汽车工业用装装卸机械手结构设计【用于发动机曲轴搬运】【CAD高清图纸文档可编辑】
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用于发动机曲轴搬运
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哈尔滨理工大学荣成学院毕业设计（论文）开 题 报 告学生姓名 廉天雪 学 号 1030060135 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机械10-1 指导教师 王春义 2014 年 3 月 5 日课题题目及来源： 题目：汽车工业用装装卸机械手结构设计 来源：“机械结构设计”企业合作项目（指导教师制定题目）课题研究的意义和国内外研究现状： 课题研究意义工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。在生产实践中，常常需要将上料、加工、卸料等工序进行合理的安排，组成一条自动流水加工线。但在流水线上加工时，搬运工作由人工完成，不可避免地存在着劳动强度大、生产安全难以保障、定位精度不高等问题，严重影响了生产质量、生产效率和单位的经济效益。当生产效率很高时，为了减少工人数量，改善工人的劳动条件，提高劳动生产率这就需要使自动线上工件搬运自动化。于是针对这一问题就提出了要研制一种搬运机械手来代替工人实现工件的搬运上线,并且能满足定位和重复定位精度。用搬运机械手来代替工人搬运工件可以减轻工人的劳动强度，减少自动线上的工人数目，同时也提高了生产效率并且精度也得到了保障。国内研究现状我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人以应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的差距，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，品种规模多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量可靠性也不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。国外研究现状国外在机器人领域发展较快，近几年有如下几个趋势:(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从2001年的10.3万美元降至2007年的65万美元。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。课题研究的主要内容和方法，预期目标及研究过程中研究步骤、方法及措施：研究内容研究内容：根据给定的工况条件和基本要求，从机械原理和机械结构对搬运机械手进行具体的分析和设计。对机械手的传动、驱动等主要部件进行选型和校核，并结合原理图等对整个系统的工作方法和原理进行描述。应该机械手有两个自由度，均为移动自由度，综合机械手的工作载荷和工作现场环境对机械手布局以及定位精度的具体要求，手臂运动均为直线运动，液压部分采用采用单活塞杆液压缸来实现直线往复运动。设计大纲第一引言机械手的概念；机械手的简史；机械手的组成；机械手的生产应用简述第二机械手的设计机械手的总体设计；机械手的手部设计；机械手的手臂设计；机械手的驱动系统设计第三液压系统设计与计算确定液压系统基本方案；拟定液压执行元件运动控制回路；液压源系统的设计；绘制液压系统图；确定液压系统的主要参数；选择液压元件；液压系统性能的验算第四机械手控制系统的设计机械手控制系统硬件设计；机械手的作业流程；机械手操作面板布置；控制器的选型；控制系统原理分析；PLC外部接线设计第五总结与展望，最后结束。解决的问题机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓住工件或工具的部件，根据被抓住工件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式。机械手配件运动机构，使手部完成各种转动、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。本文应解决该曲轴搬运机械手的结构部件，液压部分以及电路控制部件设计。预期目标对汽车曲轴的生产常常需要将上料、加工、卸料等工序进行合理的安排，组成一条自动流水加工线。设计中采用液压机构驱动机械手具有结具有结构简单，尺寸紧凑，重量轻，控制方便，驱动力大等特点。设计中拟用的PLC电气控制与液压系统结合，技术成熟，易于实现，且保证了工件搬运过程中的快、准、稳，达到了预期设计目标。研究步骤、方法及措施第一阶段：准备阶段：了解工业机器人的现状和发展，查阅课题相关的国内外文献，拟订设计思路。第二阶段：设计阶段：确定总体设计方案，根据课题给定的工况条件和基本要求进行设计计算，确定主要参数，对所得数据结果进行分析、处理，对机械手系统的传动、驱动等主要部件进行选型和校核。第三阶段：制图阶段：整理各类资料和数据，利用CAD制图，分别做出系统的总装图及各部件的装配图和零件图。 第四阶段：总结阶段：撰写设计说明书，检查图纸，准备答辩。课题研究所需的参考文献： 1孙桓，陈作模，葛文杰机械原理北京：高等教育出版社，20062濮良贵，纪名刚机械设计北京：高等教育出版社，20063徐福玲，陈尧明液压与气压传动北京：机械工业出版社，20074刘鸿文材料力学北京：高等教育出版社，20045张世昌，李旦，高航机械制造技术基础北京：高等教育出版社，20076毛平淮互换性与测试技术北京：机械工业出版社，20067杜志俊工业机器人的应用与发展趋势北京：机械工业出版社，20028朱世强，王宣银机器人技术及其应用杭州：浙江大学出版社，20069原魁工业机器人发展现状与趋势中国科学院自动化研究所，200710萩原方彦（日）机械实用手册科学出版社，2007年第2版11周恩涛，周士昌液压驱动机械手的神经网络控制中国机械工程第12卷第4期，2001412张新聚，曹慧琴，杨雪程控通用机器人的设计液压与气动2007年第2期，200713陈爱珍日本工业机器人的发展历史及现状机械工程师2008年第7期，200814工业机器人发展现状浅谈自动化博览2007年4月刊，2007415赵臣，王刚我国工业机器人产业发展的现状调研报告机器人技术与应用，2009.316Fathi Ghorbel, John Y. Hung, and Mark W. Spong. Adaptive Control of Flexible-Joint Mani
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