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畢業(yè)論文開題報(bào)告 題 目: 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 姓 名: 學(xué) 院: 工學(xué)院 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 職稱: 教 授 2005年 6 月 8 日 課題名稱：工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述 1.課題來源、課題研究的主要內(nèi)容 工業(yè)機(jī)器人一般指用于機(jī)械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)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(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 2. 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述 近20年來，機(jī)器人或機(jī)械手技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；液壓機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)液壓技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)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，使液壓技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于液壓脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，液壓技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 自上世紀(jì)六十年代，機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，最典型的發(fā)展是生產(chǎn)者將此產(chǎn)品大量應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)（全自動(dòng)生化分析儀），從而實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)生檢驗(yàn)中急需短時(shí)間、大量樣品數(shù)據(jù)的要求，但在衛(wèi)生領(lǐng)域的機(jī)械手因采用樣品加單一酶試劑顯色法，且采用濾光片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，造成試劑價(jià)格昂貴，限制了產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手的設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。比如美國(guó)OI公司的產(chǎn)品，可針對(duì)單一項(xiàng)目，次序加4種試劑，加熱溫度也提高到 50 ℃ ，檢測(cè)器則采用二極管陳列技術(shù)，這些進(jìn)步為新領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強(qiáng)大支持。有專家估計(jì)未來10 年，全自動(dòng)流動(dòng)分析儀的市場(chǎng)份額中，將有 50 ％被全自動(dòng)化學(xué)分析機(jī)械手取代。 通過了解上述兩類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)我們不難看出，機(jī)械手具有微升級(jí)試劑消耗，不受模板束縛，分析中不同檢測(cè)項(xiàng)目可穿插完成，可完成研發(fā)性波長(zhǎng)掃描優(yōu)化檢測(cè)條件，用戶可自行設(shè)計(jì)新的檢測(cè)項(xiàng)目，體積小，甚至可做現(xiàn)場(chǎng)快速分析等特點(diǎn)。 由此也不難看出，以前流動(dòng)分析中不適合的用戶群，如樣品檢測(cè)單一種類少而樣品量多的情況，為機(jī)械手的應(yīng)用提供了可能性。對(duì)衛(wèi)生行業(yè)的快速分析中，也因新型機(jī)械手的設(shè)計(jì)特點(diǎn)而使取代昂貴的試劑，降低分析成本成為可能。機(jī)械手不能完全取代流動(dòng)分析產(chǎn)品一個(gè)重要的理由是：一些特殊樣品處理技術(shù)不能在線實(shí)現(xiàn)，如萃取、高溫蒸餾，需要離線進(jìn)行，相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些方面的技術(shù)也會(huì)提高。 參考文獻(xiàn)： [1]. 工業(yè)機(jī)器人 徐元昌 編制 中國(guó)輕工業(yè)出版社 1999.08 [2]. 液壓傳動(dòng)與控制 賈銘新 主編 國(guó)防工業(yè)出版社 2003.01 [3]. 液壓與氣壓傳動(dòng) 左健民 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1999.10 [4]. 機(jī)器人應(yīng)用技術(shù) 孟繁華 編 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1989.06 [5]. 濮鳳根，胡偉民. 關(guān)于液壓集成塊CAD研究開發(fā)的進(jìn)一步探討. 1997 [6]. 馮毅，田樹軍，李利. 基于計(jì)算智能的液壓集成塊優(yōu)化設(shè)計(jì).中國(guó)機(jī)械工程，2003（17） [7]. 機(jī)器人和機(jī)械手控制系統(tǒng) (蘇)E.N尤列維奇等著;劉興良等譯 新時(shí)代出版社 1985.04 [8]. 機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 劉興良編著 新時(shí)代出版社 1986.08 [9]. 濮鳳根，胡偉民. 關(guān)于液壓集成塊CAD研究開發(fā)的進(jìn)一步探討. 機(jī)電設(shè)備 1997 [10].Solomatine,D. Object-orientation in hydraulic modeling architectures.Journal of computing in civil engineering,1996(4) 二、本課題擬解決的問題 目前液壓機(jī)械手被廣泛地應(yīng)用于各種加工試驗(yàn)等工作場(chǎng)所，由于現(xiàn)在的科技進(jìn)步與發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手逐步追求一種智能化，小型化，進(jìn)一步體現(xiàn)在液壓系統(tǒng)控制的微縮?，F(xiàn)階段液壓集成塊技術(shù)被廣泛用應(yīng)于液壓系統(tǒng)的控制，以減小液壓系統(tǒng)控制管路連接。 液壓機(jī)械手控制設(shè)計(jì)中液壓集成塊設(shè)計(jì)是一項(xiàng)關(guān)鍵的工作，液壓集成塊是安裝各種液壓元件，并在其內(nèi)部按照系統(tǒng)控制原理要求實(shí)現(xiàn)元件之間油道連通的復(fù)雜功能塊。它的應(yīng)用使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝和調(diào)試也更加方便。在一定尺寸限制的塊體上如何按照系統(tǒng)原理要求，正確合理的設(shè)計(jì)多個(gè)通道，對(duì)設(shè)計(jì)人員來說是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因而單靠手工設(shè)計(jì)集成塊不僅速度慢，而且難免在設(shè)計(jì)過程中發(fā)生錯(cuò)誤，影響工作的正常進(jìn)行，造成很大的時(shí)間與資源的浪費(fèi)。 本課題擬在利用現(xiàn)在專業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)技術(shù)，方法，工具來促使人們更深入地開展工業(yè)機(jī)械手液壓集成系統(tǒng)的開發(fā)與研究。液壓集成系統(tǒng)的CAD的研究與開發(fā)已為液壓控制工程設(shè)計(jì)提供了有力的支持。由于液壓集成塊的高附價(jià)值，液壓集成控制技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)不但能夠滿足個(gè)別企業(yè)專業(yè)急需，同時(shí)也有望走上商品化專業(yè)軟件市場(chǎng)。 三、解決方案及預(yù)期效果 在整個(gè)的液壓控制系統(tǒng)中液壓集成塊為一個(gè)重要的中間控制元件，利用它可以減少很多復(fù)雜管路以及控制元件的連接，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的集成化。 鑒于現(xiàn)在液壓工業(yè)機(jī)械手國(guó)內(nèi)外趨勢(shì)的發(fā)展，主要解決機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，并利用液壓集成塊CAD應(yīng)用軟件獲得最優(yōu)的布局布孔方案。實(shí)現(xiàn)了液壓集成塊布局孔集成方案的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)合理的液壓原理圖以及選用標(biāo)準(zhǔn)的液壓元件，明確各元件之間的連通關(guān)系，實(shí)現(xiàn)液壓元件在集成塊體上的布局定位，實(shí)時(shí)干涉校核下的孔道自動(dòng)連通，連通方案的目標(biāo)評(píng)價(jià)和布局方案的自動(dòng)調(diào)整等步驟。最后形成集成塊的布局布孔最優(yōu)方案。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要以下幾項(xiàng)數(shù)據(jù)：1.元件的外型尺寸，用于裝配時(shí)進(jìn)行外型干涉校核 2.元件底版孔系數(shù)據(jù)，包括元件底版上各油孔，螺紋孔等的坐標(biāo)位置和孔道大小，以及深度要求和安裝精度要求等 3.元件本身屬性，包括元件裝配的優(yōu)先面，優(yōu)先角度等 利用CAD的三維實(shí)體造型功能，可以將液壓集成塊自動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果，即集成塊外部元件布局和內(nèi)部孔道布局的集成方案，在CAD圖形庫(kù)中自動(dòng)生成集成塊的三維結(jié)構(gòu)圖和裝配圖，在CAD的三維瀏覽工具的支持下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)集成塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和裝配圖的多方位，多角度的觀察，進(jìn)而對(duì)檢驗(yàn)方案結(jié)果及優(yōu)劣程度進(jìn)行改造。其中，液壓集成塊三維裝配圖生成需要液壓元件圖形庫(kù)的支持。 就設(shè)計(jì)全過程來說，工作從液壓控制系統(tǒng)原理方案分析開始，確定集成范圍和目標(biāo)要求，構(gòu)思總體部署方案和確定全部元件規(guī)格及其安裝位置，根據(jù)原理要求設(shè)計(jì)塊體孔系，設(shè)計(jì)師在塊體設(shè)計(jì)中要遵循設(shè)計(jì)規(guī)范與準(zhǔn)則，獲得集成塊裝配草圖與零件設(shè)計(jì)草圖，孔道校驗(yàn)和技術(shù)文件編制。然而集成塊CAD研究開發(fā)的目標(biāo)在于促使設(shè)計(jì)師發(fā)揮創(chuàng)造性，即應(yīng)用開發(fā)應(yīng)定位于集成塊設(shè)計(jì)的前端。根據(jù)過程改進(jìn)要求獲得設(shè)計(jì)過程規(guī)范是過程建模的前提。按照設(shè)計(jì)及開發(fā)能力以及過程改進(jìn)的方法學(xué)框架，逐步建立行之有效的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)模型。設(shè)計(jì)師利用軟件高效完成工作的同時(shí)，能充分發(fā)揮創(chuàng)造潛力，完成工作的創(chuàng)造性部分。 四、課題進(jìn)度安排 3月19日～4月1日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。 畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。 4月2日～4月15日．開題階段。 提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫開題報(bào)告。 4月16日～5月23日． 設(shè)計(jì)初稿階段。 完成總體設(shè)計(jì)圖、部件圖、零件圖。 5月24日～6月7日． 中期工作階段。 完善設(shè)計(jì)圖紙，編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，中期檢查。 6月8日～6月10日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。 6月11日～6月18日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。 圖紙修改、設(shè)計(jì)說明書修改、定稿，材料復(fù)查。 6月19日～6月21日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)閱。 6月22日～6月24日．畢業(yè)答辯。 6月25日～6月28日．材料整理裝袋。 五、指導(dǎo)教師意見 　　 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 　　 年　 月　　日 六、專業(yè)系意見 年　 月　　日 七、學(xué)院意見 年　 月　　日 ６