两工位芯模搬运机械手设计开题报告

纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 上海 电 机 学 院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称 两工位芯模搬运机械手设计 学 院 机械学院 专 业 机械电子 班 级 学 号 姓 名 指导教师 定稿日期： 2011 年 12 月 6 日 纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 两工位芯模搬运机械手设计 1 选题背景及其意义 “机器人”一词最早出现于 1920 年捷克作家 剧本“罗萨姆的万能机器人”中。在剧本中，作家塑造了一个具有人的外表，特征和功能，愿意为人类服务的机器人奴仆“ 在该剧中机器人被描写成像奴隶那样进行劳动的机器。 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。 机械手主要由手部和运动机构组成。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 2 3 个自由度。 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。 图 1 工业机械手简图 纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 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。 机械手是近几十年发展起来的一种高端科技自动化生产设备，它对稳定 、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着始终重要的作用。目前主要用于机床，模锻压机的上下料，以及电焊，喷漆等作业中，它可 以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量所以受到了许多部门的重视，并且在现在和将来都得到极大的重视。但是由于机械手并不真正像人类的手那样灵活并且不能具备传感反应任何反馈的能力，不能对外界特殊情况进行应变。 目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。 第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 柔性制造单元 的重要一环节 . 机械手的应用意义在于： 1 可以提高生产过程的自动化程度 ,应用机械手有利于实现材料的传送、弓箭的装卸、道具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 2 可以改善劳动条件、避免人身事故 。在高温、高压、低温、低压、有灰尘、早生、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用忍受直接操作是有危险或者根本不可能的，而应用机 械手即可部分或者全部代替人安全的王城作业、是劳动条件得以改善。 3 可以减少人力，便于节奏的生产。 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同事由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都是机械手，以减少人力和更近准的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。 本课题中 两工位芯模搬运机械手的控制系统 主要是 动方式为气压传动。 纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备 , 技术 附加值很高 , 应用范围很广 , 作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业 , 将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测 , 机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会 (和国际机器人联合会 ( 统计 , 世界机器人市场前景看好 , 从 20 世纪下半叶起 , 世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入 20 世纪 90 年代 , 机器人产品发展速度加快 , 年增长率平均在 10% 左右。 2004 年增长率达到创记录的 20%。其中 , 亚洲机器人增长幅度 最为突出 , 高达 43%。 经过四十多年的发展 , 工业机 器人已在越来越 多的领域得到了应用。在制造业中 , 尤其是在汽车产业中 , 工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造 (冲压、压铸、锻造等 )、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中 ,机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深、更广方向的发展以及 机器人智能化水平的提高 , 机器人的应用范周还在不断地扩大 , 已从汽车制造业推广到其他制造业 , 进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外 , 在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多 , 如无人侦察机 (飞行器 )、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。 在现实生活中，机器人并不是在简单意义上代替人工劳动。而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置。这种装置既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作，精确度高，抗恶劣环境的能力。 我国工业机器人起步于 70 年代初期，经过 20 多年的发展，大致经历了 3 个阶段：70 年代的萌芽期， 80 年代的开发 期和 90 年代的适用化期。 虽然 中国 的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。 第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手没有电子计算机控制系统，具有视觉、处决能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，吧接受到的信息反馈，是机械手具有感觉机能，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈， 使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统和柔性制造单元中重要的一环。 在国外的机械制造中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及电焊、喷漆等作业中，他可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。 日本工业机器人产业早在上世纪 90 年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世 瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络 化 技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。 机械手的发展趋势也主要有以下几个方面出发。 1 重复高精度 精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度 , 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次 , 机械手到达同样 精确程度。重复精度比精度更重要 , 如果一个机器人定位不够精确 , 通常会显示一个固定的误差 , 这个误差是可以预测的 , 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是 一个随机误差的范围 , 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展 , 以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高 , 它的应用领域也将更广阔 , 如核工业和军事工业等 2 模块化 有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术 , 而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置 , 使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了 特殊设计的滚珠轴承 , 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能 , 扩大了机械手的应用范围 , 是气动机械手的一个重要的发展方向。智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备 , 特别是紧凑型 岛 , 它对分散上的集中控制起了十分重要的作用 , 特 别对机械手中的移动模块。 3 无给油化 为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、 精密仪器等行业的无污染要求 , 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步 , 新型材料 (如烧结金属石墨材料 ) 的出现 , 构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件 , 不仅节省润滑油、不污染环境 , 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。 4 机电气一体化 由 可编程序控制器 - 传感器 - 气动元件 组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面 ;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件 , 使气 动技 开关控制 口进入到高精度的 反馈控制 ; 省配线的复合集成系统 , 不仅减少配线、配管和元件 , 而且拆装简单 , 大大提高了系统的可靠性。而今 , 电磁阀的线圈功率越来越小 , 而 输出功率在增大 , 由 接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开 而阀岛技术的发展 , 又使 气动机械手、气动控制中变得更加得心纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 应手。 搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。 气动机械手属四自由度机械手，可以完成机械手 旋转、机械手升降、机械手夹紧及松开工件和机械手转臂在卸料处停转 4 个自由度的运动，气动机械手由机械系统、位置检测系统、气压传动系统和电气控制系统 4 部分组 成。 3 研究内容 纤维缠绕机在缠绕制品生产线上 , 将芯模装载到缠绕机上进行缠绕 , 在缠绕成型后 , 卸载成型产品。该工艺过程劳动强度大 , 占用的时间多。研究内容以纤维缠绕机在缠绕过程中芯模的自动装卸作为具体研究对象 , 设计了一套自动装卸芯模的机构。可代替人进行重复的取放件工作 , 不仅减轻了工人的劳动强度 , 也提高了生产自动化水平和劳动生产率 , 同时保证了产品质量和生产安全。 机械手装置是一种模拟人的手臂动作来完成的，按照事先设定的程 序，轨迹，代替人完成枯燥，劳累 的抓取，搬运工作的机电一体化装置。 1. 设计芯模自动搬运机械手整体结构 2. 气压系统的设计 3. 制系统的设计 4. 设计技术参数： 1、 芯模尺寸是 40度是 800料为模具钢 2、 升降行程 250缩行程 80、 实现两个方向的 90旋转运动，并可自锁。 4、 手臂运动参数 伸缩速度： 250mm/s 升降速度： 60mm/s 回转范围： 0180 度 回转速度： 70/s 5、 定位方式：行程开关或可调机械挡块 6、 驱动方式：气动， 制 7、 定位精度： + 研究方案 1 总体方案 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的动操作装置。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，纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 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。 在本题目中对机械手的坐标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。 2 拟采取的 技术 措施 （ 1） 由于圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，所以在本设计中选用圆柱坐标型机械手 图 2 芯模搬运机械手简图 1 机械臂的旋转 旋转气缸 2 上升 下降 直线气缸 3 手臂收缩 直线气缸 4手抓的抓紧与松开 直线气缸 （ 2） 本设计主要完成的动作有上升、下降、伸缩、顺 /逆时针旋转 90、手抓张开、手抓夹紧等主要运动 手部采用一个直线气压缸，通过机构运动实现手抓的张合。 如图 3 图 3 机械手手抓简图 纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩功能 如图 4 图 4 机械手手臂简图 机身，采用一个直线缸来实现手臂的升降 如图 5 图 5 机械手机座简图 机械臂 采用 底座 回转缸实现旋转 （ 3） 采用气动驱动机械手，结构简单，尺寸紧凑，重量轻。控制方便 5 进度 计划 2011 年 11 月 16 日 011 年 12 月 30 日：收集资料，确定设计系统总体方案，翻译有关外文资料及阅读技术文献，书写开题报告。 2012 年 1 月 1 日 012 年 2 月 28 日： 结构设计及相关计算，完成装配图、纸， 明书全套毕业设计均有 优秀论文设计，答辩无忧 部件、零件图 2012 年 3 月 1 日 012 年 3 月 30 日： 液压系统设计 2012 年 4 月 1 日 012 年 4 月 30 日： 制系统设计 2012 年 5 月 1 日 012 年 5 月 30 日： 撰写毕业论文 2012 年 6 月 1 日 012 年 6 月 10 日： 毕业答辩准备和答辩。 参考文献 1张铁轶，何国金，黄振峰 . 基于 制的混合型气动机械手的 设计与实现 J . 液压与气动， 2008（ 9） :6 2孙迎远 . 气动机 械手中的应用 J 2008， 29（ 9） : 151 3谢亚青 . 基于 五自由度模块化气动搬运机械手研制 J . 机 械设计与制造， 2009（ 1） :180 4姜佩东 . 液压与气动技术 M . 北京：高等教育出版社， 2002 5林春方 电气控制与 理及应用 M . 上海：上海交通大学 出版社， 2008 6 蔡自兴机器人学的发展趋势和发展战略 J机器人技术与应 用， 2001（ 4）： 11 7 于靖军，刘辛军，等机器人机构学的数 学基础 M北京：机械 工业出版社， 2008. 8 郭艳萍基于 工业机械手控制系统 J仪表技术与传感 器， 2007（ 9）： 31 9 李允文工业机械手设计 M北京：机械工业出版社， 1 996. 10 日本三菱公司 程说明书 Z 11 张 铁 , 谢存禧 . 机器人学 M . 广州 : 华南理工大学 出版社 , 2002. 12 谢存禧 , 张 铁 . 机器人技术及其应用 M . 北京 : 机 械工业出版社 , 2005. 13 蒋少茵 . 单片机控制的机