開(kāi)題報(bào)告(工業(yè)機(jī)械手)

1、戈歹疙南學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論乂丿開(kāi)題報(bào)吉題目：液壓式工業(yè)機(jī)械手總體及機(jī)身設(shè)計(jì)課題類別：設(shè)計(jì)回論文口學(xué)生姓名：趙覓學(xué)號(hào)：200779250415班級(jí)：機(jī)電07-02班專業(yè)（全稱）：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：王志安2011年3月一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：機(jī)械手技術(shù)涉及到電子、機(jī)械學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、幫運(yùn)或操作動(dòng)作的自動(dòng)化裝置。本機(jī)械手要求完成上料、轉(zhuǎn)位和翻轉(zhuǎn)等多種功能，并按自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作。本設(shè)計(jì)主要目的是：機(jī)械手的總體的設(shè)計(jì)，滿足機(jī)械手的功能要求及各

2、組成部分協(xié)調(diào)工作的要求。機(jī)身的設(shè)計(jì)，滿足機(jī)械手臂的支撐及安裝。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）：1機(jī)械手概述機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。在工業(yè)中應(yīng)用的機(jī)械手稱為“工業(yè)機(jī)械手（mechanicalhand）早期的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和功能都比較簡(jiǎn)單，專業(yè)性強(qiáng)，僅能配合某臺(tái)主機(jī)完成輔助性工作，如抓取工件、上料下料、換夾刀具等。這種機(jī)械手稱為專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能夠獨(dú)立地按控制程序、自動(dòng)重復(fù)操作的機(jī)械手，這種機(jī)械手具

3、有能很快地改變程序功能，適應(yīng)性強(qiáng)，在中小批量、多品種的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。這種機(jī)械手稱為通用機(jī)械手，通用機(jī)械手又稱為“工業(yè)機(jī)器人”（industralrobot），即第一代機(jī)器人。機(jī)器人在此基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了具有某些感覺(jué)功能（如視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)）的機(jī)器人，稱為第二代機(jī)器人，以后又出現(xiàn)了具有某些思維和語(yǔ)言功能的智能機(jī)器人，稱為第三代機(jī)器人。2機(jī)械手的發(fā)展與現(xiàn)狀它是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生

4、產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手3O機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司

5、推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門頁(yè)。機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的

6、自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)械手而言、還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)械手“眼睛”，是它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)械手的觸覺(jué)裝置。機(jī)械手的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單疊加在一起，而是構(gòu)成一個(gè)整體。機(jī)械手各部分必然存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約的關(guān)系7-9。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)

7、械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。3機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)與前景3.1重復(fù)高精度精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是

8、一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過(guò)一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來(lái)測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。3.2模塊化有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。3.3無(wú)給油化為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無(wú)污染要求，不加潤(rùn)滑

9、脂的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問(wèn)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(wú)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)。3.4機(jī)電一體化由“可編程序控制器-傳感器-液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件，使液壓技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡(jiǎn)單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來(lái)越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來(lái)越可能。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械

10、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(kāi)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)域中如，水下機(jī)器人，拋光機(jī)器人，打毛刺機(jī)器人,擦玻璃機(jī)器人，高壓線作業(yè)機(jī)器人，服裝裁剪機(jī)器人，制衣機(jī)器人，管道機(jī)器人等特種機(jī)器人以及掃雷機(jī)器人，作戰(zhàn)機(jī)器人，偵察機(jī)器人，哨兵機(jī)器人，排雷機(jī)器人，布雷機(jī)器人等軍用機(jī)器人都是機(jī)械手應(yīng)用的典型。機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來(lái)各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類生活，其市場(chǎng)將繁榮興旺710。三設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)

11、與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）:1重點(diǎn)：1.1原理方案的確定1.2主要參數(shù)的確定1.3機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核2難點(diǎn)：整機(jī)的性能校核及協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)3采用途徑（研究手段）：3.1原理方案：3.1.1驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械手按用途可分為液壓傳動(dòng)機(jī)械手、氣壓氣壓傳動(dòng)機(jī)械手、店里傳動(dòng)機(jī)械手和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手，由于液壓傳動(dòng)具有單位面積壓力大，體積小，介質(zhì)可壓縮性小，工作平穩(wěn)，并可實(shí)現(xiàn)高精度定位及頻繁換向，因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)機(jī)械手應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計(jì)采用液壓式機(jī)械手。3.1.2坐標(biāo)形式機(jī)械手的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)式、圓坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)式。本設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)型機(jī)械手，其手臂除了可以伸縮，可以升降外，還可以繞立柱回轉(zhuǎn)。這種機(jī)械

12、手與直角坐標(biāo)式機(jī)械手相比，占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)亦較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，因而應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)采圓柱坐標(biāo)式，回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。3.2主要參數(shù)3.2.1自由度機(jī)械手的自由度標(biāo)志著機(jī)械手具有的功能大小，自由度越大，機(jī)械手的動(dòng)作越靈活，適應(yīng)性越強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般通用機(jī)械手有5到6個(gè)自由度即可滿足要求。本設(shè)計(jì)為5個(gè)自由度機(jī)械手。3.2.2抓重機(jī)械手的抓重是指機(jī)械手手臂所能抓取的物件的最大重量。本設(shè)計(jì)為中型機(jī)械手，最大抓取重量為20kg3.2.3運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是指在全程范圍內(nèi)的平均運(yùn)行速度，它反映了機(jī)械手的使用效率與生產(chǎn)水平。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度越高，則使用效率越高，生產(chǎn)水平越高；

13、但速度越高，機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)也較大，對(duì)機(jī)械手的定位精度的影響也越大。本設(shè)計(jì)的速度范圍是：移動(dòng)速度250mm/s，回轉(zhuǎn)速度50o/s3.2.4行程范圍機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)行程范圍與機(jī)械手的抓重、坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度等多方面因素有關(guān)。一般的說(shuō)，對(duì)于通用機(jī)械手，其手臂回轉(zhuǎn)的行程范圍應(yīng)盡可能大些，使機(jī)械手具有較大的通用性。本設(shè)計(jì)的最大操作范圍為：提升高度1.5m,回轉(zhuǎn)半徑為1m。3.2.5位置精度位置精度是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它包括位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度。本設(shè)計(jì)的定位精度為0.5-1mm。3.3機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核機(jī)身是直接支撐和帶動(dòng)手臂的部件，并實(shí)現(xiàn)

14、手臂的回轉(zhuǎn)、升降、俯仰等運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)機(jī)身應(yīng)注意剛度、精度、平穩(wěn)性等幾個(gè)方面。3.4整體的性能校核及協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)形式，主要取決于機(jī)械手的工作要求、運(yùn)動(dòng)形式、作業(yè)環(huán)境等。協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)好各組成部分，機(jī)身與手臂的連接部分要參數(shù)匹配。手臂和機(jī)身的配置形式大致可以分為立柱式、機(jī)座式、屈伸式、懸掛式。立柱式的手臂可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小、工作范圍大的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用立柱式。四、設(shè)計(jì)（研究）進(jìn)度計(jì)劃：1-2周調(diào)研、收集資料3-4周外文翻譯、開(kāi)題報(bào)告5周方案確定6-7周設(shè)計(jì)計(jì)算8-9周結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10-11周總裝圖12-14周零部件圖15周撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書16周設(shè)計(jì)總結(jié)、整理設(shè)計(jì)資料、準(zhǔn)備答辯17周答辯五、參考文獻(xiàn)：天津大學(xué)編工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.天津：天津人民出版社，1980王承義編著機(jī)械手及其應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981蔡自興主編機(jī)器人學(xué)M.清華大學(xué)出版社，2000張鐵，謝存禧主編機(jī)器人學(xué)M.華南理工大學(xué)出版社，2001周伯英編著工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2