毕业设计(论文)开题报告题目： 冲床上料机械手设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年 12 月 25 日一.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和求实现自动抓取、搬运和操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。1生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。2工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制，可重复编程，能在三维空间完成各种作业的机电一体化生产设备。3特别适合于多品种，变批量的柔性生产。机器人技术是综合了计算机，控制论，机构学，信息和传感技术，人工智能，仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、准确度高、抗恶劣环境的能力高，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务设备，也是先进制造技术领域不可或缺的自动化设备。4国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：51.工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。2.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、监测系统三位一体化；3.工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4.机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真，预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。6.当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。7.机器人话机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人以应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的差距，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，品种规模多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量可靠性也不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。6.7二、主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要设计内容：在60吨冲床上，冲制各种型号电动机转子片，用机械手往冲床上送料。1.抓重： 约1公斤 2.自由度数： 1个 3.手臂运动参数： 手臂回转角度：600 手臂送料频率：5060次/分2.2研究方案2.2.1坐标形式的确定8工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下: 1）直角坐标机器人结构 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（m级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。2）圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。3）球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4）关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。其简图如下：9 各种坐标形式的运动简图 a.直角坐标式 b.圆柱坐标式 c.球坐标式 d.关节式由于本设计的机械手自由度为1， 所以，初步选定为圆柱坐标式2.2.2机械手的驱动方式的选择10工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的主要特点如下。1）液压驱动系统由于液压技术是一种比较成熟的技术，它具有动力大、力（或力矩）与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适合于在承载能力大，惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机器人。但是，液压系统需要进行能量转换（电能转换成液压能），速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低，液压系统的液体泄露会对环境产生污染，工作噪音也较高。【11】2）气动驱动系统具有速度快，系统结构简单，维修方便、价格低等特点。适用于中、小负荷的机器人中采用。但是因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器人中。【12】3）电动驱动系统由于低惯量、大转矩的交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器（交流变频器、直流脉冲宽度调制器）的广泛采用，这类驱动系统在机器人中被大量采用。这类驱动系统不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电机后面需安装精密的传动机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的工作环境中，成本上也较其他两种驱动系统高。但因为这类驱动系统优点比较突出，因此在机器人中被广泛的使用。由于本设计机构简单，以及其他综合因素，所以，初步选择选用气动驱动系统.【13】【14】2.1.3执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。【15】1）手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。气动驱动方式 因为抓取的零件为钣金件毛坯或成品件,使用吸附式手部。 2）手腕是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动.一般腕部设有回转运动在增加一个上下摆动即可满足要求。应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小，并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭矩。因此在要求较大回转角的情况，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。【16】3）手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。机械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸缩运动都为直线运动。考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，手臂的调节采用手动螺栓调节。【17】手臂运动基本运动复合运动 直线运动与回转运动的组合(即螺旋运动动) 两直线运动的组合(即平面运动)回转运动:如水平回转、左右摆动运动直线运动:如伸缩、升降、横移运动 两回转运动的组合(即空间曲面运动)。4）立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即初步定为可移式立柱。【18】2.1.4手部动作【19】手部是与物件直接接触的构件，常用的手部运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛；平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手部夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手部结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手部有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电吸磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。因为轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。所以，初步使用气流负压式吸盘。三、 重点及难点，前期已开展工作重点：保证各个结构之间的相互合理配合，使之能连续工作，有节奏，安全地成产。难点：机械手手臂的设计与计算，机械手手部的设计与计算，机械手传动和驱动的设计计算，以及各个过程参数的确定，绘制图形。已经展开的工作：读书馆借书，网上查询有关书籍和资料，了解设计的大致方向，了解上料机械手的大体结构和工作原理。四、工作方案及进度计划12周：调研，查阅相关资料，完成开题报告；34周：总体设计以及方案论证，深化方案具体实施步骤；56周：分析机械手工况，确定机械手的载荷，并根据工况确定计算准则；78周：机械手的具体方案设计；910周：机械手的参数总体计算以及校核，准备中期检查；1112周：机械手的结构设计以及分析；1314周：完成装配图设计，验证校核；1516周：撰写毕业论文以及外文资料的翻译；1718周：修改毕业论文及准备毕业答辩； 参考文献1 李允文. 工业机械手设计M. 北京：机械工业出版社，19962 蔡自兴机械人学的发展趋势和发展战略J.北京：机械人技术，2001，43