开题报告书

本科生毕业设计开题报告书 题 目 ： 伸缩臂式上下料机械手 液压系统设计 学生姓名 ： 何 湘 福 学 号 ： 201015020236 专业班级 ： 机电 10102 班 指导老师 ： 杨 莹 2014 年 3 月 8 日 设计 题目 伸缩臂式上下料机械手液压系统设计 1. 课题目的 ： 机械手是一种能模仿人手部分动作，按照预定的程序，轨迹及其他要求，实现抓取，搬运工作或操作工具的自动化 机械装置，它是工业机械人的一个重要分支。 随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合机器 人 所代替，这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小企业汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，把 伸缩臂式上下料 机械手作为我 的 研究的课题 。 2. 课题意义 ： 机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子 机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备 给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率 :可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产 ;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、 有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用 用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 3. 相关研 究动态 ： 我国的工业机械手是从 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 ,目前已经基本掌握了机械手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，孤焊，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（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看 来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。如：可靠性低于国外产品，机械手应 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。影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件，硬件和机械结构。 上料机械手与卸料机械手相比，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业，最大抓取棒料直径达 180大抓握重量可达 30 公斤，最大行走距离为1200据作业要求及载荷情况，机械手各关节运动速度可调。移动式搬运上料机械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回转机构，小车行走机构，液压泵站电器控制系 统组成，同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统。整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上，结构紧凑。电气控制系统采用 编程控制器，各种作业的实现可以通过编程实现。 国内外实际使用的多是定位控制的机械手，没有“视觉”和“触觉”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视觉”和“触觉”的工业机械手，使它能够对所抓取的工件进行分辨，能选取所需要的工件，并正确的夹持工件，进而精确地在机器上定位、定向。 为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零部件，它由视觉传感器输入三个视 图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓取的工件。 为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来，一般采用两种方法：一是检测把握物体手臂的变形，以决定适当的握力；另一种是直接检测指部与物件的滑动位移，来修正握力。 在国外机械制造业中，工业机械手应用较多。发展较快，一般的工业机械手技术相当成熟，预计在 2005 年 问，全球工业机器人销量预计年均增长 6 1蛩 2008 年增至 12 1 万台国外机器人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，能反馈外界条件 的变化，做出相应的变 更，如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测 。另外，机械手的应用和发展，大大促进了智能机器人的研制，其中重点领域是仿人机器人的研究。日本在 2000 年研制出了一台真正具有世界影饷的仿人机器人的诞生促进了各种各样仿人机器人的研究，开辟了一个仿人机器人的发展。此后，同本还推出了一个为期 5 年的“仿人机器人在实际环境中运行的关键技术研究和发展计划”，这个实用性项目此后，是在日本产业技术综台研究所于 2005 年 1 月开发、然后由川田等公司生产的 器人 3)基础上进行的。另外，韩国 、美国等国家相继推出了各 种类型的仿人机器人。 2004 年 12 月 27 日，韩国先进科技研究所 (表 器人，美国军方正在开发机器人士兵，专家预测这至少需要 30 年时间。机器人杯足球赛( 始于 2002 年，组织者预期到 2050 年仿人机器人足 球队可以击败人类的世界杯冠军队。许多人还期望仿人机器人进入家庭成为真 下的机器人仆人。这些都是长远的目标，需要为其付出不断的努力。 4. 课题的主要内容、创新之处 ： 课题的主要内容 ： （ 1）对 伸缩臂式 上下料机械手的工况进行分析。（ 2） 满足伸缩臂 式 上下料机械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回转 、行走装置进退三个自由度，以及手爪的开启和闭合等动作要求 （ 3） 给出液压系统的电磁元件动作循序表和液压系统原理图。 （ 4）对上下料机械手的手部进行计算与分析。 创新之处 ： （ 1） 设计该机械手的手部是采用了保持机械手的活动部位原理不变，而手的根部与手指之间使用了可拆卸的螺栓联接。因此可根据夹持对象的形状和大小配备多种 形状和尺寸的夹头，以灵活适应工作要求的变化，实现一手多用的目的。 （ 2）在机械手的小臂与立柱之间增加了可伸缩的 连杠机构，这样既可以满足机械手的俯仰操作要求而且在连杆静止时可以支撑小臂从而能够有效地提高机械手的强度。 5. 研究方法、研究方案 ： 驱动机构的作用是向执行机构提供动力，是工业机械手的重要组成部分，根据动力源不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液动式，气动式，电动式和机械式四种，而液压式方案驱动机械手具有结构简单，尺寸紧凑，重量轻，控制方便，驱动力大等优点，因此本处机械手驱动方案选择液压驱动。本设计是对伸缩臂式上下料机械手液压系统设计的研究，为了使机械手能准确的工作，可用步进电机来驱动基座的旋转；立柱 和大臂的伸缩可用液动的方式来驱动，小臂的旋转则通过立柱与大臂之间的伸缩来控制，而连杆的收缩可与立柱，大臂的收缩一起接入到液压回路中，机械手的夹紧与放松通过液压缸的伸缩来控 制，其具体动作为液压缸伸出，机械手松开，液压缸缩回，机械手抓紧。 6. 完成期限和预期进度： 毕业设计课题调研阶段：（第 12 周）：课题调研及文献检索、完成英文翻译。 毕业设计开题报告阶段：（第 3 4 周）：完成开题报告。 毕业设计主要工作阶段：（第 5 12 周）：液压系统的总体设计。 （ 1）工况分析。（第 5 6 周） （ 2）液压原 理图与零件图的绘制。（第 7 10 周） （ 3）完成设计说明书的撰写工作。（第 11 12 周） 毕业设计答辩阶段：（第 13 15 周） 7. 主要参考资料： 1 of a a 2013， 54(2)：227236 2李德仲，师占群，岳宏 . 自行走式上料机械手液压系统设计 J. 河北工业大学学报 1999， 28（ 6）： 87 89 3崔安娜 . 淬火炉上料机械手的液压系统及其 制设计 J. 应用科学 学报 2008（ 2） :114 116 4樊明，魏泽鼎，韩提文 . 封焊机自动上料机械手设计 J. 河北科技大学学报 2008，35（ 2）： 56 57 5龚青山，常治斌，任爱华 立式轴承压装机上料机械手设计 J. 湖北工业大学学报 2010， 25（ 4）： 86 88 6何存兴 , 张铁华 . 液压传动 与气压传动 M. 武汉： 华中科技大学出版社， 2005 7路甬祥液压气动技术手册 M 北京：机械工业出版社， 2001 8赵美宁，王佳自动供料机械手的 制系统设计 J 应用科学学报 2007， 9（ 3） ：57 60 9孙兵，赵斌，施永康物料搬运机械手的研制 J机电一体化 学报 2005， 4(2)： 4345 10 徐丽春 J报 2013，8(8):83 85 11 赵 亮，马晓丽，闫智勇 J报 1(4)： 15 17 12 耿跃峰，夏政伟 J. 许昌学院 学报 （ 2） :42 43 13王敏杰 四自由度工业装夹机械手液压系统的设计与分析 J 机电信息 学报 2011，4(24) ： 167 168 14李净仪 ， 李秋红 ， 郑耘杰 简述机械手液压控制系统的设计 J 黑龙江省水田机械化 研究所 学报 2013， 4(3)： 27 28 15王敏杰 四自由度工业装夹机械手液压系统的设计与分析 J. 中国矿业大学 学报 2011， 24(3):67 68 16胡云堂 ， 江卓达 多自由度柔性生产线送料机械手系统设计 J 九江学院 学报 2011，2(6)： 45 46 17张 波 ， 李卫民 ， 尚 锐 多功能上下料用机械手液压系统 J 辽宁工学院 学报 2002，7（ 8）： 31 32 18 袁子荣