三自由度气动机械手搬运系统的设计与开发

南京航空航天大学金城学院 毕业设计（论文）开题报告 题 目 三自由度气动机械手搬运系统的设计与开发 系 部 机电工程系 专 业 机械工程及自动化 学生姓名 范佳乐 学号 2110011217 指导教师 陆炜 职称 工程师 毕设 地点 南京航空航天大学金城学院 2014 年 3 月 8 日 1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写 1500 2000 字左右的文献综述： 1.1 机械手的 来源 与 发展 在工业生产线中，机械手 具有很广泛的用途。它是工 作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 国内外研究状况及发展趋势 ： 近 20年来 , 气动技术的应用领域迅速拓宽 , 尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合 , 使整个系统自动化程度更高 , 控制方式更灵活 , 性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展 , 对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入 , 促进了电气比例伺服技术的发展 , 现 代控制理论的发展 , 使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制 , 控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点 , 国内外都在大力开发研究。 从各国的行业统计资料来看 , 近 30 多年来 , 气动行业发展很快。 20世纪 70年代 , 液压与气动元件的产值比约为 9 1, 而 30 多年后的今天 , 在工业技术发达的欧美、日本等国家 , 该比例已达到 6 4, 甚至接近 5 5。我国的气动行业起步较晚 , 但发展较快。从 20世纪 80年代中期开始 , 气动元件产值的年递增率达 20%以上 , 高于中国机械 工业产值平均年递增率。随着微电子技术、 PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用 , 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。 （ 1） 气动机械手的应用现状 由于气压传动系统使用安全、可靠 , 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种 , 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以 , 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工 , 食品和 药品的包装、精密仪器和军事上。 （ 2） 发展前景及方向 a)重复高精度 精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度 , 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次 , 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要 , 如果一个机器人定位不够精确 , 通常会显示一个固定的误差 , 这个误差是可以预测的 , 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 , 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展 , 以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化 。气动机械手的重复精度将越来越高 , 它的应用领域也将更广阔 , 如核工业和军事工业等。 b)模块化 有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术 , 而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置 , 使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承 , 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于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 , 是气动机械手的一个重要的发展方向。 c)无给油化 为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求 , 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 (如烧结金属石墨材料 ) 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、不污染环境 , 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。 d)机电气一体化 由“可编程序控制器 - 传感器 - 气动元件”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气动元件 , 使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制” ； 省配 线的复合集成系统 , 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的输出功率在增大 , 由 PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开 PLC, 而阀技术的发展 , 又使 PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。 参考文献 1 徐龙祥 欧阳祖行 .机械设计 .北京：航空工业出版社， 2005. 2 刘苏 陈旭玲 .AutoCAD 2006 应用教程 .北京：科学出版社， 2006. 3 西门子（中国）有限公司 .深入浅出西 门子 S7-200PLC，北京：北京航空航天大学出版社， 2003. 2. 毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法： 2.1 课题研究内容 与实际问题 采用气动装置 PLC 控制机械手，它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。主要完成的是气动式机械手臂的结构方面设计，以及用 PLC软件进行简单的控制编程设计。 2.2 研究方案及方法 （ 1） 首先 机械手 各执行机 构设计 ， 包括： 末端执行器、 手臂 、 手腕 及基座的设计 。 末端执行器：采用平型真空吸盘，直径初定为 10 毫米，材料为硅橡胶； 手臂 预 采用 TN 型气 缸实现，其伸缩长度为 100 毫米； 手腕 预 采用 MSAL 型气缸，其伸缩长度为 50 毫米； 基座采用了 180 度旋转气缸，型号为 CRA1BS100-180 度，将其固定于底座上。 （ 2）驱动系统的设计 本次设计为气压传动，气源采用空气压缩机 通过快换接头进入储气罐 经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作 。 （ 3）控制部分的设计 本次设计采用 PLC 对机械手进行