开题报告-真空吸盘自动上料机械臂设计【毕业论文+CAD图纸全套】

理工学院 毕业设计开题报告 题 目： 真空吸盘自动上料机械臂设计 学生姓名： 井海港 学 号： 13 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 刘利剑（副教授） 2017 年 4 月 11 日 毕业设计 开题报告 1 1 文献综述 题研究目的和意义 随着工业机器人的快速发展，其在 木材加工 、汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中得到越来越多的应用。结合在机器人领域的相关工作，在分析国内外关于工业机器人发展现状的基础上，就工业机器人目涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供 相 关战略思考与建议。 3 在木工加工行业中，物料的上下料还是依靠人力。如图 1 图 1 工厂上下料现状 随着生产技术要求 不断 发展，现代化生产规模不断增大，生产效率不断提高。在生产线上由人工进行物料上下料已经不能满足生产的需要，并且随着人力劳动成本的提高，各生产厂商为了节约成本，提高效率，实现生产自动化，对上下料机械手的需要程度也不断提高。对于数控机床上下料机械手的需求程度不断增长 ，木工加工机床 上下料机械手主要是应用在那些单调、频繁的操作中用以代替人的劳动进行工作， 代替工人，安排在流水生产线上，专门负责毛坯料的装卸工作，可以实现平移、翻转等动作，把坯料准确放入待加工位置；等加工完毕后，可以准确取出零件，并放置在规定位置上。 3 外研究现状及分析 最早提出机械臂正运动学模型的 是 出的 D 题报告 2 模型，但该模型存在 参数不易辨别，奇异点等问题。此后， 人对 模型进行了改进和修正，逐渐克服奇异点等问题。机械臂 逆运动学求解主要包括封闭解法和数值解法。由于数值 解法较封闭解法难于实时控制，因此机械 臂在结构设计上 一般采用固定设计模式，使设计出来的机械臂具有封闭解 ( 唯一解 ) 。机器人仿真技术在机械人设计与应用中不可 或缺。常用的机器人仿真软件有 ，可以对 机器人运动学，动力学进行仿真，并根据仿真结果改进机 器人结构设计、控制方法等。 现代工业机器人的发展开始于 20 世纪中期，依托计算机、自动化以及原子能的快速 发展 。 为 了满足大批量产品制造的迫切需求，并伴随着相关 。 自动化技术的发展，数控机床于 1952年诞生，同时数控机床的控制系统、伺服电动机、减速器等关键零部件为工业机器 人的开发打下了坚实的基础；同时，在原子能等核辐射环境下的作业，迫切需要特殊环境作业机械臂代替人进行放射性物质的操作 与 处理，基于此种需求， 1947 年美国阿尔贡研究所研发了遥操作机械手， 1948 年接着研制了机械式的主从机械手。 1954 年美国的戴沃尔对工业机器人的概念进行了定义，并进行了专利申请。 1962 年美国的 司推出的 “是工业机器人较早的实用机型，其控制方式与数控机床类似，但在外形上由类似于人的手和臂组成。 1965 年，一种具有视觉传感器并能对简单积木进行识别、定位的机器人系统在 美国麻省理工大学研制完 成 了首届日本机器人学术会议。 1970 年第一届国际工业机器人学术会议在美国举行，促进了机器人 相 关研究的发展。 1970 年以后，工而机器人的研究得到广泛、较快的发展。 1967 年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于 1968 年试制出第一台日本产通用机械手机器人。经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到制造业其他领域。1980 年被称为日本的 “机器人普及元年 ”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺 的社会矛盾。 19801990 年日本的工业机器人处于鼎盛时期。 20 世纪 90 年代，装配与物流搬运的工业机器人开始应用 。 自从 20 世纪 60 年代以来，工业机器人在工业发达国家越来越多的领域得到了应用，尤其是在汽车生产线上得到了广泛应用，并在在制造业中，如毛坯制造 (冲压、压铸、锻造等 )、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、打磨抛光、毕业设计 开题报告 3 上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中得到应用，提高了加工效率与产品的一致性。作为先进制造业中典型的机电一体化数字化装备，工业机器人已经成为衡量一个国家 制 造业水平和科技水平的重要标 志。 5 国机器人发展现状 国内在工业机器人研发方面，沈阳新松机器人自动化股份有限公司在自动导引车 ( 等方面取得重要市场突破哈尔滨博实自动化股份有限公司重点在石化等行业的自动包装与码垛机器人方面进行产品开发与产业化推广应用， 广 州数控设备有限公司研发了自主知识产权的工业机器人产品，用于机床上下料等研发与应用，上海沃迪科技公司联合上海交通大学研制成功了码垛机器人并进行市场化推广，天津大学在并联机器人上取得了重要进展，相关技术获得美国专利。 7 我国机器人的发展趋势 在我国机器人产业化发展战略方面，建议坚持在高精密减速器方面的差距尤为突出，制约了我国工业规模化、服务嵌入化的原则，培育机器人产业发展，推动智能制造技术与装备发展的战略目标，突破机器人新材料、 3D 环境识别、导航规划、灵巧操作等前沿技术，突破应用工艺、核心部件及可靠性集成平台等产业技术，大力发展经济型焊接、装配、搬运等工业机器人，大力发展智能嵌入服务于老人、医疗、安防、能源、车辆、教育等各种设备之中的服务机器人。树立国家科技价值观，对机器人知名品牌的信任和尊重，实现可持 续的高附加值机器人产品研发，通过不断的技术创新实现工业机器人技术与产业的引领发展；发展有市场竞争力的龙头企业，扶持中小型企业与系统集成商，形成良性循环的完整产业链配套；保护战略产业与装备 本土企业的市场空间，简单引资将失去宝贵市场机遇。 我 国工业机器人正在逐步走向产业化，具有良好的时代发展机遇，收到了投资商越来越多的关注，部分国家和地区在进行产业园或示范区的试点应用；技术创新与原始创新，依然是机器人突破性的发展关键要素，抓住机遇，理性发展；应遵循上游决定下游，应用考核主机，主机带动部件，试验研发的策略，促进我 国工业机器人技术与产业化的快速发展。 我国制造业的发展正处于工业化发展过程中具有自动化、智能化、绿色化、毕业设计 开题报告 4 网络化、信息化的发展趋势，随着市场的激烈竞争、劳动力成本的逐渐上升，以及用户对个性化、定制化的需求越来越迫切，老龄化社会的加剧形成，一线产业工人减少的趋势不可逆转，我国制造业普遍需要技术和设备升级改造，以增强竞争力，提高经济效益，因此 ， 我国工业机器人产业的发展空间巨大。在未来几年中国机器人产业将迎来爆发期，期望一个新时代到来。我国对工业机器人及工作站、成套生产线的需求是刚性与持续的，将迎接工业机器人发展的临界点，工业 机器 人 发展将有力的支撑我国制造业的升级换代。 8 2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径： 2 设计方案分析 一、本毕业设计的主要内容： 真空吸盘自动上料机械臂的机械部分总体设计，以及与专业相关的外文资料翻译 。 二、技术要求： 1、真空吸盘自动上料机械臂的总体设计，包括确定机械部件总体尺寸，系统控制方式的选定等。 2、机器人的定位精度不大于 3、机器人执行件的最大运行速度不小于 1m/s。 4、机器人最大载重 50 2. 2 机械结构 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统构成。 如图 2 图 2 毕业设计 开题报告 5 行机构 （ 1） 手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单） 。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（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、楔块杠杆式、齿轮齿平行连杆式、内撑连杆式、右丝杠螺母式、弹簧式和重力式 。 （ 2）腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑 。 灵 巧但 回 转 角 度 小（ 一般小于 2700 ） ,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出 扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或 链轮以及轮系结构 。 （ 3） 臂部手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现 从臂部的受力情况分析，在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性 以及抓重大小定位精 度直接影响机械手的工作性能。 动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用 电动 机构驱动毕业设计 开题报告 6 机械手 ， 结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便、可获得较大的输出功率、反应灵敏、控位精确等优秀特点 。 制系统 在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位 控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。本文采用 制 动机的选择 电机应该选取伺服电机， 1、 精度：实现了位置，速度和力矩的 闭环控制 ；克服了 步进电机 失步的问题； 2、转速：高速性能好，一般 额定转速 能达到 2000 3000 转； 3、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用； 4、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于 步进电机 的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合； 5、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十 毫秒 之内； 6、舒适性：发热和噪音明显降低。 对企业的影响 此设备装备到生产线中，可以大大加快企业自动化的进程，为企业未来的发展打下坚实的基础。 工业机器人不仅仅是在成本上优势，还可以大幅减少工厂生产面积。一个 3 千人的生产车间，使用工业机器人只需要一间可以容纳一千人的厂房即可。通过工人与机器人的配合作业，还可以提升几倍的产能。 少工人的劳动强度，提高工作效率 此设备可以减少工人的劳动强度，并且，工厂逐渐走上无人化工厂，个人所创造的价值，大幅提高。 根据我国十二五规划，要是实现最低工资标准年均成长13%以上、职工工资成长 15%的目标，这更将会是一笔巨大的支出。工业机器人可以二十四小时工作，一台工业机器人按替代 3 名工人来算，那么一年内即可回收成本。即使加上相关员工的培训和设备维护费用，十八个月也可收回所有毕业设计 开题报告 7 投资。而工业机器人的使用年限通常为 10 年，因升级改造生产线而淘汰的机器人通常也能服役 3 年以上。 11 高生产安全系数，整体提高企业竞争力 。 每年，因工伤 致残的人都有，而车底消除此类隐患，就是实现企业的无人化，这样也可以提高企业在行业中的竞争力。 但无论如何，正如汽车代替骡马、电脑代替打字机、互联网替代传统交流方式一样，工业生产中机器人代替人工劳动力这一趋势必将到来。 参 考 文 献 1 L. 2013毕业设计 开题报告 8 2 of of of B/ 20133 机器人技术与应用编辑部 J2013 4 孙英飞 ,罗爱华 J2012 5 蔡自兴 ,郭璠 J2013 6 孙学俭 ,于国辉 ,周文乔 ,等 J. 机器人技术与应用 7 顾震宇 J2006 8 徐扬生 ,阎镜予 J2012 9 北京中智正业研究院 ,115报告中心 2017年中国工业机器人行业产销需求预