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上海電機(jī)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課題名稱 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 班 級 BJ064 學(xué) 號 BJ06436 姓 名 蔣偉 指導(dǎo)教師 沈紅芳 定稿日期： 2009 年 10月8 日 課題題目：上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 一、 課題的來源、目的、意義 1. 課題的來源 題目來源于生產(chǎn)實(shí)際。設(shè)計(jì)一個(gè)用于上料的液壓機(jī)器人，進(jìn)行機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 2. 課題的目的，意義 此次設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)機(jī)械手有5個(gè)自由度，用于上料作業(yè)。采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，根據(jù)規(guī)定的動(dòng)作順序，需要完成伸縮，升降，回轉(zhuǎn)，抓取等功能。綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論，基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，對上述機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和計(jì)算，對液壓回路及其部件進(jìn)行選擇以及控制回路和電器控制的設(shè)計(jì)計(jì)算等。并繪制必要的裝配圖，液壓系統(tǒng)圖，控制系統(tǒng)原理圖等。 3. 課題的要求 1. 已知相關(guān)參數(shù)：手腕回轉(zhuǎn)角度115，手臂伸長量150mm，手臂回轉(zhuǎn)角度115，手臂升降行程170mm，手臂橫向運(yùn)動(dòng)行程100mm。設(shè)計(jì)參數(shù)定義如下：承載6kg,，回轉(zhuǎn)速度30度/秒，平移速度40mm/s，最大加速度為1000mm/。定位精度為1mm。 2. 完成對機(jī)械手的設(shè)計(jì)，作出傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖，繪制必要裝配圖。 3. 對液壓回路及其部件進(jìn)行選擇，繪制液壓系統(tǒng)圖。 4. 進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制PLC控制系統(tǒng)原理圖。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機(jī)械手的組成：能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 近年來機(jī)械手的特點(diǎn)：(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。 (2)機(jī)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(jī)、減速機(jī)、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(jī)器人整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)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)機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)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(jìn)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(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。 國內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢：目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 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。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)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。 此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)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(shí)，即能更正并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 三． 預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、完成課題的方案和主要措施 1.本課題預(yù)計(jì)達(dá)到的目的：本課題研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了上料機(jī)械手的搬運(yùn)的工作的原理。在此基礎(chǔ)上，確定了上料搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，對搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)工作。運(yùn)用液壓傳動(dòng)的技術(shù)和PLC的控制系統(tǒng)來對上料搬運(yùn)機(jī)械手來實(shí)施控制，進(jìn)而分析它的運(yùn)動(dòng)過程，來完成最后的機(jī)械手設(shè)計(jì)。 2.本課題的關(guān)鍵理論和技術(shù)：機(jī)械原理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)和PLC控制等。 3.技術(shù)方案（技術(shù)路線、技術(shù)措施） 運(yùn)用液壓傳動(dòng)來控制機(jī)械手的放松，伸縮，升降，回轉(zhuǎn)，橫移和抓緊等自由度，最后運(yùn)用PLC來編程來實(shí)施各自由度的總控制。 4.要解決的主要問題和技術(shù)的關(guān)鍵。 1）.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、機(jī)械制圖等 2）.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：液壓傳動(dòng) 3）.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：PLC技術(shù) 5.可能遇到的困難及應(yīng)對措施。 1）.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不合理，應(yīng)對的措施：做完后腰及時(shí)給老師審核，然后進(jìn)行其他方面的設(shè)計(jì)。 2）.計(jì)算及校核方面的不合理，應(yīng)對的措施：計(jì)算要有相當(dāng)?shù)膰?yán)密性，并且要合理的應(yīng)用公式，不要亂用公式。做完要仔細(xì)的校核，同時(shí)也要有相當(dāng)?shù)哪托摹? 3）.文獻(xiàn)翻譯的不合理，應(yīng)對措施：要多翻課外的參考資料，不懂就要查字典。或者自己覺得翻得不夠好就找專業(yè)的英文老師來教導(dǎo)。 4）.作圖方面的不合理，應(yīng)對措施：要熟悉自己的作圖軟件并且作圖時(shí)要仔細(xì)。 5）.控制方面的不合理，應(yīng)對措施：要畫出T形圖、方框圖，然后再進(jìn)行合理的編程。 四、課題進(jìn)展計(jì)劃 11月1號到12月1號：收集資料 12月1號到1月1號：研讀資料，擬定設(shè)計(jì)方案 1月1號到3月25號：中期完成設(shè)計(jì)草圖，作必要的設(shè)計(jì)計(jì)算，最終完成總裝配圖。 3月26號到5月1號：綴寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 5月1號到5月26號：答辯準(zhǔn)備及答案 五、 主要參考文獻(xiàn) 1. http://baike.baidu.com/view/81615.htm 2009年05月22日 薰薰冰兒 2. http://www.zybysj.cn/onews.asp?id=508&Page=3機(jī)械手設(shè)計(jì) admin 2008年10月3號 3. 李超，氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā).陜西科技大學(xué)，2003 4.孔凌嘉， 簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，北京理工大學(xué)出版社，2008 5. 史國生.PLC在機(jī)械手步進(jìn)控制中的應(yīng)用.中國工控信息網(wǎng),2005.1月3號 6.郭洪紅，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2006 7.章宏甲，液壓與氣壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005 8.康新華， 焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（一），上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2000 9.廖常初，F(xiàn)X系列PLC編程及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2005 10.楊黎明，機(jī)械設(shè)計(jì)簡明手冊，國防工業(yè)出版社，2008 11.宋寶玉，簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008 12.徐創(chuàng)文，機(jī)械電子工程專業(yè)改革探討，蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)（綜合版），1999，6（1）：32-33。 指導(dǎo)教師評語: 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 評議小組意見 1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實(shí)用價(jià)值；□意義不大。 2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。 3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。 4、設(shè)計(jì)或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。 5、學(xué)生對文獻(xiàn)資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 6、學(xué)生在論文選題報(bào)告中反映出的綜合能力和表達(dá)能力： □好；□較好；□一般；□較差。 7、學(xué)生在論文選題報(bào)告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好；□一般；□較差。 8、對論文選題報(bào)告的總體評價(jià)：□好；□較好；□一般；□較差 （在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”） 二級學(xué)院所確定評議小組名單 （3-5人） 組長： 、 組員： 、 、 、 單位蓋章 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 評議結(jié)論 評議小組組長簽名： 評議小組組員簽名： 年 月 日