《四自由度圓柱坐標(biāo)型液壓機(jī)械手設(shè)計》開題報告4100字

PAGE9四自由度圓柱坐標(biāo)型液壓機(jī)械手設(shè)計開題報告目錄一．課題來源 2二．選題的性質(zhì)： 2三．論文選題的目的和理論實(shí)踐意義 2四．與本選題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，預(yù)計可能的研究突破和創(chuàng)新3四．主要參考文獻(xiàn) 5六．分析研究的可行性、基本條件及能否取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展 7七．選題的研究方法和進(jìn)度安排 7開題報告內(nèi)容一．課題來源機(jī)械化在工業(yè)這個領(lǐng)域里面被越來越廣泛的使用，所以重要性越來越高。它的發(fā)展也就在短短的最近這幾十年，發(fā)展形成的是生產(chǎn)設(shè)備高科技全自動化，可以不要人工去操作，完全機(jī)械根據(jù)程序來操作機(jī)器，它可以有多個動作，多個方向來運(yùn)輸物品，這樣可以滿足在不同的環(huán)境連完成工作任務(wù)。在此背景下，根據(jù)本人興趣，在老師的推薦下，選擇設(shè)計的是圓柱坐標(biāo)式四自由度的機(jī)械手，它主要的組成部件是手指，手腕，手臂，機(jī)器主體等。機(jī)械手設(shè)計出來以后，要實(shí)現(xiàn)好多種的功能，要會抓取物料，抬起和放下手臂，選擇物品等，并且能夠按照人們事先設(shè)定好的路線來完成工作任務(wù)。設(shè)計出來的機(jī)械手，使用的是機(jī)器安置在固定機(jī)身上的方式，自己能夠?qū)⒕€路繞道機(jī)器的座上進(jìn)行布置，它能實(shí)現(xiàn)機(jī)器手臂旋轉(zhuǎn)，手臂的上升和下降，手臂伸出和縮回，手腕可以自己轉(zhuǎn)動四個自由度，整體采用圓柱坐標(biāo)型進(jìn)行設(shè)計。二．選題的性質(zhì)：1．理論研究（）2．應(yīng)用研究（）3．應(yīng)用理論研究（√）三．論文選題的目的和理論實(shí)踐意義近幾年來，隨著機(jī)械手技術(shù)的快速發(fā)展，各種用途的工業(yè)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。由于機(jī)械臂動作靈活、準(zhǔn)確、可靠，它可以代替人進(jìn)行簡單、枯燥、單一的勞動，既可以節(jié)約人力，提高工作效率，又可以提高加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。伴隨著機(jī)械手技術(shù)的廣泛應(yīng)用，隨之而來的是越來越多的相關(guān)技術(shù)人才的需求。當(dāng)前，高等院校中與工業(yè)自動化相關(guān)的專業(yè)都開設(shè)了機(jī)械類專業(yè)。為了改善教學(xué)質(zhì)量，例如！如何為學(xué)過此類課程的學(xué)生提供一個合適的機(jī)械手控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，是一個亟待解決的課題。當(dāng)前，各高校使用的實(shí)驗(yàn)平臺大都是工廠化生產(chǎn)的成套產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)集成度較高，僅適合于學(xué)生做一些簡單的動作操作類的實(shí)驗(yàn)，不能為學(xué)生提供機(jī)械手底層控制的綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。所以，以具有典型代表性的四自由度機(jī)械臂為控制對象，通過對其機(jī)電結(jié)構(gòu)的分析，研究其最優(yōu)位姿算法，設(shè)計出可應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)控制的四自由度機(jī)械臂控制系統(tǒng)，并作為實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練平臺，具有十分重要的意義。四．與本選題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，預(yù)計可能的研究突破和創(chuàng)新點(diǎn)目前，工業(yè)機(jī)械手有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運(yùn)中。極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機(jī)械手大量的應(yīng)用到物流工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域。在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標(biāo)任務(wù)，采取多種運(yùn)動方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的。驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機(jī)械手多種驅(qū)動方式的情況，有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，伺服電機(jī)驅(qū)動等等。愈來愈多的工業(yè)機(jī)械手是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)。并且在它的控制精度方面和搬運(yùn)效率方面有了很大的提高。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面，出現(xiàn)了多種控制方式。如：由原始的電控的機(jī)械手，較先進(jìn)的基于工控機(jī)控制的，基于PC控制的，進(jìn)一步的嵌入式PC控制技術(shù)，還有采用PLC可編程控制的。近年來，物料管理出現(xiàn)了系統(tǒng)化的趨勢。無論在國內(nèi)外，物料處理的發(fā)展正從單機(jī)走向成套設(shè)備，從單機(jī)走向系統(tǒng)。隨著JIT、FMS和CIMS等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)中出現(xiàn)了對物料處理系統(tǒng)的新要求。它們的特點(diǎn)是能夠減少庫存，縮短等待和交貨時間，并使不同類型和小批量的材料及時到達(dá)正確的地方。這種趨勢在工程領(lǐng)域很普遍。它們包括使用先進(jìn)的材料處理技術(shù)，如機(jī)器人技術(shù)，這有助于工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和提高生產(chǎn)水平。一方面，先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人的廣泛使用和種類數(shù)量的不斷增加。另一方面，它體現(xiàn)在機(jī)械機(jī)器人系統(tǒng)中控制系統(tǒng)的效率和智能不斷提高。前者指的是范圍的橫向擴(kuò)展，而后者指的是縱向改進(jìn)的效率和范圍。機(jī)器人范圍的擴(kuò)大和性能水平的提高相輔相成，相互促進(jìn)。應(yīng)用范圍的擴(kuò)大對機(jī)器人提出了持續(xù)的要求，也提高了機(jī)器人技術(shù)的水平。提高機(jī)器人的性能和智能，反過來又能使機(jī)器人的應(yīng)用范圍擴(kuò)大。1．工業(yè)機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)性能的提高機(jī)器人運(yùn)動的精度的不斷提高。機(jī)器人是一個多級開路結(jié)構(gòu)，所以機(jī)器人手臂的剛度一般不高。此外，部件中存在的尺寸誤差和傳輸缺陷，以及機(jī)器人手臂末端誤差的影響增大，都會增加機(jī)器人手臂的誤差。使當(dāng)前機(jī)器人的定位與運(yùn)動還不能達(dá)到很高的精度。度大.精度高的數(shù)控機(jī)床相比，機(jī)器人在工作精度上大為遜色。因此，至今工業(yè)機(jī)械手在精密裝配及其它精密作業(yè)中的應(yīng)用仍受到了很大的限制。除了精密的工作，這種需要非常精確的機(jī)器人。對于離線編程的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)器人還必須有足夠精確的定位和運(yùn)動。進(jìn)一步提高機(jī)器人精度的主要途徑有：提高機(jī)器人的加工和裝配精度，使用無間隙減速機(jī)構(gòu)，使用直接驅(qū)動電機(jī)，校準(zhǔn)機(jī)器人位置。2.誤差補(bǔ)償通過實(shí)時測試改善機(jī)器人運(yùn)動誤差。提高機(jī)器人手臂的靈活性和避障能力：目前的機(jī)器人手臂沒有足夠的靈活性，也就是說，當(dāng)手臂的尖端到達(dá)某個操作點(diǎn)時。手臂可能采取的姿態(tài)是有限的，有時要有很大的靈活度和很強(qiáng)的避障能力.例如。當(dāng)用噴涂機(jī)器人噴涂車身內(nèi)表面時，要求機(jī)器人能將車身內(nèi)表面的各個角落都噴上漆，必須要有高靈活度機(jī)器人手有才行。另外，復(fù)雜、受限和有障礙物的環(huán)境中工作的機(jī)器人，如核電站，也需要高度靈活的機(jī)器人手臂。為了提高工業(yè)機(jī)器人手臂的靈活性，在機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)中使用了具有冗余自由度和擴(kuò)展膨鉸關(guān)節(jié)及可雙向彎曲的手臂。3．提高機(jī)器人運(yùn)動速度和頻率為了提高傳感機(jī)器人的效率和響應(yīng)時間，必須提高機(jī)器人運(yùn)動的速度和頻率，這對裝配機(jī)器人來說尤其重要。為此，可以通過在機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)中使用高強(qiáng)度或輕質(zhì)材料（如碳纖維復(fù)合材料）來減輕手臂的重量并改善其動態(tài)特性，并通過使用直接驅(qū)動電機(jī)或其他高性能執(zhí)行器來提高機(jī)器人系統(tǒng)在執(zhí)行和控制方面的速度和響應(yīng)速度。4．提高機(jī)器人的手或手腕的靈活性和反應(yīng)能力機(jī)器人必須有靈活和反應(yīng)靈敏的手和手腕，以完成類似人類的復(fù)雜任務(wù)，如組裝、維護(hù)和操作機(jī)器。這對裝配機(jī)器人、核工業(yè)中的機(jī)械手和空間站上使用的機(jī)器人尤為重要。5.提高機(jī)器人快速維護(hù)的效率采用了模塊化復(fù)合機(jī)器人設(shè)計：根據(jù)優(yōu)化的設(shè)計，生產(chǎn)各種不同尺寸和規(guī)格的手臂模塊和配件。少量的模塊可以用來組合幾個機(jī)器人的配置。這種機(jī)器人能夠快速維修，并能自動修復(fù)。因此，這種機(jī)器人設(shè)計最適合用于空中機(jī)器人、核工業(yè)的機(jī)械手等。如果這種模塊化結(jié)構(gòu)能夠擴(kuò)展到一般的工業(yè)機(jī)器人，那么它將降低工業(yè)機(jī)器人的成本、生產(chǎn)周期和維修周期。預(yù)計可能的研究突破和創(chuàng)新點(diǎn)（1）機(jī)械手自己能夠?qū)⒕€路繞道機(jī)器的座上進(jìn)行布置，它能實(shí)現(xiàn)機(jī)器手臂旋轉(zhuǎn)，手臂的上升和下降，手臂伸出和縮回，手腕可以自己轉(zhuǎn)動四個自由度，整體采用圓柱坐標(biāo)型進(jìn)行設(shè)計。（2）工作區(qū)域：取物高度不小于1000mm，伸縮行程600mm；垂直移動400mm；工作速度：移動速度2m/s，定位精度±0.5mm四．主要參考文獻(xiàn)[1]于復(fù)生,段登家,杜桂林,等.基于S7-200PLC的四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].液壓與氣動,2013(8):3.[2]唐立平,馬俊峰.基于PLC的四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].液壓氣動與密封,2007,27(4):3.[3]葉多芳,葛為民.4自由度機(jī)械手的滑模變結(jié)構(gòu)軌跡跟蹤控制[J].制造業(yè)自動化,2009(5):3.[4]應(yīng)明峰,杜鵑,王林娜,等.圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu):,CN203853995U[P].[5]葉青青.液壓式四自由度機(jī)械手設(shè)計研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020(24):2.[6]檀杰.四自由度物料搬運(yùn)機(jī)械手的研制[D].武漢理工大學(xué).[7]何芳,歐陽云.基于圓柱坐標(biāo)方式的小型機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)[J].機(jī)電一體化,2003,9(1):3.[8]檀杰.四自由度物料搬運(yùn)機(jī)械手的研制[D].武漢理工大學(xué),2011.[9]王振,辛洪兵,周順豪.仿人機(jī)器人四自由度機(jī)械臂的設(shè)計與性能分析[J].科技視界,2020(9):3.[10]王文紅,秦艷,郭琳.四自由度機(jī)械手PLC控制[J].新技術(shù)新工藝,2013(5):4.[11]王文紅,秦艷,郭琳.四自由度機(jī)械手PLC控制[J].新技術(shù)新工藝,2013.[12]應(yīng)明峰,劉利娟,劉旭明,等.圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手結(jié)構(gòu):,CN203853996U[P].[13]JanSwevers,BirgitNaumer,StefanPieters,etal.，AnExperimentalRobotLoadIdentificationMethodforIndustrialApplication[J]，SpringerTractsinAdvancedRobotics/HeidelbergVolume5/2003[14]VicenteMata,FrancescBenimeli,NidalFarhat,etal.，Dynamicparameteridentificationinindustrialrobotsconsideringphysicalfeasibility[J]，AdvancedRoboticsVolume19,Number1101–119[15]RomanKamnik,DragoMatko,TadejBajd，ApplicationofModelReferenceAdaptiveControltoIndustrialRobotImpedanceControl[J]，JournalofIntelligentandRoboticSystemsVolume22,Number2153-163六．分析研究的可行性、基本條件及能否取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展圓柱坐標(biāo)式四自由度的機(jī)械手，它主要的組成部件是手指，手腕，手臂，機(jī)器主體等。使用的是機(jī)器安置在固定機(jī)身上的方式，自己能夠?qū)⒕€路繞道機(jī)器的座上進(jìn)行布置，它能實(shí)現(xiàn)機(jī)器手臂旋轉(zhuǎn)，手臂的上升和下降，手臂伸出和縮回，手腕可以自己轉(zhuǎn)動四個自由度，整體采用圓柱坐標(biāo)型進(jìn)行設(shè)計。目前針對機(jī)械手設(shè)計的研究非常全面，所以技術(shù)可行性是符合要求的。七．選題的研究方法和進(jìn)度安排1．研究方法（1）確定機(jī)器手運(yùn)動參數(shù)及工作行程。（2）根據(jù)工件的負(fù)載情況，工作空間以及各個運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)形式對工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行整體方案的設(shè)計；（3）對工業(yè)機(jī)械手的手爪，小臂，大臂，的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制各部分的結(jié)構(gòu)草圖；（4）由第2步所給定的條件和第3步的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取驅(qū)動系統(tǒng)并確定驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動方式和傳動方式；（5）對各結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行粗估，完成對手爪的夾緊氣缸，小臂、大臂絲杠的驅(qū)動電機(jī)，以及腰部、腕部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的計算選型；（6）根據(jù)電機(jī)的外形尺寸及輸出軸軸徑，以及電機(jī)的重量完善結(jié)構(gòu)草圖。（7）通過以確定的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的分析，驗(yàn)算重要零件的受力情況。2．進(jìn)度安排2022年8月22日-8月25日：開始選題，在實(shí)踐中與指導(dǎo)老師商討，確定畢業(yè)論文題目及寫作方向。2022年8月