机械手设计开题报告.doc

山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 数控机床上下料机械手设计学 院 名 称 机械电子工程学院 专业班级 机械设计制造及其自动化07-4班学生姓名 学 号 200703021307 指 导 教 师 填表时间：2011年 月 日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目数控机床上下料机械手设计设计（论文）类型（划“”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它 一、 本课题的研究目的和意义本设计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、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好的体现本专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神及态度，具有较强的针对性和明确的实践目标，能够实现理论和实践的有机结合。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识，主要意义有：1. 它能部分地代替人工操作；2. 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件的传送和装卸；3. 应用机械手，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代；4. 提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力；5. 提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险；6. 显著地提高劳动生产率，提高企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 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。本次设计的机械手主要与数控车床组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。该机械手能实现机械手旋转，夹紧和放松等动作；驱动系统采用气压驱动和步进电机驱动，实现了旋转、夹紧和放松等动作。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业。本次设计能够减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。二、 本课题的主要研究内容（提纲）1、整体方案设计2、机械手的执行系统设计（1）3、驱动系统气压驱动的汽缸选择和步进电机选择4、控制系统硬件连接设计5、传动系统的设计6、运动过程仿真三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）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年日本成立了人工手研究会，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，并的到迅速普及； 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，能载重大成就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升。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，产品可以达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。 我国国家“863机械手技术主题自成立以来一直重视机械手技术在产业中的推广和应用和推进机械手技术以提升传统产业，利用机械手技术发展高新产业。目前，政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，并提供优惠措施鼓励更多企业使用机械手及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机械手，各种机械手生产厂家的销售量都有大幅度的提高。目前，在国内外各种机器人和机械手的研究已成为科研的热点，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。 在“211工程”中，上海交通大学提出在HM-001数控机床上安装自动上下料装置和机械手，由上海第二机床厂产品开发部完成完成电气设计工作。带自动上下料装置的HM-001数控车床，具有完善的机床加工功能，实现了自动提取和传送工件，使得零件加工完全自动化，达到高节拍、高自动化的目标，真正实现了无人操作的高效率生产，充分满足现代化高节奏生产要求，具有很好的市场前景。在国际机床展览会上被誉为新一代的应用机械手进行上下料的数控车床，体现了国产机床新的跨越。四、拟解决的关键问题（1）执行系统机械手的结构设计（2）驱动系统气压驱动的汽缸选择和步进电机选择（3）控制系统硬件连接设计（4）传动系统的选择设计五、 研究思路和方法1. 了解本次毕业设计的任务及要求2. 查阅各类工具书、参考资料和实验室模具模型等，找到自己设计机械手过程中所需要的的各种原始资料、经验公式以及机床上下料机械手的相关数据3. 查阅各类工具书、参考资料，选择适合的驱动系统气压驱动的汽缸选择和步进电机4. 用PLC编出程序来控制机械手的运动5. 用PRO/E制作出机械手的运动过程仿真 六、 本课题的进度安排2.28-3.13 （第一、二周）查阅相关资料（2）理清设计思路写开题报告 3.14-3.27 （第三到第四周） （3）绘制零件的三维造型及图纸 3.28-4.10 （第五到第六周） （4）尺寸受力等计算 4.11-4.24 （第七到第八周） （5）选型并创建实体造型 4.25-5.8 （第九到第十一周）（6）画出装配图，零件图 5.9-5.22 （第十二到十三周）（7）毕业论文的撰写、校正、复查工作 5.24-6.5 （第十四到十五周）（8）毕业答辩 6.6-6.12 （第十六周）七、参考文献1 徐灏.机械设计手册（第四版 第三卷、第四卷），机械工业出版社出版,1993 2 张建中.机械设计基础课程设计手册，中国矿业大学出版社出版，1999 3 孙兵, 赵斌, 施永康.基于PLC的机械手混合驱动控制， 2005 4 孙兵, 赵斌, 施永康.物料搬运机械手的研制， 2005 5 李建勇.机电一体化技术，科学出版社, 2004 6 王宪军, 赵存友. 液压传动 哈尔滨工程大学出版社, 20027 高西林. 锻床上料机械手, 轻工机械， 20018 Rex J. Theodore, Ashitava Ghosal. Robust control of multilink flexible manipulators，Mechanism and Machine Theory, Volume 38, Issue 4, April 2003, Pages 367-377 9 李春波, 王大明, 李哲, 王祖温. PLC控制的气动上下料机械手，199910 尹自荣, 熊晓红, 骆际焕, 王建坤. 数控上下料机械手的研究及应用， 199411 张波, 李卫民, 尚锐. 多功能上下料用机械手液压系统， 2002 12 侯沂, 刘涛. 装卸机械手设计研究， 2004 13 吉爱国, 冯汝鹏, 郭伟, 张锦江. 计算机在机械手控制中的应用， 1996 14 彭坚. 气动机械手PLC控制系统设计 电工技术，200415 Jun Wu, Jinsong Wang, Liping W