电动机座加工自动线卸料机械手设计-开题报告

1、毕业设计（论文）开题报告1 选题背景及其意义随着社会进步和科学技术的发展，工业生产的操作方式也发生着革命性的变化，从手工作坊式的劳动，逐步演变成自动化、智能化的生产方式。随着人类生产方式的发展， 人类也逐渐无法完成某些生产过程，为了适应生产的需要出现了特殊的生产工具一一机械手。机械手也被称为自动手，能模仿人手臂某些动作功能，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。目前，在各个生产领域，为了提高生产效率和产品质量，实现安全生产，都采用了各种不同形

2、式，不同功能的机械手。由于机械手的出现，在许多生产工艺中都代替了人工，使工业自动化有了较大发展，这不仅大大的提高了劳动生产率，改善了劳动条件， 减轻了工人劳动强度，而且使成批生产有了质量技术保证，正因为如此，机械手的设计开发成了目前工业技术的重要课题。以下是机械手在工业中的几种典型应用： (1)旋转体零件生产流水线自动化方面； (2)在实现单机自动化方面；(3)在铸、锻、焊等热处理方面； (4)在装配方面；机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务。在现代生产过程中， 机械手被广泛的运用于自动生产线中。成品电

3、动机机体形状很复杂，从毛胚到成品需要完成很多道加工工序，各道工序及工序之间都要实现机体的移位及定位，这些工序如果全靠人工完成将大大增加工人的劳动强度，不仅使加工质量难以得到保证还增加了劳动的危险性。本课题的研究是为了设计出一种电动机机座加工自动线上用的辅助机械手，该机械手在加工自动线能完成卸 料，转位和翻转等多种功能，提高生产效率，降低劳动强度。电动机座加工自动线卸料机械手用于电动机座的自动加工线上。该自动线分为两 段，分别对电动机座的两个断面进行加工，卸料机械手用来从第一段生产线的电动机座输送带上卸下工件，并将工件放置到前输送带上的合适位置，经翻转再装到第二段线上继续加工。82 文献综述（国

4、内外研究现状与发展趋势）2.1 国内外机械手的研究现状机械手首先是从美国开始研制的。 1954年美国工程师德尔沃最早提出机械人的概念；1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。1959年美国德尔沃与英格伯制造了 世界上的第一台机械人；1962年美国正式将机械人的使用性提出来，且制造出类似人的 手臂； 1967年日本成立了人工手研究会，并召开了首届机械手学术会；1970年在美国召开了第一届工业机械人学术会，并的到迅速普及；1973年辛辛那提公司制造出第一台小 型计算机控制的工业机械人，当时是液压驱动，能载重大成就 45KG；到1980年在日本得到普及，并定为“机械人元年”此后在日本机械人得到

5、了前所未有的发展与提升。在国内，汽车工业仍然是工业机械手主要的使用领域。但我国在工业机械手生产企业中，年产销量在100台以上、产值过5000万元的规模企业非常少，国外大型公司年产量都达5000到10000台，销售额为数十亿美元。目前国内机械手的保有量在4000台左右， 并将以每年8001000台左右的速度快速增长。工业机械手应用前景极为广阔。虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进 口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。国内机械手厂家主要还是受到控制系统的困扰,没有比较成熟稳定的伺服系统,所以不能生产高端机器。我国本土企业生产的机械手产品还主要流通在中低端

6、市场，因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格战。随着技术的进步，日臻成熟，会有更多的厂商加入此行业。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面， 动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。2.2 机械手的发展趋势目前国内机械手主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手， 以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，

7、 有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度， 减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械数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，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目

8、前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。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。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。3 研究内容3.1 卸料机械手工作原理当自动线第一段电动机座输送带将工件送到卸料工位后，卸料机械手的小手臂伸缩油缸将手爪伸至到取料位置，抓取工件，大手臂上升到预定高度后，当输送带前进到终

9、点时，使大手臂转动 90°,手腕旋转 180°，将工件放到转载装置前输送带适当位置。然后手指缩回将工件松开，手腕回转 180°，大手臂回转 90°、小手臂缩回、大手臂下降、复位。加工线如图 1 所示图 1 加工线3.2 卸料机械手机械结构设计卸料机械手由手部、手腕和手臂组成。根据工作要求，选用夹钳式手部，确定手爪的夹紧力，从而确定夹紧缸的缸径。手腕实现回转运动。手臂由大臂和小臂组成。大臂实现实现升降运动和回转运动，小臂实现伸缩运动。根据设计要求确定大臂的升降液压缸缸径和回转液压缸缸径，小臂的伸缩液压缸径。3.3 卸料机械手液压系统设计根据对机械手运动的分

10、析，进行回路设计，包括夹紧液压缸、小手臂伸缩液压缸、大手臂升降液压缸大手臂回转液压缸。选择合适的液压元器件并绘制液压原理图。3.4 卸料机械手控制系统设计根据工作要求，对控制要求分析，确定 I/O 口点数和分配以及 PLC 的选型，对 PLC外部接线图进行设计和对 PLC 控制程序的设计。工作流程图如图 2 所示。4 研究方案图 2 机械手工作流程图4.1 自由度和坐标系的选择本次设计的机械手为 4 自由度即：大臂回转、大臂升降、小臂伸缩、腕部回转。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。本次设计选用的是圆柱坐标结构。运动简图如图 3 所示。4.2 机

11、械部分图 3 运动简图（1） 手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型。回转型结构简单，为了减轻手部重量，本设计采用回转型。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构形式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。本设计采用齿轮齿条式手部。（2） 腕部腕部与手部相连。应用最广泛的手腕回转运动机构为回转液压缸。典型腕部结构有：具有一个自由度的回转缸驱动，用齿条活塞驱动，具有两个自由度回转缸驱动，机液结合的腕部结构。本次设计选用具

12、有一个自由度的回转缸驱动。（3） 手臂臂是支撑被抓物、手部的重要部件。手部的作用是带动手指去抓取物体并按预定要求将其搬到预定的位置。手臂有两个自由度，可采用直角坐标（前后、上下、左右都是直线），圆柱坐标（前后上下往复直线运动，左右旋转），球坐标（前后伸缩，上下摆动，左右旋转）和多关节（手臂能任意伸屈）四种。机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手的重要组成部分。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现： 齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。本次设计选用的回转缸用于手臂回转，升降缸用于手臂升降。结构简图如图 4 所示。4.3 液压部分图 4 结构简图液压系统在机器人

13、中所起的作用是通过电-液转换元件把控制信号进行功率放大， 对液压动力机构进行方向、位置、和速度的控制，进而控制机器人手臂按给定的运动规律动作。在工业机器人中，中、小功率的液压驱动系统用节流调速的为多，大功率的用容积调速系统。节流调速系统，动态特性好，但是效率低。容积调速系统，动态特性不如前者，但效率高。液压动力机构多数情况下采用直线液压缸或摆动液压缸用于实现手臂的伸缩升降以及手腕的摆动和回转。4.4 控制部分本机械手采用可编程序控制器控制,可以实行手动调整、手动及自动控制。系统结构紧凑、工作可靠，设计周期短且造价较低。PLC 有较高的灵活性，当机械手工艺流程改变时，只要对 I/O 点的接线稍作

14、修改，或 I/O 继电器重新分配，程序中作简单修改，补充扩展即可。（1） 运动方式的选择：点位控制（PTP）和连续轨迹控制(CP)。点位控制方式就是点到点的控制方式，只对机械手运动部件所应到达的空间点的定位进行控制，而对运动轨迹不加控制。常用于上下料、搬运等定位要求精度不高只要求在目标处保持准确位姿。连续运动轨迹控制方式不仅要控制行程中所有中间点的位置和终点位置，还要对运动轴同时进行连续控制。常用于弧焊喷漆等场合。本设计采用 PLC 点位控制方式。（2） 输入输出点的分配根据机械手的硬件和控制要求，传感器和开关的分配，对I/O 口进行分配，确定可编程控制器型号。（3） 根据控制系统的控制要求和

15、所选 PLC 的 I/O 点的情况及高级功能模块的情况。设计外部接线图、PLC 程序。5 进度计划2013.12-12.31收集、研究资料2014.1.1-2.12修改、完善开题报告2014.2.13-3.10开题拟定总体设计方案2014.3.11-3.31机械结构设计计算绘制总装配图绘制2014.4.1-4.15主要零件的设计计算绘制零件工件图2014.4.16-5.10控制系统设计，绘制PLC接线图、程序编写2014.5.11-5.20撰写设计计算说明书2014.5.21-5.25修改及准备答辩参考文献1 李允文.工业机械手设计M.北京: 机械工业出版社, 1996.2 张健民.工业机器人

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