开题报告-双工位机床上下料机械手设计

PAGEPAGE0大学本科毕业设计（论文）开题报告题目双工位机床上下料机械手设计指导教师院（系、部）机械工程学院专业班级机械设计制造及其学号姓名日期202.18教务处印制一、选题的目的、意义和研究现状1．目的、意义随着现代制造工艺技术的日臻成熟，机械加工技术变得越来越智能化、高效化，大范围取代了传统人工操作模式。无论是专机处理，还是人工上下料等传统加工处理模式，都存在着效率低下、安全隐患大等问题。因此，自动化的生产线变得越来越重要。本课题研究的机械手与数控车床相结合形成生产线，使其可以满足双工位机床的生产节拍并完成工件的夹持，翻转与运送等一系列加工过程，实现加工生产的自动化，无人化。本课题的研究主要为了满足数控车床以及加工工厂的工件的装卸，从而可以实现在减轻工人劳动强度以及节约加工时间的同时也可以提高工件的生产效率以及生产力。1)在进行本次设计时，需要在网上查找参考文献来对机械手的设计、装配、模拟仿真等有一个具体的了解。通过这个过程，可以大致了解的设计流程，这样在日后进入工作岗位后能够很快适应工作的需求。2）通过对双工位机床上下料机械手的设计实践，能够更全面的了解并掌握全面系统设计的知识和技能。3）通过对本次课程的设计，可以加深对工业机器人，机械设计，机电传动控制等书本知识的理解和实践应用，提高实践技能，为日后进入社会后的工作实践打下坚实的基础。4）本次设计时需要应用一些计算机绘图软件和三维建模来作为绘制图纸和仿真运动分析的工具，通过平时对计算机绘图软件的学习，日后应用绘图软件更加得心应手，这样也可以提高设计质量。2．研究现状目前，中国的制造业发展日渐增大，但是如要实现机械设计制造自动化大业，机械手的研发是必不可少的。国外机械手的发展趋势集中在智能机械手上，使它具有某些视觉和触觉功能，目前也取得了一定的效果绩效。随着机械制造业的的发展，机械手的应用越来越广泛。并且机械手不仅在机械制造业应用较广，在其他领域如高科技领域中机械手也得到了广泛应用。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。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。他的结构是:机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，美国机械铸造公司在上述方案的基础之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)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动:控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式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(Unimaton),专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、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-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，定位误差可小于±1毫米。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%~60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手(机械人)则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(FlexibleManufacturingsystem)和柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell)中重要一环。随着工业机器手(机械人)研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃。二、研究方案及预期结果1．设计原始参数1.X轴行程1200mm；2.Z轴行程800mm；3.最大旋转角度270°；4.定位精度±0.1mm；5.旋转精度±0.2°；6.运载X轴方向运行最大速度600mm/s；7.运载Z轴方向运行最大速度500mm/s；；9.最大负载10kg；10.取料高度500-600mm2．主要研究内容及方案根据实际加工生产线中机械手工作环境，设计一套满足双工位生产节拍的数控车床自动上下料机械手。内容主要包括以下几个方面：（1）根据实际生产线要求，计算出双工位机床的生产节拍并进行机械手的总体结构设计。（2）根据机械手的应力确定上下料机械手各部分机械结构的尺寸参数。主要包括手臂结构设计，手补结构设计，腰部结构设计，手腕结构设计，传动部件选择。（3）对机械手液压驱动系统方案的设计，完成液压回路设计，并对液压回路元件进行选型计算。（4）根据自动上下料机械手的工作流程，对其控制系统进行设计，主要包括系统硬件设计、PLC程序设计。选择合适的电器元件并完成电路设计。3．主要问题及解决方法1.根据现有的生产纲领计算出所需生产节拍然后结合零件所需加工时间设计出合理的机械手运行速度和动作间隔。使其双工位生产线满足要求。2.机器人是由多级联杆和关节组成的多自由度的空间运动机构。除直接驱动型机器人以外，机器人各联杆及各关节的运动都是由驱动器经过各种机械传动机构进行驱动的。机器人所采用的传动机构与一般机械的传动机构相类似。常用的机械传动机构主要有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动等。由于传动部件直接影响着机器人的精度、稳定性和快速响应能力，因此，应设计和选择满足传动间隙小，精度高，低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传递转矩大、谐振频率高以及与伺服电动机等其它环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。3.腰座要有足够大的安装基面，以保证机器人在工作时整体安装的稳定性。腰座要承受机器人全部的重量和载荷，因此，机器人的基座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。机器人的腰座是机器人的第一个回转关节，它对机器人末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器（电动、液压及气动）及减速器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。腰部结构要便于安装、调整。腰部与机器人手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。4.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。5.机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。一般的机器人手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。4．技术路线收集上下料机械手的相关的文献及资料完成开题报告完成机械手总体设计收集上下料机械手的相关的文献及资料完成开题报告完成机械手总体设计手部结构设计手部结构设计手腕机构设计手腕机构设计手臂机构设计完成各部分机械结构设计手臂机构设计完成各部分机械结构设计腰部机构设计腰部机构设计完成控制系统设计完成控制系统设计传动部件选择传动部件选择绘制图纸并编写说明书绘制图纸并编写说明书5．预期结果绘制工程图纸4张（装配图1张A0、零件图3张A1）编写设计计算说明1份翻译相关外文文献1篇构建三维模型1份6．论文框架第一章绪论（上下料机械手的发展现状、趋势）第二章双工位机床上下料机械手设计原则与技术参数第三章双工位机床上下料机械手的总体结构设计第四章双工位机床上下料机械手机械机构设计第四章双工位机床上下料机械手液压元件选型第五章双工位机床上下料机械手控制系统设计第五章技术经济性分析第六章结论三、研究进度第1周—第2周：毕业实习，收集资料，撰写实习报告第3周：确定原始参数，撰写开题报告，进行开题答辩第4周—第5周：机械手总体结构设计第5周—第6周：机械手手爪部分结构设计第7周—第8周：机械手小臂部分结构设计第8周—第9周：机械手大臂部分结构设计第9周—第10周：机械手基座部分结构设计第10周—第11周：机械手控制系统设计第11周—第12周：绘制PLC外部接线图与梯形图第12周—第13周：绘制机械手总体装配图第13周—第14周：绘制机械手零件图第15周：毕业设计查重第16周：准备毕业设计答辩第17周：参加毕业设计答辩四、主要参考文献[1]刘历,杜勇.基于PLC的上下料机械手设计探析[J].工业设计,2017.[2]任琪.PLC物料自动上下料机械手控制系统的设计[J].山东工业技术,2018.[3]张银龙.基于视觉定位的上下料机械手系统研究[D].河北工业大学,2015.[4]田乐帅.冲床上下料机械手的设计与研究[D].青岛科技大学,2016.[5]欧斯文.一类自动上下料机械手的研究与开发[D].合肥工业大学,2018.[6]熊煜.电机硅钢片冲压自动上下料机械手的研发[D].深圳大学,2017.[7]方灵峰.电芯自动上下料机械手系统的研发[D].浙江理工大学,2017.[8]林莉莉.超声波焊接工序中上下料机械手设计[D].湖北工业大学,2017.[9]陈洋.滚丝机上下料机械手的设计、轨迹规划及控制研究[D].青岛大学,2017.[10]杨韬.基于视觉定位的PCB数控钻床上下料机械手研究[D