沖床自動卸料機(jī)械手設(shè)計
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開題報告
論
文
題
目:
沖床自動卸料機(jī)械手的設(shè)計
學(xué)
院:
專 業(yè) 、班
級: 1
學(xué)
生
姓
名:
指導(dǎo)教師(職稱):
20016 年 12 月 28 日填
畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié),又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文(設(shè)計)的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化,特制定本要求。
一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計)題目及研究領(lǐng)域;
2.論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值;
3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題;
2.擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路);
3.本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果。
三、論文(設(shè)計)工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));
2.論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃。
四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料,并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合,形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通順,較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文(設(shè)計)工作開始后的前四周內(nèi)完成;
2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過;
3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生,須重做或補(bǔ)做合格后,方能繼續(xù)論文(設(shè)計)工作,否則不允許參加答辯;
4.開題報告通過后,原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師;
5.開題報告的內(nèi)容,要求打印并裝訂成冊(部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上,但封面需按統(tǒng)一格式打?。?
一、選題依據(jù)1.論文(設(shè)計)題目
沖床自動卸料機(jī)械手的設(shè)計
2. 研究領(lǐng)域
機(jī)械手技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù),本課題研究領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)械手,機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。
3. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
本方案設(shè)計的是傳統(tǒng)的工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手中的沖床卸料機(jī)械手。在機(jī)電液一體化的大規(guī)模發(fā)展中,高強(qiáng)度,高精度的工作已經(jīng)不是很適合人工進(jìn)行,因此,工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生,工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成,是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。
沖床沖壓頻率約為 40 次/分,每一次進(jìn)給、沖壓、卸料的時間約為 1.5s,具體到卸料的時間應(yīng)小于 1s,系統(tǒng)需要快速響應(yīng),另外,系統(tǒng)需要將沖壓件從沖模中取出至某一特定位置,有位置精度要求。作為機(jī)械加工生產(chǎn),為了降低成本,提高生產(chǎn)效率,必須是首要考慮的因素。從沖床的整個加工最后生成產(chǎn)品的整個過程當(dāng)中,卸料所占的時間比例較多,我們可以從卸料環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn),達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工,依靠工人手工進(jìn)行卸料,其勞動量大動作單一,很容易造成工人的疲勞,從而發(fā)生危險的事故。設(shè)計一個自動卸料機(jī)械手,即降低了生產(chǎn)成本,又提高了生產(chǎn)效率,還能夠避免加工當(dāng)由于手工操作不當(dāng)引起的中工件誤差。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
機(jī)器人的研究進(jìn)程可以分成三個階段:(1)第一代機(jī)器人
第一代機(jī)器人具有示教在線功能,或具有可編程的 NC 裝置,但對外部信息不具備反饋能力。
(2)第二代機(jī)器人
第二代機(jī)器人不僅具有內(nèi)部傳感器而且具有外部傳感器,能獲取外部環(huán)境信息。雖然沒有應(yīng)用人工智能技術(shù),但是能進(jìn)行機(jī)器人—環(huán)境交互,具有在線自適應(yīng)能力。例如,機(jī)器人從運(yùn)動著的傳送帶上送來的零件中抓取零件并送到加工設(shè)備上。因?yàn)樗蛠淼拿恳粋€零件具體位置和姿態(tài)是隨意的、不同的,要完成上述作業(yè)必須被抓取零件狀態(tài)的在線信息。
(3)第三代機(jī)器人
第三代機(jī)器人具有多種智能傳感器,能感知和領(lǐng)會外部環(huán)境信息,包括具有理解像人下達(dá)語言指令這樣的能力。能進(jìn)行學(xué)習(xí),具有決策上的自治能力。
工業(yè)機(jī)械手作為機(jī)器人的一種,目前,工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代,主要依靠工人進(jìn)行控制;改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。近 20 年來,氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬,尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合,使整個系統(tǒng)自動化程度更高,控制方式更靈活,性能更加可靠;氣動機(jī)械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展,對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求;微電子技術(shù)的引入,促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制,控制精度不斷提高;由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn),國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。
機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多,發(fā)展也很快。目前主要用于注塑輔機(jī)上自動取出產(chǎn)品、機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料,以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè),它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時,即能更正并自行檢測,重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。
近幾年來,隨著自動化工業(yè)的不斷發(fā)展,機(jī)械手也將隨之壯大起來.在未來幾年里它的發(fā)展趨勢如下也越來越明顯,可以歸納以下幾點(diǎn):
(1)工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)。(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)械手整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)械手產(chǎn)品問市。
(3)工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
(4)傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機(jī)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機(jī)械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制,如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)械手。
(6)當(dāng)代遙控機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與機(jī)械手的人機(jī)交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng),使智能機(jī)械手走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題
(1)沖床自動卸料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和控制系統(tǒng)設(shè)計;(2)自動卸料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)設(shè)計;(3)自動卸料機(jī)械手回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計;
2.擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)
(1)沖床自動卸料機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計;(2)沖床自動卸料機(jī)械手的控制部分設(shè)計;
(3)有關(guān)參數(shù)的設(shè)定、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件設(shè)計等領(lǐng)域。
3.本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
結(jié)構(gòu)部分完成機(jī)械手的圖紙繪制,編寫設(shè)計說明書??刂撇糠滞瓿稍韴D和設(shè)計說明書。設(shè)計出的機(jī)械手,應(yīng)能達(dá)到結(jié)構(gòu)合理、可靠性高、抗干擾能力高、效率高的特點(diǎn)。
通過做此設(shè)計希望學(xué)到更多的專業(yè)知識,并對先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)做更多學(xué)習(xí),對以后的工作有較大的幫助。即使本設(shè)計在實(shí)際生產(chǎn)上暫不可行,但在理論上應(yīng)該盡量正確。
三、論文(設(shè)計)工作安排1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù))
因?yàn)闆_床采用上出料模具的工作方式,通過運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、液壓傳動、控制工程等)完成各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)原理設(shè)計。
對開展工作作技術(shù)可行性分析先做結(jié)構(gòu)設(shè)計,確保結(jié)構(gòu)合理后,完成控制系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計經(jīng)濟(jì)無污染,適合在工廠中廣泛應(yīng)用。
2.論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃
第一周:了解設(shè)計的內(nèi)容和要求,查閱資料,了解課題內(nèi)容;第二周:查閱資料,撰寫開題報告,確定慰問翻譯文章;第三周:修改開題報告,撰寫文獻(xiàn)綜述;第四周:開題答辯,完成外文翻譯;
第五周:了解工業(yè)機(jī)械手功能和結(jié)構(gòu),提出自動卸料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案;第六周:關(guān)鍵參數(shù)計算和選擇;第七周:結(jié)合設(shè)計方案,細(xì)化參數(shù)選擇和計算;第八周:升降機(jī)構(gòu)設(shè)計;第九周:升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計:
第十周:回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計,中期檢查;第十一周:回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計;
第十二周:自動卸料機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計;第十三周:自動卸料機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計;第十四周:整理設(shè)計資料,編寫設(shè)計說明書;第十五周:修改完善設(shè)計說明書,準(zhǔn)備答辯;第十六周:修改完善整套設(shè)計,答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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文獻(xiàn)綜述
一、工業(yè)機(jī)械手的工作原理機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一種,工業(yè)機(jī)器人是由三大部分六個子系統(tǒng)組成。三大部分
是:機(jī)械部分、傳感部分、控制是部分。六個子系統(tǒng)是:驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人—環(huán)境交互系統(tǒng)、人—機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(U.S.RIA)提出的工業(yè)機(jī)器人的定義為:“工業(yè)機(jī)器人是用來進(jìn)行搬運(yùn)材料、零件、工具等可再編程的多功能機(jī)械手,或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置?!庇纱丝梢缘贸龉I(yè)機(jī)器人具有可編程、擬人化、通用性、機(jī)電一體化的顯著特點(diǎn)。作為機(jī)器人其中一種的工業(yè)機(jī)械手,能模仿人手和臂的某些動作功能,按照固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人,它可代替繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化,能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全。
二、工業(yè)機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)其主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、和控制系統(tǒng)三大部分組成。
(1)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以分為手部、手臂和軀干等三部分。手部一般安裝在手臂的前端其構(gòu)造是模仿人的手指。手臂可以分為無關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂,其主要作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件,并運(yùn)送到所需要的位置上。軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。
(2)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種:液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動。其中以液壓、氣動用的最多,電動和機(jī)械用的較少。
(3)機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動作時間、運(yùn)動時間、運(yùn)動速度和加減速度等。機(jī)械手的控制可以分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制、力控制和智能控制方式等。
三、工業(yè)機(jī)械手的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢工業(yè)機(jī)械手作為機(jī)器人的一種,目前,工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代,主要依
靠工人進(jìn)行控制;改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。近 20 年來,氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬,尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合,使整個系統(tǒng)自動化程度更高,控制方式更靈活,性能更加可靠;氣動機(jī)械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展,對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求;微電子技術(shù)的引入,促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制,控制精度不斷提高;由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn),國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。
機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多,發(fā)展也很快。目前主要用于注塑輔機(jī)上自動取出產(chǎn)品、機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料,以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè),它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時,即能更正并自行檢測,重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。在未來幾年里它的發(fā)展趨勢如下也越來越明顯,可以歸納以下幾點(diǎn):
(1)工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)。(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)械手整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)械手產(chǎn)品問市。
(3)工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
(4)傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機(jī)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機(jī)械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制,如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)械手。
(6)當(dāng)代遙控機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與機(jī)械手的人機(jī)交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng),使智能機(jī)械手走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。
四、本課題研究內(nèi)容
要設(shè)計沖床自動卸料機(jī)械手,就首先要了解沖壓工作原理和特點(diǎn)。通常的沖壓都在常溫下進(jìn)行的,所以我們稱之為冷沖壓。冷沖壓是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需要零件的一種壓力加工方法。這種方法既可以加工金屬材料,又可以加工非金屬材料和復(fù)合材料。
冷沖壓生產(chǎn)過程的主要特征是依靠沖模和沖壓設(shè)備完成加工,便于實(shí)現(xiàn)自動化,生產(chǎn)率很高,操作簡便。所獲得的零件一般不需要再進(jìn)行切削加工,它是一種節(jié)省能源、節(jié)省材料的無屑加工方法。由于沖件的尺寸公差由沖模來保證,所以產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定,互換性好。冷沖壓在大批量工業(yè)生產(chǎn)中,應(yīng)用十分廣泛,而且越來越多的工業(yè)部門采用冷沖壓進(jìn)行加工產(chǎn)品,其比重也越來越大。
為了提高生產(chǎn)的效率,降低成本,除了從機(jī)床本身進(jìn)行改進(jìn)之外,還有其他簡單可行的方案,那就是將上下料的過程從人工改為機(jī)械手去自動上下料。而且機(jī)械手代替人手,杜絕了在機(jī)械加工過程中由于操作不當(dāng),而發(fā)生的傷人事故。從長期來講,大大的降低了人工的成本。
本課題所研究的,就是為了提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)半自動化所設(shè)計的一個與沖床機(jī)身相連的工業(yè)機(jī)械手。本次機(jī)械手的設(shè)計更多的偏向于機(jī)構(gòu)的設(shè)計,再通過驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng),達(dá)到卸料的目的。
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