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開題報(bào)告 （工科及部分理科專業(yè)使用） 題 目：圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與校核 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 起訖日期： 指導(dǎo)教師： 職稱： 學(xué)院院長： 審核日期： 一、本課題的研究目的及意義 1.課題簡介 機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，可以說是科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，也是為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手多采用液壓驅(qū)動(dòng)，液壓技術(shù)自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有300多年的歷史了，20世紀(jì)60年代以來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了河大的發(fā)展，并滲透到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中去。 本課題的主要任務(wù)是完成圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與校核。 2．課題研究背景及意義 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。我國的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)械手，其中有130多臺(tái)噴漆機(jī)械手在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)械手已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)械手代替人工。隨著機(jī)械手應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。 整個(gè)圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，其中手臂的升降和伸縮采用直動(dòng)油缸，手臂的旋轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)液壓缸，擺動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較難，成本較高；因此設(shè)計(jì)構(gòu)簡單，緊湊，容易操作，而且安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好的擺動(dòng)液壓缸成為圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。 3.本課題研主要任務(wù)與目標(biāo) （1）完成圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸的裝配圖 （2）完成圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸相關(guān)零件圖 （3）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 二、本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。、一般概況國內(nèi)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手絕大部分為專用機(jī)械手,附屬于某一設(shè)備,其工作程序是固定的。通用機(jī)械手也有發(fā)展,目前應(yīng)用的都是開關(guān)式點(diǎn)位控制型,伺服型已試制出數(shù)臺(tái)在調(diào)試中,連續(xù)軌跡控制型還沒有。 控制方式—有觸點(diǎn)固定程序控制占絕大多數(shù),專用機(jī)械手多采用這種控制。 液壓技術(shù)自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有300多年的歷史了，但其真正的發(fā)展只在第二次世界大戰(zhàn)后60多年的時(shí)間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速向民用工業(yè)轉(zhuǎn)移，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等行業(yè)中逐步推廣。20世紀(jì)60年代以來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了河大的發(fā)展，并滲透到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、計(jì)算機(jī)直接控制、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。 我國液壓工業(yè)的真正發(fā)展是在六十年代開始起步的，迅速提高我國液壓技術(shù)和控制技術(shù)的數(shù)字化，具有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。近年來，我國液壓氣動(dòng)密封行業(yè)堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開發(fā)，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。如北京機(jī)床所的直動(dòng)式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥、寧波華業(yè)公司的電液比例流量閥，均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。為應(yīng)對(duì)我國加入WTO后的新形勢(shì)，我國液壓行業(yè)各企業(yè)加速科技創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力，一批優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品成功地位國家重點(diǎn)工程和重點(diǎn)主機(jī)配套，取得較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。 三、本課題的研究內(nèi)容 1、任務(wù)及要求 明確圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸的功能，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，容易操作，而且安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好。 2、主要設(shè)計(jì)參數(shù) （1）物料重：10～50kg； （2）旋轉(zhuǎn)范圍：0～180°。 3.主要內(nèi)容 （1）調(diào)查研究課題研究現(xiàn)況； （2）分析圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)總體方案； （3）根據(jù)總體方案及參數(shù)要求，確定擺動(dòng)液壓缸方案； （4）圓柱坐標(biāo)機(jī)械手整體受力分析，確定擺動(dòng)缸工況； （5）設(shè)計(jì)計(jì)算擺動(dòng)液壓缸主要結(jié)構(gòu)及尺寸； （6）校核擺動(dòng)液壓缸強(qiáng)度。 四、本課題的實(shí)施方案 1．實(shí)施方案 （1）初步分析 機(jī)械手抓重為10~50kg，按工業(yè)機(jī)械手的分類，屬于中型，按用途分為通用機(jī)械手，其特點(diǎn)是具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣，通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適合于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手與直角坐標(biāo)式械手相比，占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達(dá)到很高的定位精度，因此應(yīng)用廣泛。但由于機(jī)械手的結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的對(duì)象。 （2）擬定方案 A．整體結(jié)構(gòu)方案 通用機(jī)械手是3~6個(gè)自由度，而本次設(shè)計(jì)為3由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1： 圖4-1 結(jié)構(gòu)簡圖 由于本設(shè)計(jì)要求完成手臂的升降，旋轉(zhuǎn)以及伸縮三個(gè)動(dòng)作。則可以考慮升降在下或擺動(dòng)液壓缸在下兩種方式。通過綜合考慮，本次試驗(yàn)決定采用升降缸在下的形式。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1和圖2-2所示 圖4-2 構(gòu)示意圖 B．?dāng)[動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)方案 機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是擺動(dòng)油缸，擺動(dòng)液壓缸通過兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)180°。 圖4-3 擺動(dòng)油缸的截面圖 五、本課題的實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃 本課題的實(shí)施計(jì)劃如下： 1. 2015年2月1~10日：調(diào)查研究課題研究現(xiàn)況，撰寫開題報(bào)告； 2.2015年2月10日—2月15日：分析圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)總體方案； 3.2015年2月16日—2月20日：根據(jù)總體方案及參數(shù)要求，確定擺動(dòng)液壓缸方案； 4.2015年2月21日—2月25日：圓柱坐標(biāo)機(jī)械手整體受力分析，確定擺動(dòng)缸工況； 5.2015年:2月26日—2月31日：設(shè)計(jì)計(jì)算擺動(dòng)液壓缸主要結(jié)構(gòu)及尺寸； 6.2015年3月1日—3月5日：校核擺動(dòng)液壓缸強(qiáng)度； 7.2015年3月6日—3月20日：繪制擺動(dòng)液壓缸的裝配圖及零件圖； 8.2015年3月21日—3月31日：書寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。 參考資料： [1] 郭洪紅 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)（第二版）西安電子科技大學(xué)出版社2013 [2] 孫志禮，冷興聚，魏延剛等. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 東北大學(xué)出版社， 2003 [3] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]第5卷. 機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 [4] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 [5] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 [6] 羅洪量. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M]（第二版）. 高等教育出版社，1986 [7] JJ.杰克（美）. 機(jī)械與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理[M]（第一版）. 機(jī)械工業(yè)出版社，1985 [8] 曹玉平，閻祥安.液壓傳動(dòng)與控制[M].天津大學(xué)出版社，2003：P45-68 [9] 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