修改完善整套設(shè)計，答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 李允文主編.工業(yè)機械手設(shè)計[M]. 機械工業(yè)出版社, 1996 [2] 王平,著.沖壓加工設(shè)備及自動化[M]. 華中理工大學(xué)出版社, 2006 [3] 郭劍暉.機械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計[D]. 南昌大學(xué) 2012 [4] 宋娟.上下料機械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計.電氣技術(shù)與自動化 （2008 年 10 期） [5] 蔡自興,編著.機器人學(xué)基礎(chǔ)[M]. 機械工業(yè)出版社, 2009 [6]吳振彪，王正家主編.工業(yè)機器人（第二版）.華中科技大學(xué)出版社，2006 [7] 肖南峰等,編著.智能機器人[M]. 華南理工大學(xué)出版社, 2008 [8] 殷際英,何廣平編著.關(guān)節(jié)型機器人[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003 [9] 孫恒，陳作模.機械原理[M].8 版.北京：高等教育出版社，2013 [10]張濤.機器人引論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010. [11]濮良貴,紀名剛.機械設(shè)計[M]. 北京：高等教育出版社，2002. [12]聞梆椿.機械設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2010. [13]劉宏新.機電一體化技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2015. [14]郭斌,王彥明,陸藝等.沖床上下料機械手臂及驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計[J].機械傳動,201 6,40(2),150－153，157. [15]田樂帥.沖床上下料機械手的設(shè)計與研究[D].青島科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,201 6. [16]孫瓏.沖壓機上下料機械手的開發(fā)與研究[D].華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，201 5. [17]覃南強,譚仲海.基于工業(yè)機器人的沖壓自動上下料系統(tǒng)的設(shè)計[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2015,10(398），43－45. [18]李娜.氣動技術(shù)在沖壓行業(yè)中的應(yīng)用[J].液壓氣動與密封,2016，2：73-75. [19]于衍偉.適于中小型沖床的經(jīng)濟性自動送料機械手研制[J].鍛壓技術(shù),2011，36 （6）：66－69. [20]王建明.自動線與工業(yè)機械手技術(shù)[M].天津，天津大學(xué)出版社,2009. [21]鐘全熊.沖壓工藝及設(shè)備[M].北京，北京理工大學(xué)出版社，2010. [22]鄭崢.沖壓注塑成型設(shè)備[M].北京，機械工業(yè)出版社，2015. [23]ThomasRKurfess.RoboticsandAutomationHandbook.2005. [23]Andrzej J. Cebula,Paul J. Zsombor-Murray. Formulation of the wor kspace equation for wrist-partitioned spatial manipulators[J]. Mechanis m and Machine Theory . 2005 (7) 文獻綜述 一、工業(yè)機械手的工作原理機械手是工業(yè)機器人的一種，工業(yè)機器人是由三大部分六個子系統(tǒng)組成。三大部分 是：機械部分、傳感部分、控制是部分。六個子系統(tǒng)是：驅(qū)動系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機器人—環(huán)境交互系統(tǒng)、人—機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。美國機器人工業(yè)協(xié)會(U.S.RIA)提出的工業(yè)機器人的定義為：“工業(yè)機器人是用來進行搬運材料、零件、工具等可再編程的多功能機械手，或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置。”由此可以得出工業(yè)機器人具有可編程、擬人化、通用性、機電一體化的顯著特點。作為機器人其中一種的工業(yè)機械手，能模仿人手和臂的某些動作功能，按照固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，它可代替繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全。 二、工業(yè)機械手的主要結(jié)構(gòu)其主要是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、和控制系統(tǒng)三大部分組成。 （1）機械手的執(zhí)行機構(gòu)可以分為手部、手臂和軀干等三部分。手部一般安裝在手臂的前端其構(gòu)造是模仿人的手指。手臂可以分為無關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂，其主要作用是引導(dǎo)手指準確地抓住工件，并運送到所需要的位置上。軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機構(gòu)的支架。 （2）機械手的驅(qū)動機構(gòu)主要有四種:液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。其中以液壓、氣動用的最多，電動和機械用的較少。 （3）機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動時間、運動速度和加減速度等。機械手的控制可以分為點位控制、連續(xù)軌跡控制、力控制和智能控制方式等。 三、工業(yè)機械手的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢工業(yè)機械手作為機器人的一種，目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依 靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。近 20 年來，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于注塑輔機上自動取出產(chǎn)品、機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。在未來幾年里它的發(fā)展趨勢如下也越來越明顯，可以歸納以下幾點： （1）工業(yè)機械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)。（2）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)造機械手整機;國外已有模塊化裝配機械手產(chǎn)品問市。 （3）工業(yè)機械手控制系統(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(luò)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。 （4）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、焊接機械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 （5）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機械手操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機械手。 （6）當代遙控機械手系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機械手的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機械手走出實驗室進入實用化階段。 四、本課題研究內(nèi)容 要設(shè)計沖床自動卸料機械手，就首先要了解沖壓工作原理和特點。通常的沖壓都在常溫下進行的，所以我們稱之為冷沖壓。冷沖壓是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需要零件的一種壓力加工方法。這種方法既可以加工金屬材料，又可以加工非金屬材料和復(fù)合材料。 冷沖壓生產(chǎn)過程的主要特征是依靠沖模和沖壓設(shè)備完成加工，便于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)率很高，操作簡便。所獲得的零件一般不需要再進行切削加工，它是一種節(jié)省能源、節(jié)省材料的無屑加工方法。由于沖件的尺寸公差由沖模來保證，所以產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，互換性好。冷沖壓在大批量工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用十分廣泛，而且越來越多的工業(yè)部門采用冷沖壓進行加工產(chǎn)品，其比重也越來越大。 為了提高生產(chǎn)的效率，降低成本，除了從機床本身進行改進之外，還有其他簡單可行的方案，那就是將上下料的過程從人工改為機械手去自動上下料。而且機械手代替人手，杜絕了在機械加工過程中由于操作不當，而發(fā)生的傷人事故。從長期來講，大大的降低了人工的成本。 本課題所研究的，就是為了提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)半自動化所設(shè)計的一個與沖床機身相連的工業(yè)機械手。本次機械手的設(shè)計更多的偏向于機構(gòu)的設(shè)計，再通過驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，達到卸料的目的。 指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 簽字： 年 月 日 審 核 教研室主任意見 意 見 簽字： 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 簽字： 年 月 日 公章：