【机械类】搬运机械手机构与控制电路设计【毕业设计+说明书+15张图纸】
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搬运
机械手
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搬运机械手机构设计与控制电路设计
摘要
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用于按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产自动化和机械化，能在有害环境下操作以保证人的安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在工业部门中应用的机械手称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。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。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
设计包含了机械手的结构设计及控制电路设计，其中在结构设计这方面包含了机械手的手部结构、腕部结构、臂部结构设计及机身的整体结构设计。在控制电路设计这方面包含了液压驱动控制设计、器件的选择设计、PLC可编程自动控制电路设计。本毕业设计《搬运机械手机构与控制电路设计》非常适合作为机械电子工程这门专业大学四年的一个总结。因为其中包含了机械设计与电路设计，是机械与电子的结合体，能充分体现这门专业的内涵。
关键词：机械手；手部；腕部；臂部；机身；液压；电路
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毕 业 设 计（论 文） 题 目： 搬运机械手机构与控制电路设计 （英文）： 院 别： 机电学院 专 业： 机械电子工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 搬运机械手机构设计与控制电路设计 摘要 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用于按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产自动化和机械化，能在有害环境下操作以保证人的安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在工业部门中应用的机械手称为工业机械手。 工业机械手是近代自动控制领域中出现 的一项新技术 ， 是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备 。 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 。它 的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 设计包含了机械手的结构设计及控制电路设计，其中在结构设计这方面包含了机械手的手部结构、腕部结构、臂部结构设计及机身的整体结构设计。 在 控制电路设计这方面包含了液压驱 动控制设计、 器件 的选择设计、 编程自动控制电路设计。本毕业设计搬运机械手机构与控制电路设计非常适合作为机械电子工程这门专业大学四年的一个总结。因为其中包含了机械设计与电路设计，是机械与电子的结合体，能充分体现这门专业的内涵。 关键词： 机械手；手部；腕部；臂部；机身；液压；电路 搬运机械手机构设计与控制电路设计 is a of to he of to in to a to or to It to to of so it is in In in of is is in of a in is a of is an It is by a of to in of to in to in a of a of a of is in a of 运机械手机构设计与控制电路设计 目录 第一章 绪论 . 1 械手的研究概况 . 1 械手发展方向 . 1 业机械手在生产中的应用 . 2 设计中研究的主要内容 . 3 第二章 搬运机械手的总体设计方案 . 4 械手的组成 . 4 械手基本结构的选择 . 4 械手的执行机构 . 4 械手的驱动机构 . 4 械手的控制方式选择 . 5 械手的技术参数列表 . 5 第三章 搬运机械手手臂各部件的设计 . 6 械手手部的设计计算 . 6 部设计基本要求 . 6 部机构的选择 . 6 抓的设计计算 . 6 部的设计计算 . 17 部设计基本要求 . 17 部机构的选择 . 17 部的设计计算 . 18 部的设计计算 . 24 部设计基本要求 . 24 部机构方案的选择 . 25 部的设计计算 . 27 第四章 机身的设计计算 . 40 身的总体设计 . 40 身的升降机构设计计算 . 41 臂偏重力矩的计算 . 41 降导向立柱不自锁条件分析计算 . 42 身升降液压缸驱动力矩的计算 . 43 臂升降液压缸参数计算 . 44 身的回转机构设计计算 . 49 身回转液压缸驱动力矩计算 . 49 身 回转液压 缸主要参数 . 51 身回转液压缸螺钉的计算 . 52 片与输出轴间的连接螺钉计算 . 53 身回转液压缸筒的壁厚校核 . 54 接板的设计 . 55 接板的介绍及作用 . 55 第五章 液压驱动系统与控制电路的设计 . 57 动系统设计要求 . 57 动系统设计方案 . 57 动系统设计 . 58 功能设计分析 . 58 压泵的确定与所需功率计算 . 59 制电路设计 . 66 参考文献 . 67 致谢 . 68 附录 A . 69 搬运机械手机构设计与控制电路设计 1 第一章 绪论 械手的 研究概况 机械手是一种模拟人手操作的自动机械。可按 人们所设计的 固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。 在工业生产生活中应用 机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全， 更能提高生产效率， 因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结 构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度 。自由度是机械手设计的关键参数 。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3 个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方 式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 械手 发展方向 现阶段关于机械手的研究发展方向大体主要往重复高精度、模块化、机电一体化等方向上升级。 （ 1） 重复高精度 精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度 , 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次 , 机械手 到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要 , 如果一个机器人定位不够精确 , 通常会显示一个固定的误差 , 这个误差 2 是可以预测的 , 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围 , 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展 ,机械手的重复精度将越来越高 , 它的应用领域也将更广阔 , 如核工业和军事工业等。 （ 2） 模块化 有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术 , 而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置 , 使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能 , 扩大了机械手的应用范围 , 是机械手的一个重要的发展方向。 （ 3） 机电一体化 由“可编程序控制器 - 传感器 - 液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面 ， 发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件 , 使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制” ， 省配线的复合集成系统 , 不仅减少配线、配管和元件 , 而且拆装简单 , 大大提高了系统的可靠性。而今 , 电磁阀的线圈功率 越来越小 , 而 由 接控制线圈变得越来越可能。 业机械手在生产中的应用 国内外机械工业中机械手主要应用于以下几方面： （ 1）热加工方面的应用。 热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作 （ 2）冷加工方面的应用。 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控 制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 （ 3）拆修装方面的应用。 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴搬运机械手机构设计与控制电路设计 3 箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。 设计中研究的主要内容 本毕业设计搬运机械手机构设计与电路控制设计主要研究包括机械手机构和传动系统设计：机械手搬运最大物重： 30径为： 100 以下尺寸的圆形棒料。物品移动范围为半径为 扇形区域，高度变化范围为： 要求设计寿命 10 年。完成机体和传动机构的总体设计，并完成指定零件的零件图设计。进行必要零部件的受力分析与强度验算；绘制总装图和相关零件图。必要时进行优化设计和应力分析。在以上给定参数条件下，设计出应用标准元件最多，体 积最小、机构最为合理、强度足够，基本能交付工程实际的设计资料。 4 第二章 搬运机械手的总体设计方案 械手的组成 机械手是由执行机构、驱动机构以及控制机构三大部分组成。 械手基本结构的选择 机械手按其基本结构可分为：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、平面坐标式、柔软臂式、冗余自由度式、模块式等多种结构。由于本设计搬运机械手大多用于生产线上物料的上下搬运，所以所要求的自由度不高，只有机身的上下运动，手臂的伸缩及平面转动，腕部的翻转。结合上面多种结构，本设计 将采用圆柱坐标式结构。圆柱坐标型机械手结构具有结构简单，定位精度较高，占地面积小等特点。 械手的执行机构 机械手的执行机构主要包括以下几部分： （ 1）末端操作（执行）器：又称手部，是在手腕上配置的操作机构，有时也称手抓。是操作机直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。 （ 2）手腕：是支乘和调整末端执行器姿态的部件，连接手部与臂部的部分。主要用来确定和改变末端执行器的方向；改变产品的空间方向；将作业载荷传递到手臂；扩大手臂的移动范围。 （ 3） 手臂：是连接机身与手腕的部分，用于支乘和调整手腕与末端执行器位置的部件，由操作机的动力关节与连接杆件等构成。主要作用是改变手部的空间位置，满足机器手的作业空间，并将各种载荷传递到机座。 （ 4）机身：也称机座，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件，起支乘作用。分为移动式与固定式两类，对固定机器人，直接连接在地面基础上；对移动式机器人，则安装在移动机构上，可以扩大机器人的活动范围。 械手的驱动机构 根据机械手驱动的动力源不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气压、电搬运机械手机构设计与控制电路设计 5 动和机械驱动等四类。 四种驱动进行对比，由于液压驱动具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便等优点，所以在本设计中将采用液压机构驱动机械手。 械手的控制方式选择 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。控制系统可根据动作的要求，设计采用 作顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。 械手的技术参数列表 最大抓去物重： 30由度数： 4 个自由度（手抓张合、手部回转、手臂伸缩、手臂回转、手臂升降） 坐标形式：圆柱坐标式 抓取物料最大直径： 100 以下尺寸的圆形棒料 物品移动范围：半径为 扇形区域 高度变化范围： 用寿命： 10 年 6 第三章 搬运机械手手臂各部件的设计 械手手部的设计计算 部设计基本要求 （ 1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 （ 2） 应考虑到手抓抓取物料时是否会损坏物料便面精度或使物料发生变形。 （ 3） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭 角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度） ，以便于抓取工件。 （ 4） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （ 5） 应保证手抓的夹持精度。 部机构的选择 手部结构根据手抓开合的动作特点分为 回转型和移动型 两类。其中回转型又分为一支点回转和多支点回转；根据手抓夹紧是摆动还是平动，又分为摆动回转型和平动回转型。 夹钳式手部 中较多的是回转型手部，一般有单作用斜楔式回转型手部、滑槽式杠杆回转型手部、双支点连杠杠杆手部、齿条齿轮杠杆式手部等。 平移型夹钳式手部大致可分为直线往复移动机构和平面平行移动机构两种类型。但由于平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作，常用于夹持具有平行平面的工件（如箱体），其结构叫复杂，不如回转型手部应用广泛。 综上其述本设计中将采用最结构简单，最常用的滑槽式杠杆会装型手部机构。 抓的设计计算 抓结构的力学分析 下面对其基本结构进行受力分析： 滑槽杠杆受力图如下搬运机械手机构设计与控制电路设计 7 图 滑槽杠杆时手部结构简图、受力分析 图中在杠杆的作用下，销轴向上的拉力为 F，并通过销轴中心点 O 点，两手指的滑槽对销轴的反作用为 1F 和 2F ，其力的方向沿滑槽的中心线 1 2指向 O 点。 则可得： 0 得 21 （ 0 得 FF （ 1 （ 001 （F）M（ 得 （ ah 所以手抓的驱动力： 8 2c o （ 式中 a 手指的回转支点到对称中心 的距离（ 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角 由分析可知，当驱动力 F 一定时， 角增大，则握力 随之增大，但 角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好 = 030 040 ，本设计中将设 30 。 这种手部的结构简单，具有动作灵活，手指开闭角度打等特点。 紧力与驱动力的计算 钳抓式手部夹紧力的计算必须根据手指和工件的形状、手指夹持工件时不同的方位进行具体分析，由工业机械手设计基础中表 2 1 所列出的不同形状的手指与工件在 不同方位夹持式的夹紧力计算公式： 图 夹紧力计算公式 由于本设计中时采用手指水平位置移动夹紧，工件水平放置，手指形状为 V 型指型夹持圆形棒料的形式，常用的 V 型块角有 90 和 120 两种，本设计中选取 V 型块角 120 。由上表可知： （ 搬运机械手机构设计与控制电路设计 9 式中 G 为所夹持工件的重量 0 01030G （ 即： 03 0 （ 驱动力： 30c o o 2N （ 为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及船里机构效率的影响，其实际的驱动力： 21实（ 式中 手部的机械效率，一般取 （ = 安全系数，一般为 （ 2） = 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响， 可近似按以下估计， ，其中 为被抓取工件运动时的最大加速度 ， 为重力加速度（ ） 为运载工件的最大速度，设 m/0 为系统达到的最高响应时间，一般取 （ ，设 0 即 02189 501012 . ./（ 由于手指长 b 与手指宽 a 尚未确定，无法确定驱动力大小，又由于 b 与 a 关系到手指的夹持精度，所以需先进行夹持定位 精度分析。 械手手抓夹持精度的分析计算 机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决与机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数。 10 如下图所示： 图 手抓夹持精度图 钳口与钳爪的连接点 E 为铰链联结 ,如图示几何关系 ,若设钳爪对称中心 O 到工件中心 O的距离为 x,则 x= 22 )s （ 当工件直径变化时 ,x 的变化量即为 夹持精度（ 定位误差 ） ,设工件半径 R 由 ,其最大定位误差为 = 22 s a x a) - 22 )s ( （ 其中本设计中所要求的是夹持 下的圆形棒料，由于夹持精度 50000 缸工作压力P/0 速比 2 2 由上表可得本设计中的速比为： 331. 压缸缸筒内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 a、 液压缸缸筒内径 D 可按下式计算得： 14311431 5 0 044 （ 式中： 500 ， 查表 取液压缸缸筒内径为： 0 b、 活塞杆直径 d 可按下式计算得： 245033113311 （ 由表 查 活塞杆直径为： 5 大工作行程和最小导向长度 液压缸的最小导向长度是指当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离，若导向长度太小，式液压缸因间隙引起的初始挠度增大，从而影响液压缸的稳定性。对于一般液压缸的 最小导向长度 H 应满足下列要 求： 025020500220 （ 式中 L 为最大工作行程 一般导向套滑动面的长度 A，在缸筒 D80，取缸筒内径 D 的 ，搬运机械手机构设计与控制电路设计 29 活塞宽度 B 取缸筒内径 D 的 ，为保证最小导向长度而过分的增大导向套长度和活塞宽度都是不适宜的，最好的办法是在导向套与活塞之间装一隔离套 K，其长度C 由所需的最小导向长度决定。采用导向套不仅能保证最小导向长 度，而且还能扩大导向套及活塞的通用性。如下图所示： 图 向长度 导向套滑动面的长度 05080 （ 活塞宽度 05080 （ 隔离套长度 522 （ 筒壁厚和外径计算 根据标准液压缸外径系列表选择，为了尽可能满足要求 ， 由下表可选取液压缸外 径为 602D ，即伸缩液压缸的壁厚为 30 表 标准液压缸外径系列表 （ 67） 液压缸内径 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 钢60 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 钢00 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 计算缸筒壁厚的合成应力和厚度时必须考虑不同的比值 /D 和材质，采用不同的强度计算公式。 当 10/D 时，为薄壁 2 当 10/D 时，为厚壁 （ 式中 D 缸筒直径 缸筒试验应力，当缸的额定压力 时取，所以 缸筒材料的许用应力， n/b ，b为材料的抗拉强度， n 为安全系数，一般取 n=5,缸筒材料选用 35 号钢，其抗拉强度查表得 ， 108n/b 。 将数据代入公式得缸筒壁厚： 3 4 82 P y （ （ 搬运机械手机构设计与控制电路设计 31 符合要求。所以取 缸筒壁厚 ，为厚壁。 缸筒外径为： 010502 （ 底参数计算及校核 缸底材料选择材料选用 35 号钢，其抗拉强度查表得 y 95210851505050 （ 所以 缸底厚度 取 压缸稳定性和活塞杆强度校核 （ 1） 油缸稳定性的计算 因为油缸的工作行程较大，则在油缸活塞杆全部伸出时，计算油缸受最大作用力压缩时油缸的稳定性。 假设油缸的活塞杆的推力为 F，油缸稳定的极限应力为油缸稳定性的条件为 121 （ 式中：1先算出12值从下表 查出相对应的值，然后再计算 值。 32 图 512 临界力的计算图 64411 （ 644412 （ 式中： 1d 为活塞杆直径 、 1D 为缸体外径、 D 为缸体内径。 其中 1 9 1 6 564 25143644411 （ 3 7 9 2 0 964 506014364444412 （ 所以 搬运机械手机构设计与控制电路设计 33 取 512 图 压缸纵向弯曲 2J 、 1J 为长度 2l 、 1l 上的断面惯性矩。 查 512 由 112 001 l 查上表得 581（其中， 1l 活塞杆头部至油缸 A 点处的距离 2l :缸体尾部至油缸 A 点处的距离） 所以： 6 4 4 7 1 0 6 01 9 1 6 558 2121 （ 6 4 4 7 1 0 6 01 5 0 0 即油缸的稳定性是满足条件。 （ 2）活塞杆强度的验算 因为活塞杆长 500l ，活塞杆直径 25d ，即 1020 细长杆，其活塞杆 34 强度需同时考虑压缩和弯曲。 判别最大挠度点位置 x 之值可由式计算：12式中 1E 活塞杆材料的弹性模量，对于钢材 M P 11 10121012 1J 活塞杆截面惯性矩 所以 l.（ 短行程液压缸的活塞杆，在工作中主要承受轴向压缩（或拉伸）载荷，故可近似地按中心受 压（或受拉）进行强度验算，即 ）d（2124（ 式中 d 活塞杆外径 1d 空心活塞杆内径，对于实心活塞杆 01d F 液压缸的最大推力 （ 500 ） 活塞杆的压（或拉）应力 活塞杆材料的许用应力， n/s ，其中常取 ，活塞杆材料选用 45 号钢，其屈服极限为 s 355 即 62 5 3413 5 5 ./（ 所以 搬运机械手机构设计与控制电路设计 35 ）d（ 满足条件要求。 接零件的强度计算 首先确定油缸 缸筒与缸盖采用螺纹连接，钢筒与缸底采用焊接方式，此种方式能够使液压缸紧凑牢固。 （ 1）缸筒与缸底焊缝的强度计算 对接焊缝的应力及强度条件为： 224 （ 式中 F 液压缸的最大推力 缸筒外径 2d 焊接内径 焊接效率，取 焊接的许用应力。 b ，采用 条时， 104200 ，取安全系数 433 所以 M P 5 0 044 2222 （ M P b 1 0 544 2 0 （ 其中 符合条件 。 （ 2）缸筒与 缸盖的螺纹连接强度计算 36 缸筒螺纹处的强度计算： 螺纹处的拉应力： 221 （ 螺纹处的剪应力： 441 10140 （ 合成应力及强度条件为： n 22 3（ 式中： F 油缸的最大推力 D 缸筒内径 0d 螺纹外径 1d 螺纹内径，当采用普通螺纹时 （ 时， 1d 可近似按下式计算，2101 本科毕业论文（设计）任务书 院 别 机电学院 专业 机械电子工程 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 题 目 搬运机械手机构与控制电路设计 论文（设计）的主要任务与具体要求 （有实验环节的要提出主要技术指标要求） 进行生产线用搬运机械手机构与控制电路设计。包括主要机构和传动系统设计：机械手搬运最大物重： 30径为： 100 以下尺寸的圆形棒料。物品移动范围为半径为 扇形区域，高度变化范围为： 力装置 自定。如选用液压系统，要设计出液压系统图和相应电气控制系统。要求设计寿命 10 年 。完成机体和传动机构的总体设计，并完成指定零件的零件图设计。进行必要零部件的受力分析与强度验算；绘制总装图和相关零件图。必要时进行优化设计和应力分析。在以上给定参数条件下，设计出应用标准元件最多，体积最小、机构最为合理、强度足够，基本能交付工程实际的设计资料。 完成文献资料收集，分析研究和综述，撰写开题报告。完成总体设计说明书或论文撰写。 要求设计学生具有综合应用所学理论知识，专业知识和实践技能；具有查阅科技文献资料、使用各种标准 、手册以及独立设计工作能力；具有较强的 图能力，具有机械制造方面的基本知识；善于应用新技术、新工艺、新材料。在综合训练过程中锻炼工程应用能力，启发创新思维。融会运用所学知识，在充分分析，研究，探讨，综合的基础上完成毕业答辩。 进度安排 （包括时间划分和各阶段主要工作内容） 2011 年 12 月 15 日 2011 年 12 月 31 日下达毕业设计任务； 2012 年 2 月 20 日 2012 年 3 月 10 日收集设计资料，熟悉相关知识，规范；进行设计问题分析和构思，完成毕业设计开题报告，开题； 2012 年 3 月 11 日 3 月 24 日， 完 成传动方案设计和传动路线拟定，传动过程动力设计； 2012 年 3 月 25 日 4 月 1 日，完成机械结构分析与计算，验证方案合理性； 2012 年 4 月 2 日 4 月 9 日，完成传动草图设计， 2012 年 4 月 10 日 4 月 18 日，完成传动与支撑总装草图； 2012 年 4 月 19 日 4 月 26 日，进行指定零件图设计；进行元件强度验算； 2012 年 4 月 27 日 5 月 4 日，完成总装配图绘制； 2012 年 5 月 5 日 5 月 12 日，完成指定零件图绘制，进行必要的优化和应力分析； 2012 年 5 月 13 日 5 月 18 日，完成设计说明书或论文整理与撰写，交毕业 设计资料，评定成绩； 2012 年 5 月 19 日 5 月 20 日，最后整理资料，准备答辩问题，答辩； 主要参考文献 进度安排 （包括时间划分和各阶段主要工作内容） 2011 年 12 月 15 日 2011 年 12 月 31 日下达毕业设计任务； 2012 年 2 月 20 日 2012 年 3 月 10 日收集设计资料，熟悉相关知识，规范；进行设计问题分析和构思，完成毕业设计开题报告，开题； 2012 年 3 月 11 日 3 月 24 日， 完成传动方案设计和传动路线拟定，传动过程动力设计； 2012 年 3 月 25 日 4 月 1 日，完成机械结构分析与计算，验证方案合理性； 2012 年 4 月 2 日 4 月 9 日，完成传动草图设计， 2012 年 4 月 10 日 4 月 18 日，完成传动与支撑总装草图； 2012 年 4 月 19 日 4 月 26 日，进行指定零件图设计；进行元件强度验算； 2012 年 4 月 27 日 5 月 4 日，完成总装配图绘制； 2012 年 5 月 5 日 5 月 12 日，完成指定零件图绘制，进行必要的优化和应力分析； 2012 年 5 月 13 日 5 月 18 日，完成设计说明书或论文整理与撰写，交毕业设计资料，评定成绩； 2012 年 5 月 19 日 5 月 20 日，最后整理资料，准备答辩问题，答辩； 注：毕业设计期间（ 每 2 周以系为单位对学生的毕业设计情况进行检查，每个学生准备 资料，自述 5 分钟，指导教师提问并指导相关问题。 时间初定为： 3月 22 日； 4 月 5 日； 4 月 19 日； 5 月 10 日。 参加设计的学生必须到场。 指导教师签名 系（教研室）审核意见 任务接受人（签名） 年 月 日 审核人签名： 年 月 日 年 月 日 备注 ： 1、本任务书一式三份，由指导教师填写相关栏目，经系审核同意后，系、指导教师和学生各执一份。 2、本任务书须装入学 生的毕业论文（设计）档案袋存档。 学生毕业设计开题报告 题 目：搬运机械手机构与控制电路设计 院 校： 专 业： 机 械 电子工程 年 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 1 本科毕业论文（设计）开题报告 院别 机电学院 专业 机械电子工程 班级 姓名 学号 联系方式 题目 搬运机械手机构 与控制电路设计 开题申请：（ 包括选题的意义与目的、文献综述、研究现状、创新思路、论文提纲、进度安排、参考文献等。 ） 一、 选题的意义与目的 意义： 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用于按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产自动化和机械化，能在有害环境下操作以保证人的安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在工业部门中应用的机械手称为工业机械手。 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。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一它能部分 的代替人工操作；其二它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；其三它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的 广泛应用 。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器， 它 有多个自由度，可以搬 运物体以完成在不同环境中的工作。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立 2 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。 选择搬运机械手机构与电路控制设计这个课题作为我的毕业设计，对我的专业 机械电子工程，四年里所学的关于机械与电子的专业知识能够进行一个系统的总结，因为这个毕业设计涉及里机械结构的设计与电路控制系统的设计。 是 实际综合设计训练；是一次全面的锻炼和设计实践；是工程技术的具体应用；是能力提高的关键环节 。 目的： 代替人工操作；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；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 通过毕业设计 搬运机械手机构与电路控制设计，对大学四年知识的总结，使自己在踏入社会就业，对机械行业设计这个领域能更加容易上手，巩固自己的知识。 二、国内外研究概况及相关文献综述 目前国内工业机械手主要用于机 床加工，铸锻，热处理等方面，数量，品种，性能方面都不能满足生产发展的需要，因此，国内主要扩大机械手运用范围，重点发展铸锻，热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在 运用专业机械手的同时，相应地发展通用机械手，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式机械手等。国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种在不断的增加，运用领域也在不断的扩大。 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，做出相应的变更。 三、 创新思路 机械手的机械结构主要 手抓、手腕、手臂、和机身组成， 包括由两个 液压回转缸和三个液压伸缩缸，采用液压驱动方案控制机械手运动，用 电磁阀控制的液压 缸 来实现机械手的上升 、下降 、伸缩、翻转 运动及夹紧工件的动作 ， 采用可 编程序控制器对机械手实现自动控制 。该设 3 计将实现对直径 100 以下尺寸 、重高达 30圆形棒料 在 移动范围半径为 扇形区域，高度变化范围为： 区域内进行可编程控制搬运 。 四、论文提纲 论文摘要 前言 第一章 绪论 械手的 研究概况 械手 发展方向 业机械在生产中的应用 设计中研究的主要内容 第二章 搬运机械手的总体设计方案 械手的组成 械手的执行机构 械手的驱动机构 械手的 控制方式选择 械手的技术参数列表 械手手部的设计计算 部设计基本要求 部机构的选择 抓的设计计算 部的设计计算 部设计基本要求 部机构的选择 部的设计计算 部
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