开题报告-面粉袋码垛机设计

毕业论文（设计）开题报告表论文(设计)名称面粉袋码垛机设计论文（设计） 来源生产实际论文（设计）类型C指导教师学生姓名 学号 班级一、 研究或设计的目的和意义：1、设计的目的：机械手（码垛）主要由执行系统、驱动系统、控制系统组成。执行系统：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。手部：是机械手与工件接触的部件。由于物体接触形式的不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题采用液压驱动，所以采用夹持式。由手指和传力机构所组成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。手腕：是联接手部和手臂的部件，起到调整和改变工件方位的作用。手臂：支撑手腕和手臂的部件，用以改变工件的空间位置。立柱：是支撑手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有着密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的。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在机座上，故起支撑和联接的作用。驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行系统运动的传动装置。常用的有液压传动、 气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。本课题采用液压传动。控制系统：控制系统是机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求进行工作，并检测其是否正确。一般常见的为电器与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。本课题采用PLC作为控制系统进行控制。2、设计的意义：在机械工业中，机械手的应用具有非常重要的意义，具体可以概括为：可以减轻人体劳动力，便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，直接体现了减轻人体劳动力的优点，同时由于应用机械手可以连续的工作，这又是机械手代替人手所具有优势的体现。因此，在自动化机床和综合加工等自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行生产。可以改善劳动条件，避免事故的发生在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或者有其他毒性污染以及工作空间狭小等场合中，人若直接操作对人的身体伤害是不可避免的。而应以机械手代替人即可部分甚至全部安全地完成工作，大大改善了工人的劳动条件，同时，在一些动作简单且重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。可以提高生产的自动化程度应用机械手于自动生产线上有利于材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及及其的装配等自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2、 研究或设计的国内外现状和发展趋势： 1、 国内外现状：机械手最早应用在汽车制造工业，常用于喷漆、焊接、上下料及搬运。随着技术的发展，机械手的应用得到了进一步的延伸和扩展，比如自动生产线上的码垛机械手，进一步扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、高温和低温等恶劣环境中工作，代替人完成繁重，单调重复性的工作，提高劳动生产率，保证产品质量。目前机械手主要应用在制造业中，特别是电器制造、产品搬运、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等领域。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车和自动检测系统可组成柔性制造系统计算机集成制造系统，可实现生产自动化。随着生产的发展，机械手的功能和性能不断得到改善和提高，应用领域日益扩大。工业机械手是在第二次世界大战中发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手，它的结构是集体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的；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，运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司成功实验了一种叫Versatran机械手，愿意是灵活搬运，可做点位或轨迹控制，该机械手的中央立柱可以回转、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60年代初，但都是国外机械手发展的基础。从60年代后期起，喷漆、弧焊等工业机械手相继出现并开始在生产中应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Vnimation-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。联邦德国机器制造业从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Kuka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式机构和程序控制；日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家，自1969年从美国引进两种典型的机械手后，开始大力研究机械手，目前已成为工业机械手应用最多的国家之一；前苏联自60年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程度较低、繁重单调、有害健康的辅助性工作。我国工业机械手的研究与开发始于上世纪70年代，1972年我国第一台工业机械手在上海问世，随后全国各省开始研究和应用机械手。从第七个五年计划开始，我国政府将工业机械手的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并制造了一系列的工业机械手，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机械手，广州机床研究所和北京机床研究所联合设计的点焊机械手，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机械手，沈阳工业大学设计制造的装卸载机械手等等。这些机械手的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所共同开发的，同时一系列机械手的关键部件也被开发出来，如机械手专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等等。我国工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构设计成典型的通用机构，以便根据不同的应用要求选用不同的典型机构，组装成各种用途的机械手，既便于设计制造，又便于更换工件，扩大了应用范围。2、发展趋势：高重复精度精度是指机械手运动达到指定点的精确程度，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，机械手达到同一位置的精确度。重复精度比精度更突出、更重要，如果一个机械手的定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此校正的方法是通过编程。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数的重复运行机械手来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度会越来越高，它的应用领域也会越来越广阔，如核工业和军事工业等。模块化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气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚度、高强度及精确的导向精度。良好的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一个机械手可能由于由于不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的由于范围，是气动机械手的一个重要发展方向。智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手的性能起到了十分重要的支持作用，原因在于智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型CP阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别是对机械手的移动模块。无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。机电一体化由可编程控制器传感器气动元件组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的主要方面。发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从开关控制进入到高精度的反馈控制，省陪线的复合集成系统，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。三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：1、主要内容：本课题拟设计的机械手，是用于自动生产线上完成码垛任务的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化要求随时更改相关控制参数。本设计主要完成基于PLC控制的机械手的硬件和软件部分。设计任务主要包括：驱动系统、执行系统和控制系统的设计。阐述机械手的结构组成及工作原理，分析各部分结构类型的选择及使用。机械手控制要求分析、确定输入/输出（I/O）设备、选择合适的PLC、I/O点数分配和PLC程序设计。2、解决的关键问题：考虑被抓取的对象。根据机械手的工作要求对其相关合理性能的考虑，采用的机械手手部结构是一直点两个指回转型，由于工件的形状多为板状型，故手指形状设计成U型。 具有足够的夹紧力。除根据工件最大重量确定机械手的夹紧力外，还需考虑机械手在搬运或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证机械手对工件的夹紧不至于松动甚至脱落。保证工件准确定位。为使工件与手指保持准确的相对位置，必须根据工件的形状来选择确定手指的形状，以便自动定心。手指具有足够的强度和刚度。手指除受被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动或操作过程中所产生的惯性力和振动的影响，因此，要求机械手要有足够的强度和刚度防止其折断或弯曲变形，在设计中，应尽量使机械手结构简单紧凑，自重轻。3、解决思路：在已掌握基本理论知识的情况下，结合查阅、收集到的相关资料对机械手的分析，根据设计要求制定设计的总体规划，并先后完成执行系统、驱动系统、控制系统的设计，最后完成设计说明书和必要的图纸。四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：1、工作条件：已收集、查阅到关于机械手的技术资料以及关于机械基本理论的资料。 进行毕业设计的主要场所是宿舍。指导老师发下的毕业设计任务书。拥有一台装有CAD软件、Office办公软件等软件的计算机。2、解决办法：消化已收集、查阅到的原始资料，整理有关机械零件设计、机械手设计、机械制图等有关资料，供设计时使用，消化零件制件图，了解零件的用途，分析零件的工艺性、尺寸精度等技术要求，分析工艺资料，了解所用材料性能，零件特性以及工艺参数。在完成毕业设计的过程中，必要时，可去工厂实地参观和咨询，熟悉工厂有关机械手应用的实际情况，生产车间自动生产线上的机械手的应用情况，向车间师傅咨询机械手的工作原理和构造等，以便能密切联系工厂实际，既方便又经济的进行设计工作。根据设计任务书的研究内容和要求查阅相关专业资料，进行总体和具体的分析，设计和计算完成该机械手的造型设计，并确定设计方案。利用计算机完成机械手装配图、零件图、驱动电路图和控制电路图，并完成设计说明书。五、工作的主要阶段、进度与时间安排：3月26日4月1日：查阅、收集相关技术资料，完成开题报告。 4月2日4月8日：据设计要求，制定总体设计规划，拟定论文提纲。 4月9日4月22日：执行系统设计。 4月23日5月6日：驱动系统设计。5月7日5月13日：控制要求分析。 5月14日5月20日：控制系统硬件设计。 5月21日5月27日：PLC程序设计。5月28日6月3日：完成论文的修订工作，制作幻灯片。6月4日6月10日：准备答辩。6、 阅读的主要参考文献及资料名称：1濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2006.2张建民等.机电一体化系统设计M.北京：北京理工大学出版社，2009.3宫淑贞，徐世许等.可编程控制器原理及应用M.北京：人民邮电出版社，2007.4孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.5陈远龄，黎亚元，傅国强.机床电气自动控制M.重庆：重庆大学出版社，2008.6郭洪红.工业机器人技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.7邓星钟等.机电传动控制M.武汉：华中科技大学出版社，2007.8周忆，于今.流体传动与控制M.北京：科学出版社，2008.9秦曾煌.电工学M.北京：高等教育出版社，2004.10哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.北京：高等教育出版社，2009.11钟肇新.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，2002.12章文浩.可编程控制器原理及实验M.北京：国防工业出版社，2003.13常晓玲.电气控制系统与可编程控制器M.北京：机械工业出版社，2004.14李乃夫.可编程控制器原理、应用、实验M.北京：中国轻工业出版社，2003.15张兵，赵斌，施永辉. 基于PLC的机械手混合驱动控制J.液压与气动，2005，3；3739.16贺黛芳,马笑潇. PLC在针灸机械手控制系统中的应用J.基础自动化，2001，8（2）；2932.17蒋少茵.PLC控制的机械手J.测控自动化，2004，6；1718.18史国生,崔洪斌. PLC在机械手步进控制中的应用J.组合机床与自动化加工技术，2001，8；2527.19龙立新.工业机械手的设计分析J.焊工之友，1999，3；47.20李允文