开题报告-自动发卡机械手臂设计.doc

毕业设计（论文）开题报告 题目 自动发卡机械手臂设计专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2015 年 3 月 6 日一、选题的依据及意义机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。目前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，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。它是一种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。机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。本项目要求设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。二、国内外研究概况及发展趋势在国外，机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国工程师德尔沃最早提出机械人的概念； 1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。1959年美国德尔沃与英格伯制造了世界上的第一台机械人； 1962年美国正式将机械人的使用性提出来，且制造出类似人的手臂； 1967年日本成立了机械手研究会，并召开了首届机械手学术会； 1970年在美国召开了第一届工业机械人学术会，并得到迅速地普及； 1973年辛辛那提公司制造出第一台小型计算机控制的工业机械人，当时是液压驱动，能载重45KG；到1980年在日本得到普及，并定为“机械人元年”。此后，在日本机械人得到了前所未有的发展与提高。目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：1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。2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。3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决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。4关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发； 5焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。再有，机械手主要用于机床，锻压机的上下料，以及点焊，喷漆等作业中，它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。如发生某些偏离时，就将引起零部件机械手本身的损害。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界的条件的变化，做出相应的变化。在国内，汽车工业仍然是工业机械手主要的使用领域。但我国在工业机械手生产企业中，年产销量在100台以上、产值过5000万元的大规模企业非常少，国外大型公司年产量都达5000到10000台，销售额为数十亿美元。目前国内机械手的保有量在4000台左右，并将以每年8001000台左右的速度快速增长。工业机械手应用前景极为广阔。 目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。国内机械手厂家主要还是受到控制系统的困扰,没有比较成熟稳定的伺服系统,所以不能生产高端机器。我国本土企业生产的机械手产品还主要流通在中低端市场，因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格战。随着国内机械手技术的进步，日臻成熟，会有更多的厂商加入此行业。三、研究内容及实验方案1、研究内容：本课题是按老师所给的自动发卡机械手臂基本要求进行设计，利用CAD软件画出零件图和总装配图，并用PRO/E软件对自动发卡机械手臂进行仿真。2、实验方案： 采用可编程控制器对机械手实现自动控制。控制系统硬件由开关、按钮、行程开关、可编程控制器和输入输出继电器构成。软件采用模块式结构，回原位、手动、单步、单周期、连续，用选择开关来选择动作种类。即可实现机械手的一系列流程动作。机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由气压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。系统接收工件到位检测、机械手升降限位检测、加紧/放松检测等开关量输入信号。经由PLC通过网络通信传送到电脑，人为地再通过PLC控制机械手臂的搬运工作4。假设使用气压机械手臂，机械手臂下降将工作物放置工作台l等待机械对工作物加工；当工作物加工步骤完成时，再将工件放置工作台2上进行第二加工步骤；当加工步骤完成时，将工件放置输送带B送出，并显示出加工完成的数次。技术路线（1）详细了解搬运工作时具体情况，制定出机械手的运动方案；（2）参考机械设计手册，以及相关国家标准，做出机械手各机构的设计；（3）参考PLC控制有关书籍，做出机械手控制系统设计；（4）最后，设计PLC外部输入/输出点、画出PLC外部接线图、设计梯形图、写出软件程序并测试(5)了解自动发卡机械手臂的用途、工作原理，各零件的功用及装配关系，拆卸零件，了解各零件的形状、结构、材料等； (6) 计算各标准件的规格尺寸，查出其规定标记； (7) 测绘非标准零件草图。先画零件草图，后测量和标注尺寸。(8) 绘出准确的零件图和装配图。四、目标和主要特色1、目标： 设计出满足要求的自动发卡机械手臂并撰写说明书等相关的文件，完成6000字左右的外文资料翻译。 2、主要特色： 能熟练运用CAD及PRO/E 软件来协助此次设计，3、工作进度：(1)收集相关资料，撰写开题报告； （1周）3月1日3月7日 (2)英文翻译（6000实词以上） （2周）3月8日3月21日(3) 计算各标准件的规格尺寸，查出其规定标记；（1周）3月22日3月28日(4)绘制零件草图； （3周）3月29日4月19日(5)修改零件草图，纠正其中缺陷及错误； （1周）4月20日4月27日(6)绘制装配图； （2周）4月28日5月12日 (7)用PRO/E软件对自动发卡机械手臂进行仿真设计；（2周）5月13日5 月27日(8)撰写毕业设计说明书（论文）。 （3周）5月28日6月19日五、参考文献1.王炳实. 机床电气控制.第三版. 北京：机械工业出版社，2004年：146-162.2.熊幸明, 曹才开. 一种工业机械手的PLC控制.微计算机信息，2006年：98-103.3.孔秀艳. 一种四轴搬运机械手的PLC控制. 大众科技，2008年，第7期：1.4.刘轩,王丽伟. 机械手的PLC控制. 机床电器. 2006年：34-49.5.罗庚合,蔡霞. 搬运机械手的PLC控制. 西安航空技术高等专科学校，2002 年，第20卷第一期：7-9.6.黄勤，李楠.单片机原理与应用.清华大学出版社，2010年9月：205-214.7.李允文.工业机械手设计.机械工业出版社,1996年4月,232-237.8.常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.机械工业出版社,2004年6月,156-59.9.Bostel，AJSagar,Vk Dynamic control systems for AGVSJComputingControl Engineering Joumal，1996：169176，Volume：7，Issue 4.10.Naiqi Wu，MengChu ZhouAGV muting for conflict resolution in AGV systemsAProceedings of IEEE International Conference on Robotics