开题报告-送料机械手机构设计及其仿真.doc

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1、 本科毕业设计开题报告系别专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号联系方式题目送料机械手机构设计及其仿真一、选题背景 机械手作为工业机器人的一个重要分支，是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，他代替了人的繁重的劳动从而实现加工生产的机械化和自动化，并能在有害坏境洗下作业以保护我们的人身安全，因而广泛应用于机械制造、电子、冶金、轻工等众多工业行业。 进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现了严重的劳动力稀缺的现象，这就迫切要求我们提高劳动生产力，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行，将机械手，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到另瓦

2、一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。机械手的使用的灵活性、可控性等特点，使得机械手具有如下意义： (1)可以提高生产过程的自动化程度。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。(2)可以改善劳动条件、避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。(3)可以减少人力，便于有节奏地生产。应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的

3、一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。二、课题设计2.1本文研究背景及现状机械手起源于20世纪40年代，当时随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。20世纪5060年代，即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。20世纪6070年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。20世纪8090年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。20世纪90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应

4、用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。2.2课题的内容机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓出物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓去空间中任意位置和方位的物体，需要6个自由度。自由度是机

5、械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广。其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制来完成特定的动作。同时接受传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要的功能。根据思路研究内容大致分为三部分：（1）机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干；手部，手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴，可把运动传给手腕，以转动、伸曲手腕、开闭手指。机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。

6、可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般都是指真空吸盘或磁性吸盘。手臂，手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需的位置上。为了使机械手能够正确地工作，手臂的3个自由度都要精确地定位。躯干，躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。（2）机械手所用的驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用的最多。液压驱动式，液压驱动式机械手通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机械手执行机构进行工作。通常具有很大的抓举力，其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆

7、性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。气压驱动式，其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。电气驱动式，电气驱动是机械手使用的最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机为主要的驱动方式。由于电机速度高，通常采用减速机构。有些机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动，这即可使机构简单化，又可提高控制精度。机械驱动式，机械驱动只用于动

8、作固定的场合。一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。其特点是动作确实可靠，工作速度高，成本低，但不易于调整。其他还有采用混合驱动，即液-气或电-液混合驱动。（3）机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度、加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种。控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储设置中；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内。2.3课题的目的毕业设计是学生完成本专业教学计划的

9、最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。其主要目的：一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 二、 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。三、 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。四、 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态

10、度，工作作风和工作方法。2.4课题设计方案下料机械手需要实现一下动作：动作一：送 料动作二：预夹紧动作三：手臂上升动作四：手臂旋转动作五：小臂伸长动作六：手腕旋转 预夹紧手臂上升 手臂旋转 小臂伸长 手腕旋转手臂转回三、本文主要设计提纲摘要第一章 机械手设计任务书1.1毕业设计目的1.2本课题的内容和要求第二章 抓取机构设计2.1手部设计计算2.2腕部设计计算2.3臂伸缩机构设计第三章 液压系统原理设计及草图3.1手部抓取缸3.2腕部摆动液压回路3.3小臂伸缩缸液压回路3.4总体系统图第四章 机身机座的结构设计4.1电机的选择4.2减速器的选择4.3螺柱的设计与校核第五章 机械手的定位与平稳性

11、5.1常用的定位方式5.2影响平稳性和定位精度的因素5.3机械手运动的缓冲装置第六章 机械手的控制第七章 机械手的组成与分类7.1机械手组成7.2机械手分类第八章 机械手Solidworks三维造型8.1上手爪造型8.2螺栓的绘制第九章 总结致谢参考资料四、参考文献1 王承义著：机械手及其应用M机械工业出版社19812 日加藤一郎编著：上海交通大学机械手及机器人研究室译：机械手图册M上海科学技术出版社19793 谢存禧张铁主编：机器人技术及其应用M机械工业出版社20052003(11):41-41.4 徐灏主编，机械设计手册3M， 机械工业出版社.5 徐灏主编，机械设计手册4 M，机械工业出版

12、社.6 徐灏主编，机械设计手册5M， 机械工业出版社.7 张建民，工业机器人M，北京理工大学出版社.8 高泽远，王金主编. 机械设计基础课程设计M.沈阳：东北工学院出版社.19879 喻子建，张磊、邵伟平、喻子建主编. 机械设计习题与解题分析.沈阳：东北大学出版社.2000.10 孙桓，陈作模主编. 机械原理M. 北京：高等教育出版社,2000.11 邹慧君，沈乃勋，于晓红等. 机械原理课程设计手册. 北京：高等教育出版社，1998 .12 藏宏琦，王永平，叶军等. 机械制图. 2版M. 西安：西北工业大学出版社，2002 .13 陈晓南，杨培林，陈钢等. 机械设计基础M. 北京：科学出版社，

13、2007 .14 刘坚 , 夏罗生.数控原理与数控机床M.国防工业出版社:第1版 ,2009.15 成大先.机械设计手册（轴及其联接单行本）M.北京：化学工业出版社，2004.16 毛谦德，李振清，张玉荣等.袖珍机械设计师手册3版M. 北京：机械工业出版社，2006 .17 哈尔滨工业大学理论力学教研组编. 理论力学M. 北京：高等教育出版社,1997.18 穆亚飞，浅谈机械手在机械工业中的应用J,工程管理与科学技术，2011（06）：128.指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日教研室审核意见： 教研室主任签名： 年 月 日备注：本开题报告须装入学生的毕业设计（论文）档案袋存档。- 7 -