《四自由度圆柱坐标型液压机械手设计》开题报告3600字

PAGE1四自由度圆柱坐标型液压机械手设计开题报告内容一．课题来源二．选题的性质：1．理论研究（）2．应用研究（）3．应用理论研究（）三．论文选题的目的和理论实践意义近几年来，随着机械手技术的快速发展，各种用途的工业机械手被广泛应用于工业生产的各个领域。由于机械臂动作灵活、准确、可靠，它可以代替人进行简单、枯燥、单一的劳动，既可以节约人力，提高工作效率，又可以提高加工精度，保证产品质量。伴随着机械手技术的广泛应用，随之而来的是越来越多的相关技术人才的需求。当前，高等院校中与工业自动化相关的专业都开设了机械类专业。为了改善教学质量，例如！如何为学过此类课程的学生提供一个合适的机械手控制系统实验平台，是一个亟待解决的课题。当前，各高校使用的实验平台大都是工厂化生产的成套产品，其控制系统集成度较高，仅适合于学生做一些简单的动作操作类的实验，不能为学生提供机械手底层控制的综合性实验训练。所以，以具有典型代表性的四自由度机械臂为控制对象，通过对其机电结构的分析，研究其最优位姿算法，设计出可应用于实际工业控制的五自由度机械臂控制系统，并作为实验训练平台，具有十分重要的意义。四．与本选题相关的国内外研究现状，预计可能的研究突破和创新点目前，工业机械手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，工业机械手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工业机械手领域。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械手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。愈来愈多的工业机械手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。近年来，物料管理出现了系统化的趋势。无论在国内外，物料处理的发展正从单机走向成套设备，从单机走向系统。随着JIT、FMS和CIMS等先进制造技术的发展，制造业中出现了对物料处理系统的新要求。它们的特点是能够减少库存，缩短等待和交货时间，并使不同类型和小批量的材料及时到达正确的地方。这种趋势在工程领域很普遍。它们包括使用先进的材料处理技术，如机器人技术，这有助于工程领域的技术进步和提高生产水平。一方面，先进的工业机器人技术的发展体现在工业机器人的广泛使用和种类数量的不断增加。另一方面，它体现在机械机器人系统中控制系统的效率和智能不断提高。前者指的是范围的横向扩展，而后者指的是纵向改进的效率和范围。机器人范围的扩大和性能水平的提高相辅相成，相互促进。应用范围的扩大对机器人提出了持续的要求，也提高了机器人技术的水平。提高机器人的性能和智能，反过来又能使机器人的应用范围扩大。1．工业机械手机械系统性能的提高。机器人运动的精度的不断提高。机器人是一个多级开路结构，所以机器人手臂的刚度一般不高。此外，部件中存在的尺寸误差和传输缺陷，以及机器人手臂末端误差的影响增大，都会增加机器人手臂的误差。使当前机器人的定位与运动还不能达到很高的精度。度大.精度高的数控机床相比，机器人在工作精度上大为逊色。因此，至今工业机械手在精密装配及其它精密作业中的应用仍受到了很大的限制。除了精密的工作，这种需要非常精确的机器人。对于离线编程的工业机器人系统，机器人还必须有足够精确的定位和运动。进一步提高机器人精度的主要途径有：提高机器人的加工和装配精度，使用无间隙减速机构，使用直接驱动电机，校准机器人位置。2.误差补偿，通过实时测试改善机器人运动误差。提高机器人手臂的灵活性和避障能力：目前的机器人手臂没有足够的灵活性，也就是说，当手臂的尖端到达某个操作点时。手臂可能采取的姿态是有限的，有时要有很大的灵活度和很强的避障能力.例如。当用喷涂机器人喷涂车身内表面时，要求机器人能将车身内表面的各个角落都喷上漆，必须要有高灵活度机器人手有才行。另外，复杂、受限和有障碍物的环境中工作的机器人，如核电站，也需要高度灵活的机器人手臂。为了提高工业机器人手臂的灵活性，在机器人手臂机构中使用了具有冗余自由度和扩展膨铰关节及可双向弯曲的手臂。3．为了提高传感机器人的效率和响应时间，必须提高机器人运动的速度和频率，这对装配机器人来说尤其重要。为此，可以通过在机器人手臂的结构中使用高强度或轻质材料（如碳纤维复合材料）来减轻手臂的重量并改善其动态特性，并通过使用直接驱动电机或其他高性能执行器来提高机器人系统在执行和控制方面的速度和响应速度。4．提高机器人的手或手腕的灵活性和反应能力：机器人必须有灵活和反应灵敏的手和手腕，以完成类似人类的复杂任务，如组装、维护和操作机器。这对装配机器人、核工业中的机械手和空间站上使用的机器人尤为重要。5.为了提高机器人快速维护的效率，采用了模块化复合机器人设计：根据优化的设计，生产各种不同尺寸和规格的手臂模块和配件。少量的模块可以用来组合几个机器人的配置。这种机器人能够快速维修，并能自动修复。因此，这种机器人设计最适合用于空中机器人、核工业的机械手等。如果这种模块化结构能够扩展到一般的工业机器人，那么它将降低工业机器人的成本、生产周期和维修周期。五．主要参考文献[1]于复生,段登家,杜桂林,等.基于S7-200PLC的四自由度机械手控制系统设计[J].液压与气动,2013(8):3.[2]唐立平,马俊峰.基于PLC的四自由度机械手控制系统设计[J].液压气动与密封,2007,27(4):3.[3]叶多芳,葛为民.4自由度机械手的滑模变结构轨迹跟踪控制[J].制造业自动化,2009(5):3.[4]应明峰,杜鹃,王林娜,等.圆柱坐标式四自由度机械手结构:,CN203853995U[P].[5]叶青青.液压式四自由度机械手设计研究[J].科学技术创新,2020(24):2.[6]檀杰.四自由度物料搬运机械手的研制[D].武汉理工大学.[7]何芳,欧阳云.基于圆柱坐标方式的小型机械手的PLC控制系统[J].机电一体化,2003,9(1):3.[8]檀杰.四自由度物料搬运机械手的研制[D].武汉理工大学,2011.[9]王振,辛洪兵,周顺豪.仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析[J].科技视界,2020(9):3.[10]王文红,秦艳,郭琳.四自由度机械手PLC控制[J].新技术新工艺,2013(5):4.[11]王文红,秦艳,郭琳.四自由度机械手PLC控制[J].新技术新工艺,2013.[12]应明峰,刘利娟,刘旭明,等.圆柱坐标式四自由度限位保护机械手结构:,CN203853996U[P].[13]JanSwevers,BirgitNaumer,StefanPieters,etal.，AnExperimentalRobotLoadIdentificationMethodforIndustrialApplication[J]，SpringerTractsinAdvancedRobotics/HeidelbergVolume5/2003[14]VicenteMata,FrancescBenimeli,NidalFarhat,etal.，Dynamicparameteridentificationinindustrialrobotsconsideringphysicalfeasibility[J]，AdvancedRoboticsVolume19,Number1101–119[15]RomanKamnik,DragoMatko,TadejBajd，ApplicationofModelReferenceAdaptiveControltoIndustrialRobotImpedanceControl[J]，JournalofIntelligentandRoboticSystemsVolume22,Number2153-163六．分析研究的可行性、基本条件及能否取得实质性进展圆柱坐标式四自由度的机械手，它主要的组成部件是手指，手腕，手臂，机器主体等。使用的是机器安置在固定机身上的方式，自己能够将线路绕道机器的座上进行布置，它能实现机器手臂旋转，手臂的上升和下降，手臂伸出和缩回，手腕可以自己转动四个自由度，整体采用圆柱坐标型进行设计。目前针对机械手设计的研究非常全面，所以技术可行性是符合要求的。七．选题的研究方法和进度安排1．研究方法（1）确定机器手运动参数及工作行程。（2）根据工件的负载情况，工作空间以及各个运动的实现形式对工业机械手进行整体方案的设计；（3）对工业机械手的手爪，小臂，大臂，的结构设计，绘制各部分的结构草图；（4）由第2步所给定的条件和第3步的结构特点，选取驱动系统并确定驱动电机的驱动方式和传动方式；（5）对各结构的质量进行粗估，完成对手爪的夹紧气缸，小臂、大臂丝杠的驱动电机，以及腰部、腕部的旋转驱动电机的计算选型；（6）根据电机的外形尺寸及输出轴轴径，以及电机的重量完善结构草图。（7）通过以确定的结构的质量的分析，验算重要零件的受力情况。2．进度安排第一周：开始选题，在实践中与指导老师商讨，确定毕业论文题目及写作方向。第二周：通过查询资料并结合写作方向，完成论文开题报告。第三周：完成论文初稿，期间在图书馆及网上查阅并参考了大量相关资料。第四周：完成论文初稿第一次修改。根据指导