汽车零件装焊线装卸机构中的伸缩与---手部机构设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告题目：汽车零件装焊线装卸机构中的伸缩与 手部机构设计一.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 机械手在工业生产中广泛的应用于机加工，锻压，铸造，冲压，焊接，装配，喷漆， 热处理等各个行业，特别是在笨重，高温有毒，放射性，多粉尘等恶劣危险的活动环境中，机械手由于有显著的优点而备受重视。以下是机械手在工业中的几种典型的应用。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。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一1。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害2。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故3。 国内状况:目前国内机械手应用在机械工业冷加工作业中的较多，而在铸、银、焊、热处理等热加工以及装配作业等方面的应用较少。因热加工作业的物件重、形状复杂、环境温度高等，结机械手的设计、制造带来不少因难，这就需要解决技术k的难点，使机械手更好地为热加工作业服务。同时，在其它行业和工业部门，也将随若工业技术水平的不断提高，而逐步扩大机械手的使用4。 国外状况：在国外机械制造业中，工业机械手运用较多，发展较快。目前主要应应用于机床。摸锻压机的上下料，以及点焊，喷漆等作业中，它可按照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，能反馈外界的条件变化，做出相应的变更。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研究电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate (即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械5。 1962年美国机械铸造公司司也试验成功一种叫 Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。 Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1毫米。 美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。 如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间）， 由400小时提高到1500时。主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。 瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业业机械手发展最快、应用最多的国家6。 未来发展趋势：在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元7。 1旋转体零件生产流水线自动化方面 采用机械手在旋转体零件（如轴类、盘类、环类等）生产流水线上的机床之间传送来提高生产线的自动化。国内已建成的这类自动线很多，如沈阳泵厂的深井泵轴承体加工自动化8。大连电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线（轴类），上海拖拉机齿轮厂的齿轮加工自动线等。加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，采用机械手的，如上海动力机厂的汽缸盖加工自动线转位机械手9。 2. 在实现单机自动化方面 1.各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下机械手，可实现全自动生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用最多，如柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二机床厂的自动循环液压仿形车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机械手等10。由于这方面使用已有成熟的经验，国内一些机床厂已在这类机床产品出厂时就采用机械手，或为用户自行安装机械手提供条件11。 2.注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现自动化生产12。 3.冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。目前机械手上下料冲床应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。如天津拖拉机厂400t冲床的下料机械手，天津拖拉机厂400t冲床的下料机械手冲压件工位间步进13。如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台冲床）和天津二轻局技术研究所制作的12t和40t多工位冲床机械手等14。 3在装配方面 工业机械手在装配中的应用，是近几年国内外研究和发展的一个重要方面，特别是在行在汽车行业的汽车装配自动化和弹药装配等危险作业上有很大的使用价值15。二、主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法 2.1主要设计内容： 1.运动功能设计：即两个自由度设计，如伸缩和平移，应尽可能的灵活运动和大的工作空间。 2.驱动机构设计：机械手操作机是由若干个构件和关节组成的多自由度空间机构组成，驱动机构如（电动、液压、气压、纯机械） 3.论证执行机构设计：使用和自由度结合论证，然后举出三个典型的例子。取出一个最合理的进行论证，体现一个方案论证。 基本参数： 抓重：30公斤，机构整体自由度：2个。 最大工作半径：1600mm 伸缩行程：800mm 手腕回转范围：0-180 4.画图设计图。 2.2研究方案 1.工况分析: 本次设计的多功能机械手用于汽车零件装焊线装卸机上，机械手主要由手爪、小臂、大臂等组成。通过机械手来实现对上料、翻转和转位等多种功能，通过伸缩到达指定位闰土机械外文翻译成品某宝dian置。并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。总共有4个自由度，手臂做上下和前后伸缩、手臂左右旋转，手腕做回转、横移。由于我设计的机械手只采用手臂伸缩和手腕的横移，所以我只用到2个自由度,该机械手与油压机、三孔自动焊机的配置如图所示。 由机械手（1）的手臂伸向53吨油压机，并由手部握紧已压装好的工件，往上抬起离开定位装置，手臂缩回并水平回转90，将工件伸向三孔自动焊机进行三孔堵焊，堵焊完后，机械手（2）伸出手臂，由手部取下已堵焊好的工件，手臂缩回并回转180，将工件送到悬挂链，用挂钩将工件运往清洗室清洗。当三孔焊机在焊活时，机械手（1）同时转向63吨油压机，将压装好的另一工件取出，送到三孔自动焊机进行第二件的焊接。就这样，机械手（1）分别交替地从53吨及63吨两台油压机上取下已压装好的工件，送到三孔自动焊机上进行三孔堵焊，机械手（2）将焊完后的工件取下送到悬挂链。在两台机械手间被传送的工件有四种，需要两种不同的程序控制交替进行。 2.坐标形式：按机械手手臂的不同运动形式及其组合形式总共分为4种坐标形式 直角坐标形式：手臂的运动形式由3个直线运动所组成，即沿X轴的伸缩沿Z轴的升降、沿Y轴的拨移。它的特点是结构简单，定位精度病，适用于主机位置成行徘列的场合。 圆柱坐标形式：即沿X轴的伸缩沿Z轴的升降、沿Y轴的拨移。它与直角座标式相比较占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到较高的定位精度，因此应用较广泛。但由于机械手结构的关系，沿z轴方向移动的最低位置受到限制，放不能抓取地面上的物件。 球坐标式：其手臂的运动系由一个宣线运动和两个转动所组成，即沿着x轴的伸缩、绕Y轴的俯仰和绕Z轴的回转。 关节式：其手臂的运动类似人的手臂可作几个方向的转动。它由大小两臂和立柱等所组成，大小两臂之间的联接为肘关节，大贸与立柱之间的联接为肩。 综合考虑，采用圆柱坐标形式，其手臂的运动系由两个直线运动和一个回转所组成，即沿X轴的伸缩、沿Z轴的升降和绕Z轴的回转。这种座标型式的机械手称为圆柱座标式机械手。它与直角座标式相比较占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到较高的定位精度，因此应用较广泛。但由于机械手结构的关系，沿z轴方向移动的最低位置受到限制，放不能抓取地面上的物件。如图所示， 结构简图: 2.3方案的论证： 1.执行机构：执行机构主要主要包括手部、手臂、躯干；手部装在手臂前端，可以转动。机械手手部的构造系统仿造人的手指，按手指数目可分为二指式、三指式、四指式。我所设计的机械手采用四指式。 手部：手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位和物件重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有: 滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 手腕：是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势) 手臂：手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取部件(如油缸、液压缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、液压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。 立柱：立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可做横向移动，即称为可移式立柱。 机座：机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于 机座上，故起支撑和连接的作用。本设计手臂运动由横轴和竖轴运动组成，可完成伸缩的运动手臂引导手指负责把物料进行抓取和摆放，可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。手臂则需要伸缩到指定的位置来达到对手部的配合，躯干是安装手臂、动力源和各种执行的支行机架。 2.驱动方式主要有： 液压：具有很大的功率质量比，适用于大负载的情形。其优点在于它的高精度、高灵高敏度和安全性。 气压：缺点是功率质量比较小，所以适用节拍快、负载小且精度不高的场合。 电动：具有较大的功率质量比，适用于中等负载，其优点在于它的高精度，且适用于动作复杂，运动轨迹严格的机械手。其成本可高可低，应用广泛。 通过比较再结合我设计的内容，我选用液压驱动。液压驱动的优点传动平稳、质量轻体积小、承载能力大、易于实现过载保护、机构简单、便于实现自动化。三、本机械手装置设计重点及难点： 重点:具有灵活性和较好的承载性能够自动完成系统所要求的动作，具有连续工作、单周期工作、自动返回原点、手动操作等功能。并且整个加工过程中都具有一定的适应性。 难点：机械手手部的设计与计算，机械手传动和驱动的设计计算，及参数的确定并绘制图形。 四、工作方案及进度计划 12周：调研，查阅相关资料，完成开题报告； 34周：总体设计以及方案论证，深化方案具体实施步骤； 56周：分析机械手工况，确定机械手的载荷，并根据工况确定计算准则； 78周：机械手的具体方案设计； 910周：机械手的参数总体计算以及校核，准备中期检查； 1112周：机械手的结构设计以及分析； 1314周：完成装配图设计，验证校核； 1516周：完成毕业论文以及外文资料的翻译； 1718周：修改毕业论文及准备毕业答辩；指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 参考文献1 马.工业机械手设计M.北京:机械工业出版社，1997 2 工业机械手设计基础M.天津:天津科学技术出版社，1985 3 渡边茂.产业机器人技术M.北京:机械工业出版社，1982 4 黄净.电气及PLC控制技术M北京:机械工业出版社，2004年 5 李建新可编程序控制器及其应用M北京：机械工业出版社，2004年 6 藤森洋三.供料过程自动化图册M.北京：机械工业出版社，1985 7 张建民.工业机器人M.北京:北京理工大学出版社，1987 8 吴振彪.工业机器人M.武汉：华中科技大学出版社，1996 9 刘延林.柔性制造自动化概论M.武汉：华中科技大学出版社，2001 10 左