3机械手开题报告

河北联合大学

本科生毕业设计开题报告

题目：60吨冲床上料机械手三维结构设计

学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 08机设1 姓 名： 陈排刚 学 号： 200803010124 指导教师： 李占贤

2012年 03 月 25日

一 机械手的发展背景

机械手首先是从美国开始研制的，1958年美国联合控制公司眼支持第一台机械手，它的结构是：机体上上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓紧结构，控制系统是示教形的机械工业式的国民装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用的消费产品，不论是传统工业产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能,质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

工业机械手是近十年发展起来的一种高端科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支，它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广泛的发展前景。

机械手是在机械机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生活中，机械手被广泛的应用于自动化生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域里迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好的实现与机械化和自动化的有机结合。机械手目前还不如人手那么灵活，但它具有不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到应用。

机械手技术涉及到力学，机械学，电气液压技术，自动控制技术，传感技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成各种不同环境中工作。

二 机械手的组成和分类

能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部和运动机构组成。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，改变被抓持物件的位置和姿势。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 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 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2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 三 60吨冲床机械手方案设计 1.用途 在60吨冲床上，研制JO3-140-4，JO3-140-6，JO3-1,60-4，JO3-160-6，电动机转子片，用机械手往冲床上上料。 规格参数 抓重： 约1公斤 自由度数： 1个 坐标形式： 圆坐标 手臂运动参数： 60° 手臂回转角度（φ）： 50~60次/分 手臂送料倾斜（f）： 机械摩擦（叉车式）缓冲 缓冲方式： 气压 驱动方式： 继电器固定程序控制 控制方式: 2.方案设计： 1）坐标形式的选择 工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。由于此机械手只需要一个自由度即可满足工作要求，所以选择圆柱坐标结构，这种机械手结构简单，精度还可以，空间运动是一个回转运动和两个直线运动。 2）机械手腰座设计 考虑到腰座是机器人的第一个回转关节，对机械手的最终影响精度大，故采用电动机驱动来实现腰部的回转运动。 3) 驱动系统的设计 工业机器人的驱动系统按动力源分为液压，气压，电动三大类。液压驱动系统适合于承载能力大，惯性大以及在防火防爆的环境工作。气压驱动系统具有速度快，系统结构简单，维修方便等特点，适用于中，小负荷的机器人重使用。但是因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器人中，电机驱动一般成本比上面两种高，故选择气动驱动比较符合本课题设计要求。 4）通过抓重来计算各部位的承受力情况，进行力的分析，材料的选择等等。 5）通过画出三维图来仿真机械手的运动。 四 机械手的发展趋势 1 重复高精度 精度是指机械手达到指定点的精确程度，它与驱动器的分辨以及反馈装置有 关。重复精度是指如果动作重复次数多，机械手到达同样位置的精确程度。重复 精度比精度更重要，如果一个机械手定位不够准确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数的重复运行的机械手来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，机械手的重复精度越老越高，它的应用领域也将更加广阔，如核工业和军事工业等。 2 模块化 有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具有灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置，使机械手动作自如。模块化机械手使同一机械手可能应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向。 3 节能化 为了适应食品，医药，生物工程，电子，纺织，精密仪器等行业的雾污染要求不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料的出现，构造特殊，用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油，部污染环境，而且系统简单，摩擦性能稳定，成本低，寿命长。 4 机电一体化 由“可编程控制器—传感器-液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件，使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；节省配件的符合集成系统，不仅减少配线，配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC得输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。 国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界变化的条件，做相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究触觉功能。目前已经取得一定的成绩。随着传感技 术的发展，机械手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将机械手，柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 随着科学与技术的发展，机械手不仅应用于传统制造业，而且将扩大到核能﹑航空﹑航天﹑医药﹑生化等高科技等领域以及家庭清洁﹑医疗康复等服务业领域中。 五 进度安排 冲床上料机械手结构设计是两个人共同完成一个课题，我是负责三维结构设计，具体进度安排如下： 1 第3周到第4周 查询相关资料，理清思路，明确设计任务，大致了机械手的结构。 2 第5到6周 设计计算，详细了解机械结构部件，根据所需设计的机械结构，具体计算校核各相关参数，确定零件尺寸，并上交开题报告。 3 第7周第10周 绘制三维零件图。 4 第11周到第13周 三维零件图转化为二位零件图 用pro/E软件直接产生CAD二维图，接着具体做详细修改，完成图纸绘制。 5 第14周到第15周 编写毕业设计说明书 根据收集的资料以及设计计算过程按标准格式编写毕业设计说明书。 6 第15周 准备毕业答辩。 六 参考文献 参考文献 [1] 张建民编著 .工业机器人， 北京：北京理工大学出版社，1988.12 [2] 杜君文主编 . 机械制造技术装备及设计 . 天津：天津大学出版社，1998.8 [3] 徐灏主编 . 机械设计手册（第三卷） . 北京：机械工业出版社，1991.9 [4] 徐灏主编 . 机械设计手册（第四卷） . 北京：机械工业出版社，1991.9 [5] 余达太，马香峰等主编 . 工业机器人应用工程 . 北京：冶金工业出版社，2001.6 [6] 许福铃， 陈尧明等主编 . 液压与气压传动 . 北京：机械工业出版社， [7] 费仁元， 张慧慧主编 . 机器人机械设计和分析 . 北京：机械工业大学出版社 1998.9 [8] 马香峰等著 . 工业机器人的操作机设计 . 北京：冶金工业出版社，1996.9 [9] 濮良贵，纪名刚主编 . 机械设计 . 北京：高等教育出版社，2001 [10] 汪晓光、孙晓英等编著 . 可编程控制器原理及应用 . 北京： 机械工业出版社，2001.8 [11]刘鸿文主编. 材料力学.第四版. 北京：高等教育出版社 2004 [12][美]saeed B.niku。机器人学导论——分析、系统及应用[M]。孙福春，朱纪洪，刘国栋等译。孙增圻，审校，电子工业出版社，2004 [13]Bostel，A．J．Sagar,Vk Dynamic control systems for AGVS[J]．Computing＆Control Engineering Joumal，1996：169·176，Volume：7，Issue 4 [14]Naiqi Wu，MengChu Zhou．AGV muting for conflict resolution in AGV systems[A]．Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation[C]．2003：1428-1433． [15]Yu Dianyong，Xue Hui．Application of Fuzzy Control Method to AGV[J]．Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics，Intelligent Systems and Signal Processing，Changsha，China．October 2003：768-772