自動(dòng)澆鑄機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告設(shè) 計(jì) 題 目: 自動(dòng)澆鑄機(jī)械手設(shè)計(jì) 院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí): 機(jī)械10-班 學(xué) 生 姓 名: 導(dǎo) 師 姓 名: 開 題 時(shí) 間: 2014 年 3 月 22 日 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見： 簽字： 年 月 日1課題研究的目的和意義1962年美國(guó)制造出第一臺(tái)實(shí)用的示教型工業(yè)機(jī)器人以來,國(guó)際上對(duì)工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)、研究和應(yīng)用已有50余年的歷程。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦等功能，它可以代替人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作，代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前，工業(yè)機(jī)械手主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車

2、制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。以日、美、德、法、韓等為代表，許多國(guó)家的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)日趨成熟和完善，所生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人已成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備在全球得到廣泛應(yīng)用。由于制造企業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求越來越大，因而工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍也越來越大，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度越來越高，功能也越來越強(qiáng)，正在向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。而機(jī)械手作為工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，更有研究?jī)r(jià)值。機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定的程序軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或工作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)

3、中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝置以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。因此研究機(jī)械手是十分必要的。本文就對(duì)自動(dòng)澆鑄機(jī)械手進(jìn)行研究。2文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）2.1機(jī)械手的發(fā)展水平機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。圖2.1 世界第一臺(tái)機(jī)械手1

4、962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年，美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。這兩種出現(xiàn)在六十年代初的機(jī)械手，是后來國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 圖2.2 unimate機(jī)器人和versatran機(jī)器人1978年美國(guó)unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種unimate-vicar

5、m型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國(guó)knka公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。目前，機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中的重要一環(huán)節(jié)。機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分

6、類分別為：1. 按使用范圍分類： （1）專用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。 （2）通用機(jī)械手 指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機(jī)器，而且能自動(dòng)完成傳送物件或操作某些工其的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位和控制方式的不同，可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種。簡(jiǎn)易型只是點(diǎn)位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。2. 按運(yùn)

7、動(dòng)坐標(biāo)型式分類：（1）直角坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸x、y、z三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以前后伸縮(定為沿x方向的移動(dòng))、左右移動(dòng)(定為沿y方向的移動(dòng))和上下升降(定為沿z方向的移動(dòng))；（2） 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的x和z方向移動(dòng)，又可繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)(定為繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng))，亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng)；（3）球坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸x方向移動(dòng)，還可以繞y軸和z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮(沿x方向移動(dòng))、上下擺動(dòng)(定為繞y軸擺動(dòng))和左右轉(zhuǎn)動(dòng)(仍定為繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng))；（4）多關(guān)節(jié)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接(肘部)以及大臂和機(jī)

8、體的連接(肩部)均為關(guān)節(jié)(鉸鏈)式連接，亦即小臂對(duì)大臂可繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。 3. 按驅(qū)動(dòng)方式分類：（1）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；（2）氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；（3）電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；（4）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 是將主機(jī)的動(dòng)力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳遞給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。4. 按機(jī)械手的臂力大小分類：（1）微型機(jī)械手 臂力小于1；（2）小型機(jī)械手 臂力為110；（3）中型機(jī)械手 臂力為1030；（4）大型機(jī)械手 臂力大于30。2.2機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞

9、動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。例如，機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上的使用較為普遍；在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件；它可以在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)；它可以在危險(xiǎn)的場(chǎng)合下工作，如軍用品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物質(zhì)的搬運(yùn)等；還可用于宇宙和海洋的開發(fā)及軍事工程和生物醫(yī)學(xué)方面的研究和實(shí)驗(yàn)等。圖2.3 四軸雙轉(zhuǎn)塔車床上的裝卸機(jī)械手圖2.4 用于水下作業(yè)的機(jī)械手未來機(jī)械手的研究?jī)?nèi)容主要集中一下幾個(gè)方面。1、開發(fā)新型

10、結(jié)構(gòu)，如微動(dòng)機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和靈巧手；研制新型的行走機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)各種作業(yè)要求。2、設(shè)計(jì)無給油化的結(jié)構(gòu)，無給油化是個(gè)新提出的概念，主要是為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤(rùn)滑的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤(rùn)滑材料制造的無潤(rùn)滑元件，不僅節(jié)省潤(rùn)滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)。3、可采用液壓傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的齒輪齒條。液壓傳動(dòng)具有高壓、高速、大功率、低噪聲、經(jīng)久耐用等優(yōu)勢(shì)。液壓傳動(dòng)比較平穩(wěn),現(xiàn)如今由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液

11、壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前，機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)，如采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，同時(shí)也已開始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。3設(shè)計(jì)基本內(nèi)容、擬解決的主要問題3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容:（1）確實(shí)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)。（2）對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）對(duì)其他結(jié)構(gòu)和整體進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核。自動(dòng)澆鑄機(jī)械手由機(jī)體，傳送機(jī)構(gòu)，動(dòng)力源和控制裝置四分組成。傳送機(jī)構(gòu)主要由伸縮臂及抓緊機(jī)構(gòu)所組成；動(dòng)力源由液壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)兩種形式構(gòu)成控制裝置和手動(dòng)控制裝

12、置兩部分組成。圖2.5 壓鑄機(jī)、機(jī)械手合保溫坩堝的裝配圖3.2技術(shù)要求 該機(jī)械手用于某汽車附件廠630噸冷室壓鑄機(jī)自動(dòng)澆鑄鋁合金溶液，實(shí)現(xiàn)澆鑄自動(dòng)化。3.3規(guī)格參數(shù): 1燒包的最大容量：8公斤。 2自由度：3個(gè)。 3坐標(biāo)形式：類似球坐標(biāo)。 4手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)?；剞D(zhuǎn)=110俯角=54（使燒包最大的提升高度為1600毫米）燒包最 大傾轉(zhuǎn)角 1=70。5液壓驅(qū)動(dòng)，采用繼電線路固定程序控制。3.4擬解決的主要問題1液壓元件的選擇；2機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)；3手臂回轉(zhuǎn)方式的確定；4機(jī)械手三個(gè)自由度的確定。4技術(shù)路線或研究方法4.1技術(shù)路線 1.了解并學(xué)習(xí)自動(dòng)澆鑄機(jī)械手的組成、工

13、作原理等相關(guān)內(nèi)容，參閱相關(guān)的技術(shù)資料，擬確定出各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆鑄機(jī)械手的功能； 2.要從各種方案中選擇合適的方案，分析出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合優(yōu)化各種設(shè)計(jì)方案，從而確定出本次設(shè)計(jì)的最后設(shè)計(jì)方案； 3.完成對(duì)自動(dòng)澆鑄機(jī)械手中各機(jī)械部分的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算、校核計(jì)算，并確定其主要機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制草圖； 4.完成總裝配圖、零件圖、部件圖設(shè)計(jì)和說明書的撰寫。4.2實(shí)現(xiàn)的途徑、方法和手段 1.檢索相關(guān)文獻(xiàn)資料并恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用； 2.通過互聯(lián)網(wǎng)向有經(jīng)驗(yàn)的工作人員交流學(xué)習(xí)； 3.通過圖書館借閱相關(guān)的參考書籍。4.3設(shè)計(jì)的基本思路、方案分析、理解設(shè)計(jì)任務(wù)書要求-查閱相關(guān)資料-初步擬定設(shè)計(jì)方案-設(shè)計(jì)

14、發(fā)難對(duì)比并確定最佳方案-零件設(shè)計(jì)-裝配圖草圖-零件草圖-繪制零件圖-繪制裝配圖-編寫設(shè)計(jì)說明書。5設(shè)計(jì)進(jìn)度安排2014年2月27日2014年3月17日：分配任務(wù)書，查閱相關(guān)資料，撰寫開題報(bào)告；2014年3月18日2014年3月24日：對(duì)自動(dòng)澆鑄機(jī)械手整體進(jìn)行分析，確定總體技術(shù)方案； 2014年3月25日2014年3月30日：對(duì)機(jī)械手的工作方式進(jìn)行設(shè)計(jì)； 2014年3月31日2014年4月5日：根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)機(jī)械手的手部進(jìn)設(shè)計(jì)；2014年4月6日2014年4月11日：對(duì)機(jī)械手的手臂進(jìn)行設(shè)計(jì)；2014年4月12日2014年4月19日:對(duì)機(jī)械手的機(jī)身與基座進(jìn)行設(shè)計(jì)；2014年4月20日2014年5月

15、27日:選取電動(dòng)機(jī)并對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)；2014年5月28日2014年5月9日：對(duì)機(jī)械手的手臂，機(jī)身，基座，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行校對(duì)；2014年5月10日2014年5與31日：利用cad進(jìn)行繪圖，完成草圖繪制，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)致整理；2014年6月1日2014年6月12日：設(shè)計(jì)整體組合，排版說明書，修改論文及圖紙；2014年6月13日2014年6月20日：完成畢業(yè)，準(zhǔn)備進(jìn)行畢業(yè)答辯。6主要參考文獻(xiàn) 1何蘭.工業(yè)機(jī)械手研究及應(yīng)用j.電子世界，2013（23）：167.2孫英飛.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展研究j.科學(xué)工程與技術(shù)工程出版，2012（12）：2912-2919.3趙臣.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告r.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用出版社,2009:7-13.4曹文祥.工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)j.機(jī)械制造,2011(02):41-43.5潘麗霞.論工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用j.山西科技，2010（03）：22-24.6張平格.液壓傳動(dòng)與控制m.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.7方昌林.液壓、氣壓傳動(dòng)與控制m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.8陳淑梅主編.液壓與氣壓傳動(dòng)m(第三版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.9臧克江.實(shí)用液壓技術(shù)叢書m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.10唐昌松.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.11曾宗福.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)