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压铸机
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毕业设计(论文)开题报告题目：压铸机自动浇铸机械手设计- 1 -1 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）1.1 题目背景、研究意义机械手是近三十年发展起来的典型的、机电一体化的自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。机械手是能自动化定位控制并可编程序实现变动的多功能机器，有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境和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。其作业的准确性和各种环境下完成作业的能力在国民经济各领域有着广阔的发展前景。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。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手。在冲床上采用送料机械手取代人工送料已成为最有效防止工伤事件的安全生产措施。机械手不但可以实现安全操作，也提高了产品品质和生产效率，降低了废品率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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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。目前，机械手已发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，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。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而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。1.2 国内外相关研究情况1.2.1 国外机械手的研究现状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制出第一台机械手。- 6 -它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础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） 。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标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,专门生产工业机械手。1962 年美国机械制造公司也实验成功一种叫 Vewrsatran 机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降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。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vicarm 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，定位误差小于1 毫米。联邦德国机械制造业是从 1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国 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。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至 1977 年底，其中一半是国产，一半是进口。 1.2.2 国内机械手研究与应用现状在我国，机械手技术起步较晚，进入 20 世纪 90 年代后，我国机械手的研究步入正轨，在彩电，冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片，印刷电路等各种电子产品的装配流水线上得到广泛应用。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,此外还应大力研究伺服型、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。2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 主要内容- 7 -1）运动功能设计：即自由度设计，应尽可能的灵活运动和大的工作空间，分析各关节运动的性质以及排列顺序等。 2） 传动功能设计：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，传动功能中驱动器安排和机构要合理。 3）机械结构设计：满足强度和刚度情况下，要充分考虑机器人的结构紧凑、重量轻、体积小等特点。同时满足装卸方便，便于维修、调整。 4)基本参数： 浇包容量：8kg 手臂最大回转角度：110 最大俯仰角度：50 自由度：3 个 2.2 研究方案、研究方法2.2.1 执行机构如图 1 所示1) 手腕手腕是联接手臂与末端执行器的部件，用以调整末端执行器的方位和姿态。2) 手臂手臂是支承手腕和末端执行器的部件。它由动力关节和连杆组成，用来改变末端执行器的位置。3) 机座机座是机械手的基础部件，并承受相应的载荷.图 12.2.2 坐标形式的选择 坐标形式是指执行机构的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。- 1 -1) 直角坐标式直角坐标机械手的末端执行器在空间位置的改变是通过三个互相垂直的轴线移动来实现的，即沿 X 轴的纵向移动、沿 Y 轴的横向移动及沿 Z 轴的升降。这种机械手位置精度最高，控制无耦合，比较简单，避障性好，但结构较庞大，动作范围小，灵活性差。2) 圆柱坐标式圆柱坐标机械手通过两个移动和一个转动来实现末端执行器空间位置的改变，其手臂的运动由在垂直立柱的平面伸缩和沿立柱升降两个直线运动及手臂绕立柱转动复合而成。这种机械手位置精度较高，控制简单，避障性好，但结构也较庞大。3) 极坐标式(球坐标式)极坐标机械手的运动由一个直线运动和两个转动组成，即沿手臂方向 X 轴的伸缩，绕 Y 轴的俯仰和绕 Z 轴的回转。这种机械手占地面积小，结构紧凑，位置精度尚可，但避障性差，有平衡问题。4) 关节坐标式关节坐标机械手主要是由立柱、大臂和小臂组成，立柱绕 Z 轴旋转，形成腰关节，立柱和大臂形成肩关节，大臂和小臂形成肘关节，大臂和小臂作俯仰运动。这种机械手工作范围大，动作灵活，避障性好，但位置精度低，有平衡问题，控制耦合比较复杂，目前应用越来越多。 由于本设计中精度要求较高，首先排除了直角坐标式和关节坐标式，而且它们还存在平衡问题，直角坐标式灵活性差，不利于提高工作效率。因此为了使其工作方式更加简单直观，机械手坐标类型选择为类似球坐标式机械手。2.2.3 驱动机构驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压,气压用的最多，占 90%以上，电动、机械驱动用的较少。1) 液压驱动是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2)气压驱动是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在 30 公斤以- 1 -下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3)机械驱动即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。4)电气驱动即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。综上所述，由于本次设计机械手负载较小，对体积有一定要求，又考虑到机械手的特点和各驱动方式的优缺点,综合考虑自己所学的知识和实际要求，本机械手选用液压驱动3 本课题研究的重点及难点1）机械手的结构设计，主要参数确定2）机械手传动方式的论证和选择3）机械手控制系统的选择和设计4 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写)第 12 周：调研、查阅资料； 第 34 周：总体方案分析论证、开题报告； 第 56 周：结构和运动学分析，参数确定； 第 78 周：按所给规格范围，性能进行分析，强度和运动学校核，中期报告； 第 9 10 周：各模块设计；第 1112 周：装配图草图； 第 1314 周：整体结构设计；第 1516 周：绘制总图及零件图等； 第 1718 周：撰写论文、答辩。 - 1 -5 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 6 所在系审查意见系主管领导： 年 月 日- 1 -参考文献1黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社.1981.2 蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术.2001.4 3刘文波，陈白宁,段智敏.工业机器人.沈阳.东北大学出版社.20074杨黎明.机械零件设计手册.第一版.国防工业出版社.1986.125吴宗泽.机械设计.第一版.中央广播电视大学出版社.1998.26卢颂峰.机械设计课程设计手册. 第一版.中央广播电视大学出版社.1998.47杨长能, 张兴毅.可编程序控制器基础及应用. 第一版.重庆大学出版社.1992.18左建民.液压与液压传动.第二版.北京:机械工业出版社.1999.59孙燕华.AutoCAD2000 机械制图.北京:机械工业出版社.2002.910顾京.数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社.2003.911陈立德.机械设计基础课程设计指导书.第二版.北京:高等教育出版社.2004.612金大鹰.机械制图.北京:机械工业出版社.2001.713柴鹏飞.机械设计基础.北京:机械工业出版社.2004.814张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社.198815金茂青,曲忠萍,张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用 .200116严学高,孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社.199217B.K.Rout.R.Kittal.Tolerance design of manipulator parameters using design of experiment approach.Structural and Multidiscipinary Oplimization 2007.5 Springer18Lauzier.N;Gosselin.C;Laliberte.T.Tremblay.P.Adaptive gravity compensation of decoupled parallel and serial manipulators Using
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