毕业设计（论文）开题报告-抓握式灵巧手主手机械系统设计.doc

南京航空航天大学金城学院毕业设计（论文）开题报告题 目抓握式灵巧手主手机械系统设计系 部机电工程系专 业机械工程及自动化学生姓名学号指导教师职称副教授毕设地点南京航空航天大学2011年02月28日填 写 要 求1开题报告只需填写“文献综述”、“研究或解决的问题和拟采用的方法”两部分内容，其他信息由系统自动生成，不需要手工填写。2为了与网上任务书兼容及最终打印格式一致，开题报告采用固定格式，如有不适请调整内容以适应表格大小并保持整体美观，切勿轻易改变格式。3任务书须用A4纸，小4号字，黑色宋体，行距1.5倍。4使用此开题报告模板填写完毕，可直接粘接复制相应的内容到毕业设计网络系统。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15002000字左右的文献综述：1.1 机械手的发展和应用 机械手(mechanical hand)是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按预定程序轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。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。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，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。机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。机械手首先是从美国开始研制的，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。1.2机械手的组成及分类机械手主要由手部、运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，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，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功能。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。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。1.3机械手的机械系统设计灵巧手设计的难点是解决自由度与驱动、传感以及外型尺寸等多因素之间的矛盾。系统设计应遵循灵活、开放、可靠的原则。为了可重组，将灵巧手划分为手指、手掌和机械接口三个模块。手指的主要功能是执行灵巧操作，其运动学结构应类似人的手指。手掌主要决定手指的相对位置分布，改变手掌的设计可以获得拟人或非拟人手。机械接口用于确定手与臂的连接，改变机械接口可以使灵巧手适应不同的机械臂。手指设计为4个自由度结构，其关节由包括直流伺服电机、行星减速器和光码盘在内的电机单元驱动。光码盘用于测量电机轴相对转角，关节轴绝对转角由电位计测量。考虑下一步研究的需要，手指指端设计成能方便地接入力传感器。1.4灵巧手主手的运动位姿测量和力触觉反馈问题灵巧型触感交互装置的两大主要功能是主操作手的运动位姿测量和力触觉反馈。主操作手的力反馈机构可以分为两类：一、主动式力反馈，即采用驱动器和传动机构，对操作者手部产生反作用力，从而达到力反馈的效果。二、被动式力反馈，即采用阻尼器或弹性元件结合制动器、离合器等组成力反馈机构。主动式力反馈具有控制灵活，力作用较大等特点，但也有诸如结构较复杂，尺寸较大等缺点。被动式力反馈在控制灵活性上不如前者，但其具有结构简单，较安全等优点。理想的触感交互装置应具有以下几个因素：首先，反馈力的大小应与末端受力一致；其次，反馈力的方向与末端也应保持一致；再次，装置整体应具有操作轻便，工作空间大等特点；最后，安全性也是触感交互装置的一个重要因素，特别是主动式力反馈机构需要增加限位环节，以避免装置失控时操作者受到伤害。1.5灵巧手的未来展望近20年来，机械手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、柔性自动生产线迅速发展；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，控制精度不断提高；抗污染能力越来越强和成本越来越低廉。未来的机械手正朝着重复高精度、模块化、无给油化(节能化、)机电气一体化的方向发展。参考文献1 王承义， 机械手及其应用， 北京， 机械工业出版社， 19812 朱龙根， 机械系统设计， 北京， 机械工业出版社， 20043 郭语，孙志峻， 灵巧型触感互交装置综述， 南京航空航天大学精密驱动研究所4龙立新， 工业机械手的设计分析， 1999.35王雄耀， 近代气动机械人（气动机械手）的发展及应用， 1999.5 6 李允文， 工业机械手设计， 北京， 机械工业出版社， 19947王希敏， 工业机械手发展途径， 机械工程师， 1992，（2）：43 8天津大学编， 工业机械手设计基础， 天津， 天津人民出版社，1980 9陆祥生， 机械手理论与应用， 北京， 中国铁道出版社， 1985 10周伯英， 工业机器人设计， 北京，机械工业出版社， 1995 2. 毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：（1）毕业设计任务要研究或解决的问题灵巧手主手机械系统设计，要求阅读机械手相关的论文和书籍，系统地了灵巧手系统设计相关知识和原理。掌握机械设计的基本原理和常用解决方案。掌握AUTOCAD和PRO/E软件的应用和操作，掌握在机械绘图软件中对实体模型的建立。通过对设计灵巧手机械系统的仿真和分析，实现抓握式灵巧手的实际应用。 （2）预期成果：通过研究和分析各种灵巧手机械结构模型，掌握蚁机械手的基本原理和实现步骤，并在计算机辅助系统环境中进行仿真，分析灵巧手主手中各关键参数对这个灵巧手性能的影响。针对触感交互装置问题，掌握其对主手的运动位姿测量和力触觉反馈基本结构与工作原理。 （3）拟采用的研究方法在抓握式灵巧手主手机械系统设计中，采用以下研究方法：研究各种灵巧手的基本原理，通过其结构分析了解各个机械结构的关键参数对性能的影响。通过理论分