开题报告-曲轴加工搬运机械手设计（圆柱坐标）

SY-0SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-18班指导教师姓名职称教授从事专业车辆工程是否外聘□是√否题目名称曲轴加工搬运机械手设计（圆柱坐标）一、课题研究现状，选题的目的、依据和意义1．目的和意义机械手具有减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产的作用在自动化领域特别是在高温、有毒、放射、易燃易爆等恶劣环境内得到了越来越广泛的应用。其中气动机械手因具有结构简单、造价低廉、易于控制、柔性化程度高、维护方便等优点，成为生产线的首选。对汽车发动机曲轴加工也起到了重要作用。所以我们应了解国内外工业机械手的研究、设计和应用状况，掌握机械手的未来发展趋势。熟悉工业机械手的机构、工作原理、保养和维护方法等。锻炼学生综合利用所学知识，独立完成分析和设计的能力。研究、开发和设计机械手是从二十世纪中叶开始的，随着机电一体化技术和计算控制技术的应用，其研究和开发水平获得了迅猛的发展，并涉及到人类社会生产和生活的各个领域，特别是工业机械手在生产、加工中的广泛应用。本设计是在综合多种工业机械手的设计原理和设计思想，根据汽车发动机曲轴加工的特点提出的，具有一定的理论、设计水平和应用价值。2．国内外研究现状、发展趋势机械手用来实现一些如抓取、操作等动作，通过平台的移动来扩大机械手的工作空间，使机械手能以更适合的姿态执行任务。随着机器人技术的发展和社会需求的高涨，移动机械手逐渐应用于易爆、易燃物品的装配、搬运或挖掘拆卸，以及消防灭火、防爆、反恐等高度危险环境，用于代替人类或辅助人类完成人所不能、不适或力所不及的工作。所以，在汽车发动机曲轴加工上的应用也是必不可少的。目前，机械手受到了世界各国尤其是发达国家的高度重视，许多国家都将其列入本国的高技术研究发展计划或国家的关键技术研究发展计划。在我国，机械手的应用还不如汽车工业发达的国家。从目前情况看，其主要原因是:机械手不仅需要载体平台的稳定移动，而且要求机械手稳定的执行操作，亦即在保证协调控制时必须保证系统的稳定性。人在非结构环境中的运动能力和环境适应能力决定了机械手的作业性能。目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中。极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量的应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据所应用场合的不同以及对工件夹持的特殊要求，采取了多种形式的机械结构来完成对工件的夹紧和防止工件脱落的锁紧措施。在针对同样的目标任务，采取多种运动方式相结合的方式来达到预定的目的。驱动方面采用了一台工业机器人多种驱动方式的情况，有液压驱动，气压驱动，步进电机驱动，伺服电机驱动等等。愈来愈多的搬运机器人是采用混合驱动系统的，这样能够更好的发挥各驱动方式的优点，避免缺点。并且在它的控制精度方面和搬运效率方面有了很大的提高。在搬运机械手的控制方面，出现了多种控制方式。如：由原始的电控的机械手，较先进的基于工控机控制的，基于PC控制的，进一步的嵌入式PC控制技术，还有采用PLC可编程控制的。在物料搬运方面近年来呈现出的趋势就是系统化。无论是我国还是国外，物料搬运的发展都是由单一设备走向成套设备，由单机走向系统。在制造业方面，随着JIT，

FMS，

CIMS等现代制造技术的发展，对物料搬运系统也提出了新的要求。其特点是力求减少库存、压缩等待和辅助时间，使多品种、少批量的物料准时到达要求的地点。这一趋势在机械工业方面得到了很大的应用。其中采用了机器人等先进的物料搬运技术，促进了机械工业的技术进步和生产水平提高。当代工业机器手技术发展一方面表现在工业机器人应用领城的扩大和机器人种类的增多。另一方面表现在机器人机械系统性能的提高和控制系统的智能化。前者是指应用领域的横向拓宽，后者是在性能及水平上的纵向提高。机器人应用领城的拓宽和性能水平的提高二者相辅相承、相互促进。应用领城的扩大对机器人不断提出断的要求，推动机器人技术水平的提高.反过来，机器人性能与智能水乎的提高，又使扩大机器人应用领域成为可能。20世纪80年代以来，工业机器手技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。（1）驱动方式的改变20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、R

V减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。（2）

信息处理速度的提高机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现的。为了使机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，C

P

U的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息，并在此基础上进行协调控制的技术趋势。（3）传感器技术的发展机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。二、设计（论文）的基本内容，拟解决的主要问题1．结构设计机械手采用液压为动力，PC程序控制。机身为液压油缸，结构简单且刚性好，机身回转采用叶片回转油缸，手臂的伸缩和手腕回转仍然采用直线油缸和回转叶片缸，油缸是手臂、手腕及机座的主体。各油缸即有自身的运动，又有空间中的相对运动，既作为传递运动的执行机构，又作为支承机构。机械手和液压驱动系统及油箱安装在一个底板上，便于在生产线上定位安装。2．液压系统设计按照生产线工艺，可知装卸机械手主要有:机身伸降和回转、手臂伸缩、手腕回转、手指夹紧等动作。设计相应的几个液压控制回路来实现，液压系统采用O型电磁换向阀换向、单向调速阀调速及采用限位器来协调机械部分和控制部分的工作。采用双联油泵供油，既能实现分步运动又能满足需要大流量时的合流。3．控制系统设计机械手各部分动作均由液压驱动，机身上升和下降、手臂伸出和缩回、回转均由双线圈双位电磁阀控制。即:当伸出时，伸出方向的电磁阀通电，机械手伸出;若断电时，机械手停止伸出，只有当回缩电磁阀通电时，机械手才回缩。而手指夹紧和定位都是使用的单线圈双位电磁阀来控制，当线圈通电时，手指夹紧;断电时则松开。机械手的下降、上升、旋转等动作的转换，由相应的限位开关来控制;而夹紧、放松两个动作的转换是由时间延迟来控制。4．拟解决的主要问题（1）整体方案的设计；（2）手部，腕部，臂部和机身等结构的方案选择和设计；（3）机械手运动分析； （4）各部分结构的设计计算；（5)装配图设计；三、技术路线（研究方法）1.圆柱坐标式机械手结构分析；2.手部的选择和设计；3.腕部的选择和设计；4.臂部的选择和设计；5.机械手运动分析；6.机身的选择和设计；7．绘制装配装配图；8.零件图设计；9.撰写设计说明书。四、进度安排1．调研，查阅相关文献，写开题报告；第1、2周（3月2日～3月15日）2．拟定整体方案；第3周（3月16日～3月22日）小四号宋体，加粗3．根据给定的自由度，参数选择合适的手部；第4周（3月23日～3月29日）小四号宋体，加粗4．根据给定的自由度，参数选择合适的腕部；第5周（3月30日～4月5日）5．根据给定的自由度，参数选择合适的臂部；第6周（4月6日～4月12日）6．根据给定的自由度，参数选择合适的机身结构；第7周（4月13日～4月16日）7．完成机械手的运动结构分析；第8周（4月17日～4月23日）8．完成零件图的绘制；第9、10周（4月24日～5月5日）9．总装配图的绘制；第11、12周（5月6日～5月18日）10．审核修改，准备答辩。第13、14周（5月19日～5月31日）五、参考文献[1]张慧慧，费仁元．机器人机械设计和分析[M]，北京工业大学出版社1998[２]杜祥瑛．工业机器人及其应用[M]，机械工业出版社，2004年

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