車床上料機(jī)械手設(shè)計（桂理工）,車床上料機(jī)械手設(shè)計（桂理工）,車床,機(jī)械手,設(shè)計,理工 本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 開題報告（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)械教研室 課題名稱：車床上料機(jī)械手設(shè)計 專業(yè)(方向)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（機(jī)械裝備） 班 級：2011級2班 學(xué)號： 3110644203 學(xué) 生：梁學(xué)念 指導(dǎo)教師：孫金榮 職稱： 講師 開題日期：2015年3月21日 一、畢業(yè)設(shè)計（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)域中的工作成果簡述] 1.課題名稱：車床上料機(jī)械手設(shè)計 2.選題目的和意義： 目前，我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求,針對具體生產(chǎn)工藝,結(jié)合機(jī)床的實際結(jié)構(gòu)，利用機(jī)械手技術(shù)，設(shè)計用一臺送料機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機(jī)械手主要與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線。 2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下： A．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)。 B．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。 C．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)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 D．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)。 E．焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。 3.發(fā)展趨勢： (一)擴(kuò)大機(jī)械手在熱加工行業(yè)上的應(yīng)用 目前國內(nèi)機(jī)械手應(yīng)用在機(jī)械工業(yè)冷加工作業(yè)中的較多，而在鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工以及裝配作業(yè)等方面的應(yīng)用較少。因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復(fù)雜、環(huán)境溫度、高等，給機(jī)械手的設(shè)計、制造帶來不少困難，這就需要解決技術(shù)上的難點(diǎn)，使機(jī)械手更好地為熱加工作業(yè)服務(wù)。同時，在其它行業(yè)和工業(yè)部門，也將隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，而逐步擴(kuò)大機(jī)械手的使用。 （二）提高工業(yè)機(jī)械手的工作性能 機(jī)械手工作性能的優(yōu)劣，決定著它能否正常地應(yīng)用于生產(chǎn)中。機(jī)械手工作性能中的重復(fù)定位精度和工作速度兩個指標(biāo)，是決定機(jī)械手能否保質(zhì)保量地完成操作任務(wù)的關(guān)鍵因素。因此要解決好機(jī)械手的工作平穩(wěn)性和快速性的要求，除了從解決緩沖定位措施入手外，還應(yīng)發(fā)展?jié)M足機(jī)械手性能要求價廉的電液伺服閥，將伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械手上。 (三)發(fā)展組合式機(jī)械手 從機(jī)械手本身的特點(diǎn)來說，可變程序的機(jī)械手更適應(yīng)產(chǎn)品改型、設(shè)備更新，多品種小批量的要求，但是它的成本高，專用機(jī)械手價廉，但適用范圍又受到限制．。因此，對一些特殊用途的場合，就需要專門設(shè)計、專門加工，這樣就提高了產(chǎn)品成本。為了適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域分門別類的要求，可將機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計成可以組合的型式。組合式機(jī)械手是將一些通用部件(如手臂伸縮部件，升降部件、回轉(zhuǎn)部件和腕部回轉(zhuǎn)、俯仰部份配上與其業(yè)的要求S選擇必要的能完成預(yù)定機(jī)能的單元部件，以機(jī)座為基礎(chǔ)進(jìn)行組合，配上與其相適應(yīng)的控制部分，即成為能完成特殊要求的機(jī)械手。它可以簡化結(jié)構(gòu)，兼顧了使用上的專用性和設(shè)計上的通用性，便于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計和組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高機(jī)械手的質(zhì)量和降低造價，是一種有發(fā)展前途的機(jī)械手。 (四)研制具有“視覺’’和“觸覺"的所謂“智能機(jī)器人" 對于需用人工進(jìn)行靈巧操作及需要進(jìn)行判斷的工作場合，工業(yè)機(jī)械手很難代替人的勞動。如在工作過程中出現(xiàn)事故、障礙和情況變化等，機(jī)械手不能自動分辨糾正，而只能停機(jī)待人們排除意外事故后才能繼續(xù)工作。因此，人們對機(jī)械手提出了更高的要求，希望使其具有“視覺”、“觸覺”等功能，使之對物件進(jìn)行判斷、選擇，能連續(xù)調(diào)節(jié)以適應(yīng)變化的條件，并能進(jìn)行“手部"協(xié)調(diào)動作。這就需要一個能處理大量信息的計算機(jī)，要求人與機(jī)器“對話”進(jìn)行信息交流。 二、設(shè)計或研究主要內(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。（此部分為重點(diǎn)闡述內(nèi)容） 研究內(nèi)容： 1.研究數(shù)據(jù)及資料 原始數(shù)據(jù)：自由度（四個自由度），臂轉(zhuǎn)動180o，臂上下運(yùn)動500mm，臂伸長（收縮）500mm，手部轉(zhuǎn)動±180o。 設(shè)計要求： a、上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）b、液壓原理圖（一張）c、設(shè)計計算說明書（一份）。 技術(shù)要求 主要參數(shù)的確定： a、坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)系?b、臂的運(yùn)動行程：伸縮運(yùn)動500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動180o。c、運(yùn)動速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可。d、控制方式：起止設(shè)定位置。e、定位精度：±0.5mm?f、手指握力：392N?g、驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。 2.料槽形式及分析動作要求 料槽形式 由于工件為重量10kg，長度小于800mm的小型回轉(zhuǎn)體棒料，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽。 3.動作要求分析 動作一：送料；動作二：預(yù)夾緊；動作三：手臂上升；動作四：手臂旋轉(zhuǎn)；動作五：小臂伸長；動作六：手腕旋轉(zhuǎn)。 4.解決主要問題和技術(shù)關(guān)鍵 本設(shè)計主要圍繞設(shè)計出來的機(jī)械手能否完成預(yù)期的動作要求并且能自動給機(jī)床自動上料，設(shè)計需要解決的問題主要包括： 4.1對手部設(shè)計的要求: 1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 2、有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。 4.2臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計要求: 手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，故受力較復(fù)雜機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為200m/s行程L=500mm。 4.3機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求： 機(jī)身的直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(jī)身上，或者就直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機(jī)身選擇是固定式。 4.4技術(shù)關(guān)鍵 收集關(guān)于機(jī)械手的設(shè)計資料，結(jié)合自身所學(xué)的《機(jī)械工程ＣＡＤ繪圖》、《液壓與氣壓傳動》、《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械原理》等一些專業(yè)課程知識對現(xiàn)有的資料進(jìn)行分析，并運(yùn)用自身所學(xué)的繪圖軟件包括CAD、PRE等軟件描繪出草圖。 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 實施方案所需的條件（技術(shù)條件、試驗條件等）] 研究方法：采用同其它同等機(jī)械類設(shè)備的類比，方案比較等方法，根據(jù)工業(yè)機(jī)械手的實際應(yīng)用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、人力等條件，以所學(xué)的理論知識為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機(jī)械手工作的一般過程、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，借鑒以往相似設(shè)備的成功經(jīng)驗進(jìn)行初步設(shè)計，然后對初步設(shè)計方案進(jìn)行驗算，修正，直至達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、實用的目的。其中對于機(jī)械手設(shè)計中的關(guān)鍵問題、難點(diǎn)問題進(jìn)行重點(diǎn)分析解決，確保整個設(shè)計方案的可行性和最佳性。 技術(shù)路線和實施方案：本課題研究主要內(nèi)容及基本過程是在深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際基于送料機(jī)械手的應(yīng)用及目前國內(nèi)外研究成果，進(jìn)行理論分析，分析已有各類機(jī)械手模型及產(chǎn)品，研究機(jī)械手不同工作需要，進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)械手的規(guī)定動作并實現(xiàn)回原點(diǎn)。利用所建立的模擬機(jī)械手典型實例進(jìn)行分析，討論模型合理性。 本課題研究具體安排如下：? 1.查閱相關(guān)資料，進(jìn)行資料的收集與整理工作。? 2.完成整體研究方案。與指導(dǎo)教師進(jìn)行方案討論，完善研究方案。? 3.充分分析機(jī)械手按規(guī)定回原點(diǎn)的方式，研究機(jī)械手不同情況下回原點(diǎn)的效率模式。? 4.完成理論建模；進(jìn)行典型實例分析；模擬指標(biāo)分析智能系統(tǒng)的設(shè)計。?? 5.本課題運(yùn)用液壓傳動的技術(shù)上料搬運(yùn)機(jī)械手來實施控制，進(jìn)而分析它的運(yùn)動過程，來完成最后的機(jī)械手設(shè)計。  四、主要參考文獻(xiàn)目錄 主要參考資料? [1]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社，2006. [2]盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [3]宋冬梅，何劍英.畫法幾何及機(jī)械制圖(第六版) [M].北京：高等教育出版社，2008. [4]徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊(第四版) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [5]徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊(第五版) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006. [6]周伯英.工業(yè)機(jī)器人[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.???? [7]王積偉，黃宜.液壓與氣壓傳動[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [8]王萬森.人工智能原理及其應(yīng)用(第三版) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2012. 五、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進(jìn)度計劃。（必須包含一定工作量的計算機(jī)知識綜合應(yīng)用環(huán)節(jié)） 總時間為17周，自2015年3月9日開始，6月26日結(jié)束。 1． 開題報告和任務(wù)書編寫，從3月9日~3月15日。 2． 上網(wǎng)查閱資料，圖書資料查詢，獲取必備相關(guān)資料，做好前期工作。（第三周） 3． 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計（包括手部，腕部的設(shè)計）（第四周） 4． 液壓系統(tǒng)的設(shè)計以及草圖繪畫（第五、六周） 5． 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計（第七周) 6． 機(jī)械手的定位以及平穩(wěn)性（第八周） 7． 機(jī)械手的控制（第九周） 8． 數(shù)據(jù)整理以及校核（第十周） 9.論文編寫和修改、零件圖與裝配圖繪制（第三至十周） 10.論文完成日期5月15日 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