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湖南科技大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題 目
焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計
作者姓名
學(xué)號
所學(xué)專業(yè)
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
1、 研究的意義,同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題(列出主要參考文獻(xiàn))
背景和研究意義:
隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要,焊接機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。焊接機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動,顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度,提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平,解決了工業(yè)生產(chǎn)中長期頻繁單調(diào)的操作。也提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)速度,所以機(jī)械手的使用是非常高效的,因此需要設(shè)計出讓人跟滿意的焊接機(jī)械手。
焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計與一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計相比,既具有類似性,又有其獨(dú)特性。從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度來看,機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)可看作是一系列連桿通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、移動關(guān)節(jié)連接起來的開式運(yùn)動鏈。 與一般機(jī)構(gòu)相比,機(jī)械手的開鏈結(jié)構(gòu)型式具有靈巧性和空間可達(dá)性等,但由于開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)實際上是一系列懸臂桿件串聯(lián)而成的,機(jī)械誤差和彈性變形的累計,影響機(jī)械手的剛度和精度。因此,機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計既要滿足強(qiáng)度要求,又要考慮剛度和精度。另一方面,機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu),特別是關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng),是整個伺服系統(tǒng)中的一個組成部分,無論是結(jié)構(gòu)的緊湊性、靈巧性,還是在運(yùn)動時的穩(wěn)定性、快速性等伺服性能,都比一般機(jī)構(gòu)有更高的要求。
焊接機(jī)械手雖然有多種結(jié)構(gòu)形式,但大體上都可以分為3大組成部分,即本體、點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。目前應(yīng)用較廣的點(diǎn)焊機(jī)器人,其本體形式為直角坐標(biāo)簡易型及全關(guān)節(jié)型。前者可具有1~3個自由度,焊件及焊點(diǎn)位置受到限制;后者具有5~6個自由度,能在可到達(dá)的工作區(qū)間內(nèi)任意調(diào)整焊鉗姿態(tài),以適應(yīng)多種形式結(jié)構(gòu)的焊接。
對焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行研究,目的是尋找在不同要求下最優(yōu)的機(jī)械結(jié)構(gòu),以最大效益的滿足生產(chǎn)需要。
國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題:
工業(yè)焊接機(jī)械手的發(fā)展過程可分為三代,第—代,為示教再現(xiàn)型,它主要由機(jī)器手控制器和示教盒組成,可按預(yù)先引導(dǎo)動作記錄下信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行,當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型,如有力覺觸覺和視覺等,它具有對某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力,目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。第三代為智能型它具有感知和理解外部環(huán)境的能力,在工作環(huán)境改變的情況下,也能夠成功地完成任務(wù),它尚處于實驗研究階段。
1、國外工業(yè)機(jī)器人的的發(fā)展
美國是機(jī)器人機(jī)械手的誕生地,早在1961年,美國的ConsolidedControlCorp和AMF公司聯(lián)合研制了第一臺實用的示教再現(xiàn)機(jī)器人。經(jīng)過40多年的發(fā)展,美國的機(jī)器人機(jī)械手技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn),適應(yīng)性也很強(qiáng)。
日本在1967年從美國引進(jìn)第一臺機(jī)器人,1976年以后,隨著微電子的快速發(fā)展和市場需求急劇增加,日本當(dāng)時勞動力顯著不足,工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)里受到歡迎,使其日本工業(yè)機(jī)器人得到快速發(fā)展,現(xiàn)在無論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。德國引進(jìn)機(jī)器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年,但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動力短缺,國民的技術(shù)水平較高等社會環(huán)境,卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。目前,德國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第二位,僅次于日本。
2、國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展
我國工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期,我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后,隨著改革開放的不斷深入,在高技術(shù)浪潮的沖擊下,我國機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持,“七五”期間,國家投入資金,對工定機(jī)器人及零部件進(jìn)行攻關(guān),完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā),研制出了噴漆,點(diǎn)焊,弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。,國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃開始實施,經(jīng)過幾年研究,取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特種機(jī)器人。
從2O世紀(jì)9O年代初期起,我國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變期,掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮,我國的工業(yè)機(jī)器人又在實踐中邁進(jìn)了一大步,先后研制了點(diǎn)焊,弧焊,裝配,噴漆,切割,搬運(yùn),碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人,并實施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程,形成了一批工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地,為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。但是與發(fā)達(dá)國家相比,我國工業(yè)機(jī)器人還有很大差距。
2、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題(根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化)
研究目標(biāo):完成焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
研究內(nèi)容:
本設(shè)計研究焊接機(jī)械手,以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。
進(jìn)行機(jī)械手的原理方案設(shè)計,比較并提出系統(tǒng)的總體方案。
根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計:
1.加強(qiáng)度現(xiàn)實生產(chǎn)中工業(yè)焊接機(jī)械手的理解
2.設(shè)計前對機(jī)械手主要的知識認(rèn)知
3.對焊接機(jī)械手的各主要組成部分的分析,設(shè)計方案的確定
4.確定機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)
5.對各主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析
6.確定機(jī)械手各部件的可靠性
7.繪制主要結(jié)構(gòu)零件圖
8.繪制裝配圖
擬解決的關(guān)鍵問題
1.選取機(jī)械手的坐標(biāo)形式及自由度;
2設(shè)計各機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu):如點(diǎn)焊部分、手腕、手臂;
3.傳動系統(tǒng)的設(shè)計;
3、 特色與創(chuàng)新之處
通過本次對焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以縮短提升機(jī)設(shè)計周期,提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和使用壽命,提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和市場競爭能力。
4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
先把本設(shè)計模塊化處理,它包含選型(坐標(biāo)型式),腰部回轉(zhuǎn),手臂俯仰,直線位移,焊槍與手臂結(jié)合5部分。細(xì)化每部分的設(shè)計思路如下表:
1
2
3
4
坐標(biāo)型式
直角坐標(biāo)式
圓柱坐標(biāo)式
球坐標(biāo)式
關(guān)節(jié)式
腰部回轉(zhuǎn)
齒輪傳動
蝸輪蝸桿
帶傳動
手臂俯仰
齒輪傳動
蝸輪蝸桿
帶傳動
直線位移
齒條傳動
液壓傳動
氣壓傳動
滾珠絲杠副
焊槍手臂結(jié)合
夾持式
吸附式
如圖可得:可能采用的方案共:4x3x3x4x2=288種
本設(shè)計研究汽車車身焊接的機(jī)械手,以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。
方案一:直角坐標(biāo)式機(jī)械手,蝸輪蝸桿傳動,直線位移液壓傳動,焊槍手臂結(jié)合吸附式。
方案二:關(guān)節(jié)式機(jī)械手,齒輪傳動,直線位移滾珠絲杠副。焊槍手臂夾持式。
方案三:直角坐標(biāo)式機(jī)械手,齒輪傳動,直線位移齒條傳動,焊槍手臂結(jié)合夾持式。
方案四:球坐標(biāo)式機(jī)械手,齒輪傳動,直線位移氣壓傳動,焊槍手臂結(jié)合吸附式。
本設(shè)計中要求腰部回轉(zhuǎn)和手臂俯仰,加工范圍較大;盡可能減少機(jī)體空間更優(yōu);并要求進(jìn)行電焊,因此對位置精度要求較高;焊槍要長時間工作。
因此選用方案二為最優(yōu)方案。
5、 擬使用的主要設(shè)計、分析軟件及儀器設(shè)備
設(shè)計軟件:AutoCAD、Pro/E。
6、 參考文獻(xiàn)
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年第4期
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[4]尹志強(qiáng).《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》.機(jī)械工業(yè)出版社
[5]張利萍.液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:1-402.
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[9]何家金.機(jī)械電氣自動控制網(wǎng).重慶:重慶大學(xué)出版社,2002.
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[11]吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計手冊[K1.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.
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[15]CraigJJ.IntroductiontoRoborics[J].NewYork:AddisonWeskyPublishingCo.,1989
注:
1、開題報告是本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)的一個重要組成部分。學(xué)生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書的要求和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果,在開始撰寫論文之前寫出開題報告。
2、參考文獻(xiàn)按下列格式(A為期刊,B為專著)
A:[序號]、作者(外文姓前名后,名縮寫,不加縮寫點(diǎn),3人以上作者只寫前3人,后用“等”代替。)、題名、期刊名(外文可縮寫,不加縮寫點(diǎn))年份、卷號(期號):起止頁碼。
B:[序號]、作者、書名、版次、(初版不寫)、出版地、出版單位、出版時間、頁碼。
3、表中各項可加附頁。
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