开题报告-GZ1400单轴伺服大型横走式机械手设计.doc

毕业设计(论文)开题报告 学生姓名： 罗玉坤 学 号： 20101273 学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化精（1）班 设计(论文)题目： GZ1400单轴伺服大型横走式机械手设计 指导教师： 龚中良 教授 2014年4月 10日 开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇；4有关年月日等日期，按照如“2012年4月26日”方式填写。1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写1500字左右的文献综述（包括研究进展，选题依据、目的、意义）文 献 综 述1、研究进展 机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识；其一、它能部分代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工作的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大的改善工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人工物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉压、噪音以及带有放射性的污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。专用机械手经过几十年的发展，如今已进入了以通用机械手为标志的时代。机械手可以应用于更加多的场合，从而节约了不少的开发以及设计的成本。由于机械手的发展，进而促进了智能机器人的研制。机械手涉及的内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学等，因此它是一项综合性较强的技术。目前国外对发展这一技术很重视。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种在不断的增加，应用领域在不断的扩大。目前国外的发展趋势是：(1) 研制有更多自由度的机械手，这样机械手就可以变得更加的灵活，从而完成更加多的动作。(2) 研制带有行走机构的机械手，这种机械手可以从一个工作地点移动到另一个工作地点。(3) 研制维修维护方便的机械手。(4) 研制能自动编制和自动改变程序的机械手。(5) 研制具有一定感触和一定智力的智能机械手。这种机械手具有各种传感装置，并配有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当其大脑，使它进行思考和记忆。用听筒和声敏元件作为耳朵能听，用扬声器作为嘴能说话进行应答，用热电偶和电阻应变仪作为触觉和感触。用滚轮或者双足式机构脚来实现自动移位。这样的智能机械手可以由人的特殊语言对其下达命令，布置任务，使自动化生产线成为智能化生产线。 (6) 机械手的外观达到美观的要求，尽量用最简单的结构和设备能完成更加多的动作。 (7) 研制具有柔性系统的机械手目前，在国内广泛应用的再现式机械手，虽然一般也都有记忆装置，但其程序都是预先编好的，或由人在工作之前领动一次，而后机械手可以按领动的工作内容正确进行再现动作。如果把这种再现式机械手称为第二代机械手的话，那么现在处于研制阶段的智能机械手就是第三代了。现在研究的机械手正在朝着一种可以存储大量的程序的并且可以改变并重新写入程序的方向发展，而且机械手具有比原来的更多的自由度。虽然在这方面相对于发达国家还有点落后，但是国内现在也越来越感觉到机械手的重要性，国家大力支持相关的设计及产品的开发。在机器人的发展以及机械手的设计上也取得了一定的成果，国内每年都将举行机器人大赛，以增加研发单位的交流与合作。现在国内具有越来越强的自主研发的单位，我相信在不久的将来，我国一定能够赶上并将且超越发达国家在机械手乃至整个机械方面处于领先地位。 2.选题依据机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业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，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。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。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。3.选题目的 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。对于学机械的学生，能够把一个机械手设计出来，可以检查我们所学的专业知识，锻炼我们的一些设计技能，把我们学到的理论知识与现实生产实际结合起来，为以后工作奠定理论与实践基础。4选题意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度二、以改善劳动条件，避免人身事故三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要研究或解决的问题：GZ1400单轴伺服大型横走式机械手设计主要组成部分：机械手主要由执行部分、气压驱动部分、机械驱动部分和控制部分四大部分组成。其中气压驱动部分和机械驱动部分统称为驱动部分。其组成及相互关系如下图：执行部分：主要由手臂，电磁装置组成。机械驱动部分主要由电动机、齿轮、齿条组成，气压驱动部分主要由气缸，气动元件等组成。控制部分主要由传感器，计时器等组成。执行部分：这个部分中主要是实现物体的拾取与放开，机械手臂上装一个电磁装置，通过电磁装置控制手臂中磁性的有与无，从而控制执行部分是否拾取或放开物体。机械驱动部分：这个部分主要实现驱动执行部分来回移动。在机架上安装一个电动机，电动机上装一个齿轮，通过电动机转动带动齿轮转动，再控制电动机的正反转来实现齿条的来回移动，其中移动的横向距离至少是2000mm。气压驱动部分：这个部分主要实现驱动执行部分的上下移动。在机架中安装一个气缸，通过气压控制手臂的上下移动，其中上下移动的行程至少是1400mm。气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6个大气压，个别的达到8-10个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。控制部分：这个部分主要实现整个机械手动作的周期。机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。控制部分主要有电磁装置，计时器，PLC控制系统等。 主要问题：1、机械驱动部分是采用齿轮齿条结构还是采用滚珠丝杠结构？2、如果应用滚珠丝杠机构的话是保持螺杆不动螺母动还是保持螺母不动螺杆动，各有什么利弊？3、怎么控制全循环时间为12S？4、手臂运动时速度是匀速的还是变速的？5、如果应有齿轮齿条机构的话齿轮应该怎么设计？6、实现齿条来回移动除了用PLC控制系统外，还有什么装置或机构可以实现齿条的来回移动？7、如果用齿轮齿条机构，齿条的下面是采用轴承还用采用简单的圆柱？单轴伺服大型横走式机械手机械原理图：基本工作原理: 电动机带动齿轮转动，使齿条来回移动，同时气动原件使电磁装置上下移动，其中，齿条左右来回移动行程至少2000毫米，电磁装置上下移动至少1400毫米. 参考文献 1 濮良贵、纪名刚 ， 机械设计（第八版）.高等教育出版社, 2012 2 朱辉等，画法几何及工程制图（第六版）.上海科技技术出版社，20093 潘存云等，机械原理.中南大学出版社，20114 成大先，机械设计手册（第五版).化学工业出版社，20085 黄靖远等，机械设计学（第三版）.机械工业出版社，20116 理论力学（I）（第七版）.高等教育出版社，200097 徐卓农等，电子与电工技术（第二版).北京大学出版社，20118 邢启恩等，三维设计基础与典型范例.电子工业出版社，20089 洪江等，动画演示与运动分析实例解析.机械工业出版社，200610 郑建民等，机电一体化系统设计（第三版）.高等教育出版社，201211 成大先主编.机械设计手册（第三版）.北京：化学工业出版社，1994.4 12 成大先主编.机械设计手册：液压传动（第五版）.北京：化学工业出版社，2010.01.13 贾铭新编.液压传动与控制.北京：国防工业出版社，2010.0914 .15 等专业厂家网站资料。16 郑文玮 吴克坚，机械原理（第七版）.高等教育出版社，1997.17 采摘机械手的设计及其控制研究 黄浩乾 南京农业大学硕士论文。18 基于PLC与伺服电机控制的机械手设计方案 吉凤 科技资讯。19 欠驱动机械手的设计与实验研究 王嘉研 东北大学硕士论文。20 三轴伺服注塑机机械手上位机控制器的设计与实现 何洋 浙江大学硕士论文。21 新型数控机床装夹机械手设计与分析 张庆峰 江苏大学硕士论文。22 K. Youcef-Toumi. Modeling, design and control integration: a necessary step in mechatronics. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 1(1):2938, 1996.23 Park, J. H. and Asada, H. Concurrent design optimization of mechanical structure and control for high speed robots. ASME J. Dynam. Syst., Meas., Contr.,116(3):344356, 199424 Rastegar, J. S., Liu, L., and Yin, D.Task-specific optimal simultaneouskinematic, dynamic, and control design of high-performance robotic systems.IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 4(4):191203, 1999.25