畢業(yè)設(shè)計開題報告-多功能機械手設(shè)計

沈陽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計開題報告題目名稱多功能送料機械手的設(shè)計學(xué)生姓名吳垠學(xué)號1008470515專業(yè)班級機械10-05班一、工業(yè)機器人的發(fā)展和現(xiàn)狀目前，工業(yè)機器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機器人協(xié)會給工業(yè)機器人下的定義：工業(yè)機器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對工業(yè)機器人作如下定義：工業(yè)機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。機器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強大的生命力。工業(yè)機器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：第一代工業(yè)機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機器人要復(fù)雜得多，這種機器人從1980年開始進(jìn)入了實用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。截止2010年末，中國運行中的工業(yè)機器人數(shù)量超過5萬臺，應(yīng)用程度與發(fā)達(dá)國家相比存在較大差距，如運行數(shù)量約為日本的1/10、德國的1/4，可見中國工業(yè)機器人行業(yè)未來發(fā)展空間較大。根據(jù)2011年3月發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》，中國在“十二五”時期將加快發(fā)展戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。國務(wù)院在相關(guān)決定中指出：“發(fā)展戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)已成為世界主要國家搶占新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展制高點的重大戰(zhàn)略”，包括“高端裝備制造產(chǎn)業(yè)”、“新材料產(chǎn)業(yè)”、“新能源產(chǎn)業(yè)”及“節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)”等。前瞻網(wǎng)分析預(yù)測，今后十年我國高端裝備制造業(yè)的銷售產(chǎn)值將占全部裝備制造業(yè)銷售產(chǎn)值的30%以上。工業(yè)機器人行業(yè)作為高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，必將在此期間得到更多的政策扶持，實現(xiàn)進(jìn)一步增長。中國到2014年將成為全球最大的工業(yè)機器人消費國。預(yù)計到2015年，中國機器人市場需求量將達(dá)3.5萬臺，占全球總量的16.9%，成為規(guī)模最大的機器人市場。專家表示，未來3年中國工業(yè)機器人市場復(fù)合增速可達(dá)30%，爆發(fā)性增長可期。二、機械手設(shè)計目的目前，我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求，針對具體生產(chǎn)工藝，結(jié)合機床的實際結(jié)構(gòu)，利用機械手技術(shù)，設(shè)計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機械手主要與數(shù)控機床組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。三、機械手設(shè)計的意義由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動化機械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強。但目前我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機械行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機械手的研究設(shè)計具有重要意義。四、設(shè)計主要內(nèi)容多功能送料機械手的設(shè)計包括送料機械手總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計、送料機械手相關(guān)計算、送料機械手總體裝配圖、傳動系統(tǒng)的設(shè)計以及送料機械手部分零件的設(shè)計等內(nèi)容。技術(shù)指標(biāo)：抓重2kg自由度數(shù)：4個最大工作半徑：940手臂回轉(zhuǎn)范圍：0度到180度手腕回轉(zhuǎn)范圍：0度到180度重復(fù)定位精度：3mm。五、具體設(shè)計方案首先，考慮到是4自由度機械手，底座采用回轉(zhuǎn)副，通過齒輪傳動實現(xiàn);利用移動副實現(xiàn)手臂的上下和左右的移動，通過液壓缸驅(qū)動，其運動穩(wěn)定且剛度較高；末端執(zhí)行器采用內(nèi)撐和外夾相結(jié)合的連桿杠桿式夾持器。比較重要的一點是液壓缸控制簡單，易于實現(xiàn)計算機的控制。由于液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此驅(qū)動力和結(jié)構(gòu)的強度都較容易實現(xiàn)，其關(guān)鍵在于機械手運動的穩(wěn)定性和剛度的設(shè)計。因此手臂液壓缸的設(shè)計原則是液壓缸的直徑取得大一點（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強度的較核。運動功能簡圖如圖5.1所示?；剞D(zhuǎn)副通