地铁隧道清洁机械手设计（含CAD图纸和说明书）
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重要提示：1本电子文档标准格式中的各类说明（用蓝色或红色字体表示）仅供参考，在参阅后请自行删除（包括本提示），黑色字体的内容全部保留。 2本文档中日期的填写务必与“毕业设计（论文）任务书”中的工作进度计划相符。 毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名： 学 号： 专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：隧道清洁机械手设计指 导 教 师: 年 月 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 机械手是最早出现的工业机器人。本文介绍了机器人的机构组成及各部分的功能以及对机械手的分类。论述了机械手的应用领域与发展趋势，并对清洁机械手的情况进行了简要叙述。关键词 机器人 机械手 机构组成 清洁1引言地铁隧道是一个公共场合，他与人的生活息息相关，由于地铁的快速和方便，大量人们每天乘地铁到达目的地，为使命带来极大的方便。一个公共场所的清洁工作是非常重要的。由于地铁的面积大，高度较高，人工清洁带来极大的不便和危险且效率低，所以采用机械手代替人工。清洁机械手极大地提高了工作效率，降低危险度，给清洁工作带来了很大的方便。2机器人的组成各类工业机器人一般都由操作机（也称执行机构，一般包括手部、腕部、机身部分）、驱动装置和控制系统等组成1213。（1）操作机（也称执行机构）操作机具有和人臂相似的功能，是可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置。包括机座、手臂、手腕和末端执行器1。末端执行器（又称手部）是操作机直接执行工作的装置，可安装夹持器、工具、传感器等。手腕是连接手臂与末端执行器的部件，用来支承和调整末端执行器的姿态，一般有2至3个回转自由度，并可扩大手臂的工作范围。手臂有操作及的连接杆件和关节组成，用于支承和调整手腕和末端执行器。一般将靠近末端执行器的异界称为小臂，靠近机座的称为大臂。手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的运动范围。机身称为立柱，是支承臂部的部件，作用是带动臂部运动，扩大臂部的活动范围。（2） 驱动装置机器人的驱动装置用来驱动操作及工作，按动力源的不同分为电动、液动和气动三种，其执行机构电动机、液压缸和气缸可以与操作机直接相连，耶可通过齿轮、谐波减速器和链条装置传动机构鱼操作机连接1。（3） 控制系统控制系统用来控制工业机器人按规定要求动作，分为开环控制系统和闭环控制系统。很多工业机器人采用计算机控制，一般分为决策级、策略级和执行级三级。决策级的功能是识别环境，建立模型，价格作业任务分解为基本动作序列；策略级将基本动作变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的私伺服系统；执行级给出各关节伺服系统执行给定的指令1。3机器人的分类机器人的分类方式很多，主要按坐标形式、控制方式、驱动方式和信号输入方式四种方法分类3。3.1按坐标形式分类（1） 直角坐标式机器人机器人末端执行器（手部）空间位置的改变是通过沿着三个相互处置的直角坐标x、y、z的移动来实现的。（2） 圆柱坐标式机器人机器人末端招待空间位置的改变是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。（3） 球坐标式机器人（又称极坐标）机器人手臂的运动是有一个直线运动和两个转动组成，即沿x轴的伸缩，绕y轴的俯仰和绕z轴的回转。（4） 关节坐标式机器人（又称回转坐标式）分为垂直关节坐标和平面关节坐标。3.2按控制方式分类 （1）点位控制机器人其运动为空间点到点之间的直线运动，不设计亮点直接的移动轨迹，只在目标点出控制机器人末端执行器的位置和姿态。 （2）连续轨道机器人。其运动轨迹可以是空间的任意连续曲线。机器人在空间的整个运动过程都要控制，末端执行器在空间任何位置都可以控制姿态。3.3按驱动方式分类 （1）液压驱动抓重能力大，结构小巧轻便，传动平稳，动作灵活，可无极调速，进行恋雪轨迹控制。但因油的泄露对工作性能影响较大，顾他对米粉装置要求严格，且不易在高温或低温下工作。 （2）气压驱动介质空气来源方便，启动动作迅速，结构简单，成本低，能在高温、告诉和分成等大的环境中工作。但由于孔其具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，且因气源压力低，只宜轻载下工作。 （3）电气驱动因不需中间转换机构，固结构简单，其中直线电动机机械手的运动速度快，行程长，使用和维护方便。目前机械设计正朝着机电一体化方向发展，采用电力直接驱动的日益增多。3.4按使用范围分类 （1）专用机械手（又称固定程序专用机器人）工作对象单一，结构简单，工作可靠等他点，适用于大批量自动化生产。在轻工、电子行业得到广泛应用。 （2）通用机械手（又称可编程序的通用机器人）工作范围大，定位筋度高，通用性强，使用与不断变化生产品种的中、小批量自动化生产，在柔性自动化生产线中得到广泛应用。4机械手的基本情况4.1机械手的应用工业机械手延伸和扩大了人的足手和大脑功能，他可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量4。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造，汽车制造、塑料加工、通用机械制造以及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大561617。我国工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围；在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，研制出示教机式械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用级机构，一般根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组成各种用途的机械手，即便设计制造，又便于跟换弓箭，扩大应用范围7。4.2机械手的发展机械手又称工业机器人。近百年来发展起来额度机器人，大致经历了三个成长阶段，也即三个时代。第一代为简单个体机器人，第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，它的未来发展方向是有知觉、有思维内容那个与人对话。第一代机器人属于示教再现型（Teach and playback）。第二代则具备了感觉能力（Robot with sensors）。第三代机器人是智能机器人（Intelligent Robot），它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力78181920。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造一系列的工业机器人，有由北京机械自动机研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的电焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是有中国科学院沈阳自动化研究所（SIA）和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DC-PWM等等9101114。5总结由于机器人技术的飞速发展，现在它已成为跨学科的、有众多应用领域的新兴学科。据联合国欧洲经济委员会（ECE）和国际机器人联合会（IFR）的统计，机器人在世界工业中占据很重要的地位，它以强劲的增长速度加快世界工业的自动化进程1215。 参考文献 1卢泽生，路勇，王广林.制造系统自动化技术M.哈尔滨：哈工大出版社,2010. 2丁加军，盛靖琪.自动机与自动线M.北京：机械工业出版社，2005. 3熊有伦等.机器人学M.北京：机械工业出版社，1993. 4梁景凯，盖玉先.机电一体化技术与系统M.北京：机械工业出版社，2006. 5高西林.锻床上料机械手M.机械，2001（2）：3638. 6刘红兵.装出料机械手设计J.机械设计与制造2003（2）：6162. 7张福学.机器人技术以及应用M.北京：电子工业出版社，2000. 8吴瑞祥.机器人技术及应用M.北京：北京航空航天大学出版社，1994. 9胡乱，姚伯威.机电一体化技术与系统M.北京：国防工业出版社，1999. 10李允文.工业机械手设计及其应用M.北京：机械工业出版社，1994. 11王乘义.工业手及其应用M.北京:机械工业出版社，1985. 12孙兵.物料搬运机械手研制J.机电一体化，2005（2）：4345. 13石志国，刘冀伟，王志良，魏俊明.机器人组成原理课程规划J.北京：北京科技大学，2010. 14陈荣祥，刘宵惠.中国机器人技术的现状和发展设想J.渝州：渝州大学学报，1992. 15熊根良，陈海初，梁发云，董增文.物理性人-机器人交互研究与发展现状J.南昌：南昌大学，2013. 16Y. Amirat,C. Francois,G. Fried,J. Pontnau,M. Dafaoui, “Design and control of a new six DOF parallel robot: Application to equestrian gait simulation,”Volume 6, Issue 2,Pages 227239,1996. 17Hafner,R.,Neuroinformatics,OsnabrueckUniv,Osnabruck,Riedmiller, M,“Neural Reinforcement Learning Controllers for a Real Robot Application ,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2007. 18Kenji Kawashima,Takahiro Sasaki,Toshiyuki Miyata,Naohiro Nakamura,Masato Sekiguchi,and Toshiharu Kagawa,“Development of Robot Using Pneumatic Artificial Rubber Muscles to Operate Construction Machinery,” Journal of Robotics and Mechatronics, Vol.16, No.1 pp. 8-16, 2004. 19Hirai, K.Wako Res. Center, Honda R&D Co. Ltd., Saitama, JapanHirose,M.,Haikawa,Y.,“The development of Honda humanoid robot,” Proceedings.IEEE International Conference on (Volume:2 ) Robotics and Automation, 1998. 20Tsujiuchi Nobutaka,Koizumi Takayuki,Nishino Shinya, Komatsubara Hiroyuki,Kudawara Tatsuwo,Hirano Masanori, “Development of Pneumatic Robot Hand and Construction of Master-Slave System,”Journal of System Design and Dynamics, Volume 2, Issue 6, pp. 1306-1315, 2008. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1课题研究内容及手段如图1所示，清洁装置分为承载小车、机械手和吸尘器三部分组成其中机械首饰设计重点。小车沿轨道行走，机械手由四杆机构组成，该四杆机构为曲柄摇杆机构，由电动机驱动曲柄，曲柄通过连杆来带动摇杆摆动，从而实现对隧道的清洗。地铁隧道界面为圆形半径4m，最高处约为6.5m，手臂末端安装吸尘器，允许机械手安装在专用（改装）车辆上，允许每单程清洗半幅隧道。车辆行驶速度不低于15km/h同台车辆所用机械手1个。清洁工作不得影响另半幅路面车辆行驶。保持吸尘器工作部位距隧道内壁距离：50cm，允许偏差10cm。选择合适的吸尘器口径，保证漏扫面积低于应扫面积的40%。2主要问题及对策（1） 确定机械手的组成部分机械手由执行机构、驱动系统和控制系统三部分组成。执行机构由机械臂和臂末端的吸尘器组成，通过驱动元件完成一系列的动作。由电机来驱动机械臂。用过装在小车上的控制装置来控制驱动元件进而控制执行元件的一系列动作以完成预期的目的。（2） 确定机械手的坐标、自由度和控制方式如图2所示，由于机械手存在X方向的移动和Y方向的转动，所以选用球坐标式。由于清洁面为圆拱形，所以只需要2和自由度就可以满足,X方向的移动和Y方向的转动。由步进电机通过齿轮齿条带动机械臂在X方向的移动。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1 对“文献综述”的评语：该
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