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任務(wù)書 論文(設(shè)計)題目：立式精鍛機自動上料機械手三維設(shè)計 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月20日 1.選題依據(jù): 本課題研究的機械手主要用于立式精鍛機，針對軸類零件精鍛自動生產(chǎn)線，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在JD100立式精鍛機前 ，要求機械手抓取工件時，滿足被握持的工件形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等要求。 2.論文要求(設(shè)計參數(shù)): 1）抓重：60公斤 2）坐標形式：圓柱坐標 3）自由度數(shù)：4個 4）最大工作半徑：1700mm 5）手臂最大中心高：2300mm 6）手臂運動參數(shù)： 手臂伸縮范圍 0-500mm 手臂伸縮速度 伸出176mm/s 縮回233mm/s 0-600mm手臂升降速度 上升100mm/s 下降150mm/s 手臂升降范圍 0-600mm 手臂回轉(zhuǎn)范圍 0-200（實際使用為95 ） 手 臂 回 轉(zhuǎn) 速 度 60°/s 7）手腕運動參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍：0-180° 手腕回轉(zhuǎn)速度：201°/s 3.個人工作重點: 采用三維設(shè)計軟件完成立式精鍛機自動上料機械手的設(shè)計，包括機械手總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械手手部、腕部、臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械手升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時編寫設(shè)計說明書，完成英文翻譯工作。 4.時間安排及應(yīng)完成的工作: 第1周：布置畢設(shè)任務(wù) 第2周：根據(jù)題目查閱文獻第3周：準備開題報告材料 第4周：撰寫開題報告，準備開題答辯第5周： 查閱文獻進行方案設(shè)計 第6周：根據(jù)方案完成結(jié)構(gòu)設(shè)計第7周：零件三維設(shè)計和建模第8周：零件三維設(shè)計和建模第9周：零件三維設(shè)計和建模 第10周：將三維零件進行裝配，完成裝配圖第11周：完善裝配圖和零件圖 第12周：完成設(shè)計說明書和英文翻譯第13周：完善設(shè)計說明書和英文翻譯第14周：上交材料，答辯 5.應(yīng)閱讀的基本文獻: [1]天津大學(xué)編寫組編. 工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ). 天津：科學(xué)技術(shù)出版社 [2]徐元昌．工業(yè)機器人[M]，北京：中國輕工業(yè)出版社，1986：1-97. [3]中國機械工程學(xué)會塑性工程學(xué)會．鍛壓手冊[M]，第3冊，北京：機械工業(yè)出版社 ，2007：641-688． [4]李允文．工業(yè)機械手設(shè)計[M]，機械工業(yè)出版社，1996.5. [5]孫志禮等. 機械設(shè)計[M]. 沈陽: 東北大學(xué)出版社. [6]齊進凱. 氣動機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析及控制的研究[D].東華大學(xué),2006. [7]陳幼平，馬志艷，袁楚明，周祖德．六自由度機械手三維運動仿真研究[J]，計算機應(yīng) 用研究，2006（6）P205-207． [8]賀煒，李劍玲，丁毅，李體仁，夏田．立臥兩用凸輪式換刀機械手的設(shè)計[J]，機械制 造，2003（7）． [9]嚴學(xué)高，孟正大.機器人原理.南京:東南大學(xué)出版社，1992 [10]邢啟恩,宋成芳著. SolidWorks 2008 三維設(shè)計基礎(chǔ)與典型范例. 北京:電子工業(yè)出版社 ,2008,5. 指導(dǎo)教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年12月14日 教學(xué)指導(dǎo)分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年12月15日 學(xué)院公章 進度檢查表 第 -1 周 工作進展情況 選定課題：立式精鍛機自動上下料機械手三維設(shè)計，同時對于課題進行一定的熟悉，了解其功能。并根據(jù)課題查閱關(guān)于自動上下料機械手的相關(guān)參考文獻，了解機械手的作用以及其應(yīng)用、發(fā)展趨勢。定下設(shè)計參數(shù)與初步的結(jié)構(gòu)選定方案，同時撰寫本課題開題報告，進行開題報告的答辯。 2018年01月10日 指導(dǎo)教師意見 根據(jù)課題查閱關(guān)于自動上下料機械手的相關(guān)參考文獻，了解了機械手的作用以及其應(yīng)用、發(fā)展趨勢，掌握了立式精鍛機自動上下料機械手的有關(guān)內(nèi)容，技術(shù)路線可行，時間進度安排合理，較好地完成了開題階段的任務(wù)。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年01月11日 第 2 周 工作進展情況 查閱相關(guān)資料，并初步設(shè)計自動上料機械手的回轉(zhuǎn)定位結(jié)構(gòu)，手臂伸縮 、升降結(jié)構(gòu)、手腕和夾緊結(jié)構(gòu)以及中間座結(jié)構(gòu)的基本方案，并進行二維零件圖以及裝配圖初步繪制，撰寫設(shè)計說明書至方案設(shè)計部分 2018年01月10日 指導(dǎo)教師意見 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計進度計劃，初步設(shè)計了自動上料機械手的回轉(zhuǎn)定位結(jié)構(gòu)、手臂伸縮、升降結(jié)構(gòu)、手腕和夾緊結(jié)構(gòu)以及中間座結(jié)構(gòu)的基本方案，撰寫設(shè)計說明書此部分初稿，并進行了二維零件圖以及裝配圖初步繪制，完成了進度計劃相關(guān)部分。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年03月16日 第 5 周 工作進展情況 完成液壓原理圖，機械手中間部件裝配圖，機械手手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、夾持式手部、手腕部件以及油缸的二維裝配圖。對機械手的夾持式手部作受力計算分析并且得出夾緊力，利用夾緊力算出夾緊缸尺寸；計算安全力矩得出液壓缸所需壓力。并初步進行機械手各結(jié)構(gòu)的三維建模。 2018年04月10日 指導(dǎo)教師意見 根據(jù)畢設(shè)任務(wù)計劃，完成了液壓原理圖、機械手中間部件裝配圖，機械手手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、夾持式手部、手腕部件以及油缸的二維裝配圖。進行了機械手的夾持式手部作受力計算，并初步進行機械手各結(jié)構(gòu)的三維建模。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月11日 第 8 周 工作進展情況 完成所有二維裝配圖紙，液壓原理圖紙。設(shè)計并校核完機械手的零部件及各結(jié)構(gòu)的分析，并繪制完成機械手大部分的零部件的三維建模， 完成立式精鍛機自動上料機械手的設(shè)計說明書初稿。 2018年05月01日 指導(dǎo)教師意見 完成了二維裝配圖紙、液壓原理圖紙；完成了機械手的零部件及各結(jié)構(gòu)的校核；完成了機械手手腕和手部零部件的三維建模；完成了立式精鍛機自動上料機械手的設(shè)計說明書初稿。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年05月02日 第 11 周 工作進展情況 完成機械手所有的三維裝配以及所有的二維圖紙，立式精鍛機自動上料機械手三維設(shè)計說明書撰寫完畢，英文文獻翻譯完畢。 2018年05月19日 指導(dǎo)教師意見 完成機械手所有零部件的三維裝配體，生成了二維圖紙，完成設(shè)計說明書和英文文獻翻譯。準備畢業(yè)答辯。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年05月21日 第周 工作進展情況 年 月 日 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日 過程管理評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 3 遵守紀律 自覺遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，主動聯(lián)系指導(dǎo)教師,接受指導(dǎo) 3 2 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 3 任務(wù)完成 按時、圓滿完成各項工作任務(wù) 4 4 過程管理評分合計 12 過程管 理評語 該生在畢業(yè)設(shè)計過程中態(tài)度認真，刻苦努力，積極主動地分析問題和解決問題，主動聯(lián)系指導(dǎo)老師，遇到問題，積極主動地查閱資料，并能解決問題。通過查閱相關(guān)文獻資料，很好地完成了開題報告，開題報告內(nèi)容詳實，論述清晰，格式規(guī)范，同時很好地完成了文獻綜述。從方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維建模整個畢設(shè)過程，都能夠獨立思考，認真完成了中期檢查，符合進度計劃的要求。設(shè)計說明書論述清晰，分析、計算過程準確，結(jié)構(gòu)合理，很好地完成了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 指導(dǎo)教師簽字:XX 日期:2018-05-22 指導(dǎo)教師評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 3 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 指導(dǎo)教師評分合計 14 指導(dǎo)教 師評語 XX同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計題目符合培養(yǎng)目標要求，具有研究價值和實踐意義，難度適宜，工作量飽滿，有一定的創(chuàng)新性。該生有較強的綜合運用知識能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力、科研方法運用能力和分析問題解決問題的能力。論文文題相符，概念準確，分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理，結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)合理，撰寫格式、圖表等符合規(guī)范要求，論述清晰，該生具有中文表達與外語能力。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，該生態(tài)度較為端正，按時完成階段性任務(wù)，同意該生參加畢業(yè)答辯。 指導(dǎo)教師簽字:XX 日期:2018-05-22 評閱人評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 3 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 評閱人評分合計 14 評閱人 評語 論文以立式精鍛機自動上料機械手為設(shè)計內(nèi)容，主要完成了機械手的機械結(jié)構(gòu)和液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計。論文選題具有較高的工程應(yīng)用價值，題目難度適中，工作量飽滿。論文的設(shè)計思路清晰，計算流程較為完備，表明該生具有比較扎實的專業(yè)知識基礎(chǔ)，具備應(yīng)用專業(yè)知識解決實際工程問題的能力。論文文字表述流暢，文獻分析合理，軟件使用熟練。論文計算準確，流程完整，結(jié)果合理，設(shè)計過程較為完備。論文結(jié)構(gòu)明晰，寫作規(guī)范，圖表詳細，符合論文寫作規(guī)范。該生已達到本科生培養(yǎng)目標要求，建議準予答辯。 評閱人簽字：XX評閱人工作單位：XX日期：2018-05-22 答辯紀錄 學(xué)生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設(shè)計)題目： 立式精鍛機自動上料機械手三維設(shè)計 答辯時間：2018年05月 日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 委 員(組 員)： XX XX 辯小組)成員 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：圖上零件運動關(guān)系是怎樣的？主從運動是什么？ 回 答： 定位油缸進行定位，定位后，手臂伸出并回轉(zhuǎn)，通過液壓系統(tǒng)帶動夾鉗式手部進行工件夾取 主運動為手臂運動，從運動為手部運動。 問題2：說明圖內(nèi)的運作原理，順序 回 答： 定位油缸帶動手臂伸縮機構(gòu)，手臂移動之后手腕回轉(zhuǎn)，再進行手爪的抓取 問題3：裝配圖中方框的含義是什么 回 答： 在進行繪制時，由于使用復(fù)制命令，沒有復(fù)制原方框，導(dǎo)致此處方框無意義。是畫圖的失誤，抱歉。 問題4：軸的軸向是如何固定的 回 答： 利用一對滾動軸承進行定位問題5：ф12H7是什么意義 回 答： 孔的直徑為12mm，基孔制配合，公差為7級 記錄人： 2018年05月24日 答辯委員會評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 自述總結(jié) 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 7 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 7 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應(yīng)用能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 10 7 答辯委員會評分合計 32 答辯委員會評語 XX同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計工作期間，工作努力，態(tài)度比較認真，能遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析無原則性的錯誤，解決問題方案比較實用，結(jié)論正確。 論文使用的概念正確，語句通順，條理比較清楚。 論文中使用的圖表，設(shè)計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關(guān)標準，基本規(guī)范。 能夠獨立查閱文獻，外語應(yīng)用能力一般，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結(jié)論準確可靠。 答辯過程中，能夠簡明地闡述論文的主要內(nèi)容，回答問題基本正確，但缺乏深入地分析。 答辯成績： 32 答辯委員會主任： XX 2018年05月30日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 12 指導(dǎo)教師評分 14 評閱人評分 14 答辯委員會評分 32 總分 72 成績等級 C 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 審核人簽章： XX 附錄一 外文譯文 機械手生產(chǎn)設(shè)計的進化和發(fā)展 摘要 信息物理系統(tǒng)的出現(xiàn)已經(jīng)在機器人協(xié)作制造的背景下提高了利用率。完成這樣要求的一種方法是通過制造更便宜的，更加容易制造的機器人，它們能夠通過中小企業(yè)進行制造。為了解決這個問題，本實驗利用了快速原型機制造技術(shù)開發(fā)能夠通過信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)的可定制機器人操作器。因此，本研究有助于設(shè)計連接型和快速原型機器人。這種方法同時考慮了實現(xiàn)機器人機械手所需的軟件和硬件的發(fā)展。此外，生成設(shè)計，一種被用來進化和人工智能為基礎(chǔ)的方法，用于設(shè)計機器人關(guān)節(jié)之間的鏈接模塊。該組件已被定義為理想的設(shè)計并且通過此方法，它可以有利于與快速原型耦合的生成設(shè)計方法的大部分。本文還探討了基于因特網(wǎng)控制技術(shù)的機器人機械手的控制結(jié)構(gòu)在信息物理系統(tǒng)中的貫徹。 1.介紹 1.1信息物理系統(tǒng) CPPS由自主合作系統(tǒng)（例如智能機器）和子系統(tǒng)（例如智能工廠）組成。它們依靠著情境而來互相聯(lián)系。在所有生產(chǎn)層次上，從過程級到工廠級和生產(chǎn)級。 實施CPPS的主要驅(qū)動因素之一是生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)適應(yīng)性和進化的需要，不斷變化的生產(chǎn)系統(tǒng)需求可以追溯其起源于易變的客戶行為和不斷發(fā)展的產(chǎn)品。 需要適應(yīng)顧客的需要也就暗示著生產(chǎn)系統(tǒng)需要利用有高效率的生產(chǎn)系統(tǒng)同時也適應(yīng)制造環(huán)境的需要。由于機器人提供高效率和精確性，同時不犧牲靈活性，信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)的出現(xiàn)帶來了機器人的增加利用。也就是說，隨著協(xié)作和連接機器人的出現(xiàn)，機器人的發(fā)展趨勢正在發(fā)生變化。這一趨勢在達沃斯世界經(jīng)濟論壇上也得到了強調(diào)，它將先進的機器人識別為工業(yè)4.0背后的主要技術(shù)驅(qū)動力之一。 1.2合作和可聯(lián)系的機器人技術(shù) 這就是說，這并不意味著人類將完全從車間中移除。事實上，在詳細的研究和實驗的基礎(chǔ)上，菲佛認為，在將來的車間內(nèi)，人類的經(jīng)驗將仍然是需要的。由此可見，人類和機器人在制造業(yè)合作的需求將在未來幾年內(nèi)增加。為了證實這一說法，布魯斯對機器人公司的關(guān)鍵管理者進行了討論，并基于這種CIN對這種日益增長的需求的反應(yīng)，實際上可以看出所有主要機器人制造商是如何引入他們的陣容的。 為了在CPPS中貫徹實施，這些機器人需要容易地連接到控制制造操作的控制系統(tǒng)。CPPS的核心是分散或局部控制。這種本地化的CPPS是通過使用具有嵌入式處理和聯(lián)網(wǎng)能力的機器來實現(xiàn)的。這些能力擁有著分布式認知控制的第三個特性。這種分布式控制越來越受歡迎，具有使用認知處理來分析從機器傳感器收集的數(shù)據(jù)的能力，這允許對CPPS控制的分散。 持續(xù)適應(yīng)的需求也推動了實施插裝生產(chǎn)概念方法的發(fā)展。插裝生產(chǎn)允許根據(jù)生產(chǎn)需要從生產(chǎn)系統(tǒng)中添加和移除生產(chǎn)系統(tǒng)的不同元件。 這種插頭和生產(chǎn)的概念也允許模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)。正如幾位作者所解釋的，Schleipen等人、OnRi和MaEDA。插裝的概念不僅必須支持機械功能，而且還需要開發(fā)新的和改進的軟件和控制范例。 1.3機器人的民主化 大公司有專門的開發(fā)團隊，也有實現(xiàn)這些技術(shù)的投資潛力。據(jù)國際機器人聯(lián)盟(International Federation for Robotics)報道，2015年全球機器人銷量增長了15%，達到253,748臺，創(chuàng)造了一年以來的最高水平。 這些先進的制造技術(shù)同樣也不能被說成中小企業(yè)，盡管中小企業(yè)比大公司占了最大的比例。因此，如果正如Sommer所描述的那樣，中小企業(yè)并不是工業(yè)4.0的第一個受害者，那么就有必要使機器人技術(shù)的使用民主化。 技術(shù)的民主化是指更多的人快速獲得技術(shù)的過程。滿足這一需求的一種方法是通過開發(fā)更廉價和更可定制的機器人來促進機器人的實現(xiàn)，這些機器人可以很容易地由中小型企業(yè)實現(xiàn)。 由于中小型企業(yè)對工業(yè)4.0技術(shù)的投資意愿較低，提供更便宜的機器人可能會增加機器人的使用。此外，使機器人易于連接和訓(xùn)練也可以解決中小型企業(yè)對機器人使用和實現(xiàn)的任何保留。這些方法同時提供了一個機器人平臺的可能性，可以為中小企業(yè)廣泛變化的需求定制，也會增加機器人技術(shù)和工業(yè)4.0技術(shù)。 1.4實驗?zāi)繕? 為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，本研究旨在利用快速原型技術(shù)開發(fā)可定制的機器人操作器，這些技術(shù)可以在信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)中實現(xiàn)。為了盡量減少機械手的重量和成本，這種方法利用了一種生成設(shè)計技術(shù)來設(shè)計機器人關(guān)節(jié)之間的連接。生成設(shè)計是一種進化和人工智能方法，并在第2節(jié)中進一步討論。其他處理類似的方法也在第3節(jié)中提出。第4節(jié)描述了用于開發(fā)機器人機械手的方法。第5節(jié)給出原型設(shè)計和實現(xiàn)。本研究的結(jié)論和未來工作將在第6節(jié)提出。 2 生成設(shè)計 生成設(shè)計并不是一個新概念，它有時被稱為進化設(shè)計，它指的是在這個計算過程中使用的搜索技術(shù)和進化算法。在參考文獻[11]中，本特利和韋克菲爾德描述了一個原型設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一種遺傳算法從零起點進化出新的概念設(shè)計。在這種方法中，原型系統(tǒng)創(chuàng)建了新的設(shè)計，并使用遺傳算法對這些設(shè)計進行迭代優(yōu)化。遺傳算法利用了這些原理。在自然中發(fā)現(xiàn)的進化首先產(chǎn)生一個解決方案，然后“復(fù)制”最適合的解決方案。通過隨機交叉和變異操作將這些適合父母的基因型組合起來，生成后代。賓利和韋克菲爾德的設(shè)計系統(tǒng)由三個要素組成: 在設(shè)計過程中，適當?shù)乇硎緦嶓w對象，使計算機能夠有效地操縱候選設(shè)計。 xA改進的遺傳算法從零進化出這樣的代表設(shè)計。 xEvaluation軟件指導(dǎo)演進過程。 正如參考文獻[12]所解釋的，概念設(shè)計過程可以作為一個優(yōu)化過程提出。為了達到一個解決方案并確定一組規(guī)則，以評估針對特定設(shè)計問題的解決方案的適用性。這些方法充分利用了進化計算的創(chuàng)造性，以便發(fā)現(xiàn)可能沒有被人類設(shè)計者發(fā)現(xiàn)的解決方案。因此，這種設(shè)計技術(shù)可以用來提高設(shè)計開發(fā)對人類設(shè)計師的支持，同時在設(shè)計過程的中心保持設(shè)計師。Krish在其生成設(shè)計過程中也描述了這種協(xié)同開發(fā)方法。Krish解釋了設(shè)計師如何明確定義約束信封，其中定義了解決方案的幾何可行性。正如Sun等人所解釋的，使用這種進化技術(shù)進行設(shè)計自動化不僅可以提高設(shè)計的功能，而且還可以減少開發(fā)時間，降低成本，特別是在設(shè)計復(fù)雜組件時。 3 當前發(fā)展狀況 在本節(jié)中，作者展示了與本研究主題相關(guān)的藝術(shù)狀態(tài)。使用生成設(shè)計。生成設(shè)計的一個應(yīng)用在一個具有相對復(fù)雜特征的典型微球端銑刀的設(shè)計中得到了解釋。通過生成設(shè)計方法對該產(chǎn)品進行分析，生成所需運動軸的數(shù)量和性質(zhì)。本研究在設(shè)計一種新型五軸激光機的過程中進行了分析。 另一個應(yīng)用是Lee的一個進化系統(tǒng)用于自動機器人設(shè)計。這項工作探索了不同的設(shè)計問題，從機器人的簡單行為控制器，到復(fù)雜的行為控制器，最后是完成一個完整的機器人系統(tǒng)，包括控制器和物理結(jié)構(gòu)。 生成設(shè)計的一個有趣的應(yīng)用是Saravanan等人在機器人夾子的設(shè)計中獲得了最優(yōu)的幾何尺寸?；谒麄儗嶒灥某晒?，本研究的作者得出結(jié)論，這項工作為進一步研究如何利用智能技術(shù)解決復(fù)雜的工程優(yōu)化問題打開了方便之門。 生成設(shè)計也被用來優(yōu)化3D打印應(yīng)用。其中一種方法是asadio - eydivand等在骨組織工程中使用3D打印支架。本研究成功地利用進化算法探索不同的3D打印參數(shù)。 正如Onal等人所解釋的那樣，打印機器人的能力為現(xiàn)代的、真實的機器人應(yīng)用程序引入了一種快速且低成本的制造方法。采用3D打印技術(shù)開發(fā)基于折紙結(jié)構(gòu)的機器人。雖然這些機器人目前還沒有合適的工業(yè)應(yīng)用，但它們展示了3D打印技術(shù)的實用性，以成本效益的方式打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同時為新的創(chuàng)新設(shè)計打開了大門。 Bulgarelli等也采用了類似的方法，開發(fā)了一種低成本、開源的3D打印技術(shù)的機器人手。本研究采用的一種有趣的方法是，開發(fā)的硬件和軟件都是在線提供的，以促進社區(qū)的進一步改進。開源社區(qū)為了促進機器人的民主化。Armesto等實際上認為，3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用使機器人社區(qū)有機會接觸到更廣泛的公眾。本研究實際上提出了一種用于工程教育的低成本可打印機器人的設(shè)計。 在文獻綜述中，作者可以得出結(jié)論，沒有辦法將3D打印的機器人與在CPPS中使用的生成設(shè)計方法結(jié)合起來。如第1節(jié)所述，這種方法將降低實現(xiàn)成本，從而維持機器人的民主化，從而支持中小型企業(yè)執(zhí)行CPPS。 4 支撐著生成設(shè)計的過程 為了保證CPPS的即插即用概念，需要使用一種方法來考慮信息網(wǎng)絡(luò)透視圖。因此，為了開發(fā)這樣的系統(tǒng)，需要采用一種方法。本文對幾種設(shè)計方法進行了綜述。雖然它們都突出了CPPS的多個透視圖，但這些都沒有說明從需求到最終設(shè)計的設(shè)計過程。這種缺乏CPPS的設(shè)計方法也得到了Fisher等人的強調(diào)。 因此，設(shè)計了基本的設(shè)計周期[26]。該設(shè)計過程如圖1所示，因此在本研究中使用，以開發(fā)網(wǎng)絡(luò)連接的機器人機械手。 CPPS設(shè)備的這個設(shè)計過程描述了從目標(需求)到方法(經(jīng)過批準的設(shè)計)的設(shè)計周期。在這一設(shè)計過程中，設(shè)計者可以利用人工智能的生成設(shè)計技術(shù)來自動化設(shè)計合成、模擬和評估活動。也就是說，這并不能消除設(shè)計過程中的設(shè)計師。本研究提供的設(shè)計過程是一個人在循環(huán)系統(tǒng)。因此，雖然設(shè)計過程的一些活動可能是自動化的，但最終決定批準設(shè)計的還是設(shè)計師。 圖1 一個CPPS設(shè)備的生成設(shè)計周期 此外，設(shè)計周期說明了在CPPS的合成設(shè)計過程中，物理和網(wǎng)絡(luò)組件是如何被考慮的。此外，為了滿足系統(tǒng)的要求，CPPS設(shè)備還必須使用可實現(xiàn)技術(shù)，如可配置性、模塊化、可診斷性和可連接性。 5 原型的設(shè)計和實現(xiàn) 5.1物理組件的設(shè)計 物理組件設(shè)計過程導(dǎo)致機器人機械手的物理接口。物理系統(tǒng)設(shè)計利用一組機器人關(guān)節(jié)模塊，其中一些模塊由一個鏈路模塊連接。機器人機械手一旦產(chǎn)生和裝配，本質(zhì)上就是一個鉸接機器人，如圖2所示。機械手是在關(guān)節(jié)模塊中使用步進電機驅(qū)動的。 5.1.1可構(gòu)成設(shè)計 為了滿足不同工業(yè)應(yīng)用的定制要求，通過選擇、添加和移除關(guān)節(jié)和鏈路模塊來配置物理機器人機械手設(shè)計。機器人機械手的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，其自由度為6。這意味著機械手是由六個關(guān)節(jié)組成的，每個關(guān)節(jié)都是一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。六自由度確保末端執(zhí)行器能夠到達機械手工作空間內(nèi)的任何位置和方向。采用不同的步進電機尺寸和齒輪比，以最大限度地提升1.5公斤的負荷。 5.1.2 3d打印設(shè)計 由于機器人的機械手主要是快速原型，在原型制作過程中需要考慮幾個因素和限制因素。融合沉積模型(FDM)和立體成像(SLA)作為快速成型的過程。這個過程是根據(jù)每個部分的幾何形狀來選擇的。其中一個側(cè)面有重要幾何形狀的部件是使用SLA的3D打印的，例如特別設(shè)計的齒輪。把重要的幾何形狀與支撐材料放在一起，對保持幾何形狀是很重要的。 圖2 機械手的裝配模型 另一方面，在一個側(cè)面有一個平面的部分是用FDM印刷的，那一面被放在了印刷床上。當3D打印部件在內(nèi)部和不可到達的部分需要支撐材料時，也鼓勵使用FDM。在這些情況下使用可溶性支架，使支架材料在后處理過程中易于移動。 在設(shè)計3D打印時，考慮的一個重要因素是重量的最小化。在使用CAD建模的同時，設(shè)計了幾個部件，以使壁厚達到最小。這第一步導(dǎo)致了尋找其他可能的減肥方法。這包括減少連接模塊的直徑，導(dǎo)致所有內(nèi)部部件也變得更小，因而更輕。 5.2生成設(shè)計 另一種減輕重量的方法是在不必要的大體積的零件上制造出洞。因此，如第1.4節(jié)所述，連接機器人關(guān)節(jié)的鏈接模塊是選擇性的，作為演示生成設(shè)計使用的理想案例研究。在Autodesk發(fā)明人CAD系統(tǒng)中使用形狀生成器函數(shù)實現(xiàn)了生成設(shè)計練習。 5.2.1構(gòu)建容量和設(shè)計約束 第一步是創(chuàng)建部件模型的構(gòu)建卷或近似。一個圓柱形的形狀被用作鏈接模塊的原始構(gòu)建卷。在定義了構(gòu)建卷之后，下一步是定義隔離區(qū)域。生成設(shè)計過程在創(chuàng)建引導(dǎo)形狀時不會修改這些區(qū)域。最后給出了應(yīng)用于該零件的約束和力。然后在自動模擬臨時設(shè)計解決方案時使用這些標準，以評估每個解決方案滿足設(shè)計需求的能力?；跈C器人機械手的設(shè)計，本案例研究使用的標準是在中軸線上可以承受的力。 圖3所示的模型說明了應(yīng)用于鏈路模塊的初始構(gòu)建量和設(shè)計約束。需要注意的是，這個物理組件的設(shè)計是為了通過電力驅(qū)動的線路而需要的隔離區(qū)域。 5.2.2形狀的生成 根據(jù)指定的設(shè)計標準，在Autodesk Inventor中運行了一個形狀生成器研究。該算法生成的網(wǎng)格如圖4所示。 圖3 生成設(shè)計約束 圖4 由生成設(shè)計過程產(chǎn)生的網(wǎng)格 網(wǎng)格可以作為設(shè)計者的指導(dǎo)。 通過剪切、擠壓和其他特性編輯來修改構(gòu)建卷模型。設(shè)計師的編輯改變了。 從近似到組件設(shè)計的生成設(shè)計。 5.2.3結(jié)果 生成設(shè)計練習的結(jié)果如圖5所示。這種設(shè)計保持了相同的結(jié)構(gòu)完整性，但在重量和建造時間上都大大減少了，因此也降低了機器人操縱器的整體成本。 5.3 網(wǎng)絡(luò)組件設(shè)計 5.3.1要求 該設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計目標是鼓勵與其他系統(tǒng)的集成，并鼓勵系統(tǒng)集成商進一步開發(fā)。集成必須以簡單和快速的方式在硬件和軟件領(lǐng)域進行。系統(tǒng)必須基于標準化或開源軟件控制和開發(fā)工具。為了維護一個民主的設(shè)計，控制硬件必須基于商業(yè)上的貨架部件(COTS)，從而實現(xiàn)低成本的解決方案。 圖5 生成設(shè)計的訓(xùn)練結(jié)果 5.3.2工業(yè)因特網(wǎng) 基于因特網(wǎng)硬件的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)作為控制系統(tǒng)的骨干。有多個相關(guān)的工業(yè)因特網(wǎng)協(xié)議，為這個解決方案選擇的是EtherCAT。 EtherCAT是一個基于標準因特網(wǎng)物理層(Ethernet PHY)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是確定性的，可以在實時環(huán)境中使用。它支持比其他工業(yè)網(wǎng)絡(luò)更短的周期，這使得它適合運動控制應(yīng)用。除了適當?shù)男阅?，EtherCAT還提供了其他因素，使它適合用于機器人技術(shù)民主化的系統(tǒng)。 當網(wǎng)絡(luò)建立在因特網(wǎng)的基礎(chǔ)上時，他們通常需要一個托管的網(wǎng)絡(luò)交換機，每一個EtherCAT設(shè)備都有兩個因特網(wǎng)PHYs，通過一個daisy鏈配置來連接它們，如果一個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲足夠的話，就可以消除對網(wǎng)絡(luò)交換機的需求。此外，EtherCAT的從屬設(shè)備負責控制網(wǎng)絡(luò)的時間，而不需要專門的主網(wǎng)絡(luò)控制器。因此，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中的主設(shè)備可以使用通用COTS Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)，從而降低實現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)的成本。使用標準的NIC可以通過使用任何具有基本以太網(wǎng)功能的設(shè)備來實現(xiàn)EtherCAT主機，這包括使用一個樹莓Pi，開發(fā)人員認為合適。EtherCAT是一種開源技術(shù)，它鼓勵開發(fā)硬件和軟件來使用這種技術(shù)。 5.3.3 機器人控制 如圖6所示，機器人控制器基于ATMega2560，通過Arduino/Genuino開發(fā)平臺開發(fā)。除了與Arduino開發(fā)解決方案所需的低成本之外，龐大的用戶群對各種項目做出貢獻，縮短和簡化了微控制器開發(fā)周期。 如圖6所示，單片機通過微芯片的LAN9252接口連接到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。 使用SPI通信的從設(shè)備的EtherCAT控制器?；贚AN9252的Arduino平臺的COTS附加組件(shield)是由AB&T Srl生產(chǎn)的。機器人控制器從它的EtherCAT主機接收聯(lián)合位置數(shù)據(jù)，然后從聯(lián)合位置轉(zhuǎn)換到所需的脈沖來驅(qū)動步進電機。 圖6 機械手的控制 6 結(jié)論 因此，該研究為設(shè)計連接的快速原型機械機器人提供了一種方法。這種方法考慮了實現(xiàn)機器人操作器所需的軟件和硬件開發(fā)。此外，這種方法演示了生成設(shè)計，一種進化和人工智能方法，來設(shè)計機器人關(guān)節(jié)之間的連接。 該鏈接模塊被認為是利用生成設(shè)計的優(yōu)點和快速原型設(shè)計的理想組件。本文還探討了一種基于以太網(wǎng)控制技術(shù)的機器人機械手控制結(jié)構(gòu)，用于網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)系統(tǒng)的實現(xiàn)。未來的工作將包括對機器人機械手的測試，以確定系統(tǒng)的準確性和重復(fù)性，并確定進一步改進的領(lǐng)域。 附錄二 外文原文 一、選題依據(jù) 1、論文（設(shè)計）題目 立式精鍛機自動上料機械手三維設(shè)計 2、研究領(lǐng)域 三維設(shè)計，機械設(shè)計，液壓傳動 3、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 我國國家標準(GB/T 12643-90)對機械手的定義：具有和人手臂相似的動作功能， 可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置。 機械手技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(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)，是當代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。 理論意義：其一，對于機器人的研制，尤其仿人機器人的研究應(yīng)用，必將對機器人行業(yè)起到積極的促進作用；其二，仿人機械手的研發(fā)隸屬于制造業(yè)，其研制成功與推廣，可以增加就業(yè)，創(chuàng)造經(jīng)濟價值；其三，其技術(shù)的實現(xiàn)可以促進制造業(yè)的信息化、自動化和產(chǎn)品的智能化，提升產(chǎn)品技術(shù)含量和附加值，從而促進我國制造業(yè)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。 應(yīng)用價值：機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展，機械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對其技術(shù)的不斷突破也變得日趨重要。目前，機械手的種類大至可按驅(qū)動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作代替人作業(yè)。 本課題研究的機械手主要用于立式精鍛機，針對軸類零件精鍛自動生產(chǎn)線，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前，要求機械手抓取工件時，滿足被握持的工件形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等要求。 4、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 工業(yè)機械手的第一次迅猛發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)，最早應(yīng)用在美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，時間大約是在上世紀 40 年代，它是一 10 種主從型的控制系統(tǒng)。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手?？刂葡到y(tǒng)有別于 40 年代的主從型而是示教型的；1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上， 研制出一種更新興的機械手，運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。這個機械手對機械手的發(fā)展有著深遠的意義， 日后的不少球面坐標式機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同一年該公司和普曼公司合并成重組為萬能制動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。雖然上述機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機械手發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在機械手得到一定程度的發(fā)展后，從 60 年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種 Unimation-Vic.arm 型工業(yè)機械手， 裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)起步較晚，比歐美要晚 30 年左右，起步于上世紀 70 年代，1972 年我國第一臺機械手在上海開發(fā)成功，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機械手。從第七個五年計劃開始，我國政府更加加大了對工業(yè)機器人的重視程度， 并且為此項目投入了大量的資金，在眾多學(xué)者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，其中有由北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機器人， 廣州機床研究所和北京機床研究所合作設(shè)計制造的點焊機器人，大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器等。 目前工業(yè)機械手在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，又便于更換工件，擴大應(yīng)用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、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。此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。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，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作時電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 隨著機械手的發(fā)展，人們也對機械手的應(yīng)用與發(fā)展提出了更高的要求，一是重復(fù)高精度，精度是指機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置密切相關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機械手到達同樣位置的精確程度。顯然， 重復(fù)精度比精度更重要；二是模塊化，有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向；三是無給油化，無給油化是個新提出的概念，主要是為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)， 構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長；四是機電氣一體化，機電氣一體化的核心思想在于發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制” 進到高度的“反饋控制”，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 機械手總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計，機械手驅(qū)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計，機械手手部、腕部、臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計，機械手升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，機械手的驅(qū)動控制。 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）選擇機械手基本形式； （2）采用合適的坐標式實現(xiàn)相關(guān)功能； （3）設(shè)計自動上料機械手的驅(qū)動機構(gòu)； （4）選定機械手手部抓取的方案、腕部的回轉(zhuǎn)范圍、速度及機構(gòu)的選定，臂部回轉(zhuǎn)，升降，伸縮的方案及結(jié)構(gòu)的選定； （5）對總體的布局及裝配設(shè)計； （6）對機械手內(nèi)的零件進行疲勞強度以及接觸應(yīng)力的安全系數(shù)校核。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 （1）一套完整的立式精鍛機自動上料機械手三維模型以及其二維零件圖、裝配圖 （2）一份立式精鍛機自動上料機械手的設(shè)計說明書 （3）一篇外文文獻翻譯 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)）； 采用三維設(shè)計軟件完成立式精鍛機自動上料機械手的設(shè)計，包括機械手總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械手手部、腕部、臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械手升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 本設(shè)計的機械手用于軸類零件精鍛自動生產(chǎn)線上，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前。設(shè)計參數(shù)： （1）抓重：60 公斤 （2）坐標形式：圓柱坐標 （3）自由度數(shù)：4 個 （4）最大工作半徑：1700mm （5）手臂最大中心高：2300mm （6）手臂運動參數(shù)： 手臂伸縮范圍 0-500mm 手臂伸縮速度 伸出 176mm/s 縮回 233mm/s 0-600mm 手臂升降速度 上升 100mm/s 下降 150mm/s 手臂升降范圍 0-600mm 手臂回轉(zhuǎn)范圍 0-200（實際使用為 95 ） 手臂回轉(zhuǎn)速度 60°/s （7）手腕運動參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍：0-180° 手腕回轉(zhuǎn)速度：201°/s 2. 論文（設(shè)計）進度計劃 第 1 周：布置畢業(yè)設(shè)計任務(wù)確定立式精鍛機自動上下料機械手三維設(shè)計的選題 第 2 周：根據(jù)立式精鍛機自動上下料機械手三維設(shè)計的課題查閱相關(guān)參考文獻 第 3 周：準備自動上下料機械手開題報告材料 第 4 周：撰寫本課題開題報告，準備開題答辯 第 5 周：查閱關(guān)于機械手的文獻并進行自動上下料機械手的方案設(shè)計 第 6 周：根據(jù)方案完成自動上下料機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 7 周：自動上下料機械手中部分零件三維設(shè)計和建模 第 8 周：自動上下料機械手中部分零件三維設(shè)計和建模 第 9 周：自動上下料機械手中部分零件三維設(shè)計和建模 第 10 周：將完成的機械手的三維零件進行裝配，完成自動上下料機械手裝配圖 第 11 周：完善并修改自動上下料機械手的裝配圖及其零件圖 第 12 周：完成自動上下料機械手的設(shè)計說明書和英文文獻的翻譯 第 13 周：完善并修改自動上下料機械手的設(shè)計說明書和英文文獻的翻譯 第 14 周：上交自動上下料機械手說明書，英文文獻的翻譯及其三維裝配圖、零件圖等所有材料，并進行論文答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 張俊.基于視覺定位的自動上下料機械手系統(tǒng)研究[D].石家莊:石家莊鐵道大學(xué),2012. [2] 郭洪武.淺析機械手的應(yīng)用和發(fā)展趨勢[J].中國西部科技,2012,11(10):3+12. [3] 馮崇.工業(yè)機器人運動分析及控制研究[D].洛陽:河南科技大學(xué),2015. [4] 吳振彪,王正家.工業(yè)機器人第二版[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006. [5] 劉奇.淺談工業(yè)機械手的設(shè)計措施[J].技術(shù)與市場,2017,24(11):178. [6] 張 金 萍 . 基 于 自 動 上 料 機 械 手 的 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 設(shè) 計 [J]. 制 造 業(yè) 自 動化,2013,35(21):153-156. [7] 歐洋,高禎,李連強.工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].工業(yè)控制計算機,2017,30(06):81-82. [8] 丁錦宏,張慧.可編程控制器在數(shù)控車床自動上料機械手中的應(yīng)用[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué) 院學(xué)報,2014,13(05):17-19. [9] 龔仲華.論工業(yè)機器人、數(shù)控機床和機械手[J].機床與液壓,2016,44(15):30-32+91. [10]熊幸明,曹才開.一種工業(yè)機械手的 PLC 控制[J].微計算機信息,2006,22(11):120-122. [11]李斌.鈑金沖壓自動上下料機械手的研究與開發(fā)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2017(02):49-50. [12]濮良貴,陳國定,吳立言.機械設(shè)計第九版[M].北京:高等教育出版社,2006. [13]王戰(zhàn)中,張俊,季紅艷.自動上下料機械手運動學(xué)分析及仿真[J].機械設(shè)計與制造,2012(05)： 244-246. [14]趙罘,楊曉晉,劉玥.SolidWorks 機械設(shè)計從零開始 2014 中文版[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014. [15] Alberto Brunete,Ernesto Gambao,Jukka Koskinen,Tapio Heikkil?,Stefan Anton.Hard material small-batch industrial machining robot[R].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.In press,corrected proof.Nov.17th,2017. [16] Ali Marwan,Milan Simic,Fadi Imad.Calibration method for articulated industrial robots[R].Procedia Computer Science.Volume 112,2017,1601-1610. [17] Alexandr Klimchik,Alexandre Ambiehl,Sébastien.Efficiency evaluation of robots in machining applications using industrial performance measure[R].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.Volume 48,December 2017,12-29. 附：文獻綜述或報告 文獻綜述 機械制造自動化是制造業(yè)在長期發(fā)展中追求的目標之一，采用自動化技術(shù)，不僅可以大大降低勞動強度，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，讓企業(yè)更加適應(yīng)市場，提高競爭力。因此，機械手便是機械制造自動化所追求的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。 機械手是指能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。目前， 機械手的種類大至可按驅(qū)動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展， 機械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對其技術(shù)的不斷突破也變得日趨重要， 隨著制造業(yè)發(fā)展,機器人技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍,勞動成本的增高和制造業(yè)自動化、智能化的進程加快進一步加快了工業(yè)機器人的研究和應(yīng)用。機械手由三大部分（機械部分，傳感部分，控制部分）及六個子系統(tǒng)（驅(qū)動系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，感受系統(tǒng)，機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)，人機交互系統(tǒng)，控制系統(tǒng)）所組成。 從 1960 年由通用電氣公司設(shè)計制造的造型為兩只手指的爪狀物開始，即為以后的各類機械手打下了基礎(chǔ)，到現(xiàn)在為止美國的宇航局(NASA)、哈佛大學(xué)和耶魯大學(xué)， 日本的東京大學(xué)在機械手的研究上都取得了不小的突破。我國機械手的研究比較晚但是也做了很多工作，國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)也研制出了多指靈巧手。尤其是哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所研制的“仿人型機器人靈巧手”，2006 年 5 月亮相德國慕尼黑國際機器人及自動化展覽會，以其精美的外觀、可靠的軟硬件系統(tǒng)等贏得了眾多參觀者的贊賞，并率先進入了國際市場。由此可見，目前多數(shù)國家和企業(yè)高校都在對仿人機械手進行研究與設(shè)計。 在對機械手進行設(shè)計時，首先要根據(jù)所得的參數(shù)進行設(shè)計。不同的驅(qū)動方式會有不同的使用功能，所產(chǎn)生的壓力大小，安全性能，氣動元件工作壓力高低也有差異。此外，還要充分考慮到維修便捷性，造價成本，操作產(chǎn)生的噪音等問題。傳統(tǒng)機械手大多采用機械傳動方式，由于機械式傳動系統(tǒng)中包含變速箱、驅(qū)動橋等體積較大部件使得機械手體積大、運動不穩(wěn)定。驅(qū)動方式一般分為液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動兩種，液壓傳動系統(tǒng)因具有體積小、重量輕、可以實現(xiàn)無級變速且調(diào)速范圍寬、低速穩(wěn)定性好等特點。但液壓驅(qū)動也存在缺點如密封問題較大、只適用于重載、低俗驅(qū)動的機器人等。氣壓驅(qū)動系統(tǒng)具有輸出功率大、響應(yīng)速度較高、控制簡單直接的優(yōu)點，便于減少可能錯誤環(huán)節(jié)，減少誤差，提高精準度。但其精度低，阻尼效果差，低速、控制難度過大， 控制成本過高，實現(xiàn)高精度控制不易。 白城職業(yè)技術(shù)學(xué)院張金萍教授在對自動上料機械手的液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計中，基于自動上料機械手作業(yè)環(huán)境特點，從經(jīng)濟性、可控性、可靠性等角度考慮，采用了雙泵供油四輪對稱驅(qū)動方案。系統(tǒng)主要由 1 個變量軸向柱塞雙聯(lián)泵和 4 個斜盤式軸向柱塞變量馬達和行星減速器組成的車輪馬達組成。采用 X 型連接。該液壓系統(tǒng)主要由雙聯(lián)變量泵、變量馬達、補油泵、變量油缸、安全閥、單向閥、溢流閥等組成。作為閉式回路，當液壓馬達進行正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時，工作油路的高低壓也將會發(fā)生互換，因此在油路的兩個方向都必須設(shè)置安全閥，用來雙向限制系統(tǒng)的最高工作壓力。此外，系統(tǒng)中還設(shè)置了壓力切斷閥，當閉式回路中出現(xiàn)異常高壓時，壓力切斷閥將高壓端與油箱連通，保證液壓系統(tǒng)的安全。因此，其可靠性、穩(wěn)定性較高，可以自動實現(xiàn)前進、后退、 快慢的控制、無級變速且調(diào)速范圍寬。由于組成此系統(tǒng)零件都較為常見，因此，降低了制造成本與控制成本。 在控制系統(tǒng)上，工業(yè)機器人一般都有獨立的控制器、驅(qū)動系統(tǒng)和操作界面，可進行手動、自動操作和編程，因此，它是一種可獨立運行的完整設(shè)備，可通過自身的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)所需的功能。整個機械手的控制，可以根據(jù)該機械手的工作特點,采用步進順序控制方式,使程序簡化,便于調(diào)試。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院的丁錦宏，張慧在《可編程控制器在數(shù)控車床自動上料機械手中的應(yīng)用》一文中，介紹了數(shù)控車床自動上料機械手的工作要求和結(jié)構(gòu)，分析了步進電機的控制原理和實現(xiàn)方法，提出了基于 PLC 的控制系統(tǒng)方案。根據(jù)機械手的工作過程，設(shè)計了順序控制功能圖。機械手在送料位置時，手爪中心( 即工件中心) 的位置精度取決于轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)精度和氣缸的位置精度。一般，氣缸的位置控制是利用行程開關(guān)來實現(xiàn)，但這種方法的定位精度較差。 該機械手使用步進電機定位系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)，提高手爪的定位精度。PLC 對步進電機的控制有三個方面。一是電機轉(zhuǎn)角控制，轉(zhuǎn)角與所輸入的控制脈沖數(shù)成正比; 二是電機轉(zhuǎn)速控制，該機械手轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)速度等于步進電機的轉(zhuǎn)速，而步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率;三是電機旋轉(zhuǎn)方向控制，步進電機的轉(zhuǎn)向通過改變步進電機各繞組的通電順序來實現(xiàn)。因此，根據(jù)實際情況，選取合適的轉(zhuǎn)速，從而確定 PLC 輸出的脈沖頻率。系統(tǒng)選用三菱 FX1N-14MR-0001 PLC 作為控制器，選用安川 CA4050 步進驅(qū)動器、安川 42HD0402 步進電機作為控制對象；用三菱 PLC 作為控制核心， 采用步進電機以及氣缸實現(xiàn)了數(shù)控機床上料機械手的控制方案。在車床加工的同時進行取料，并在靠近上料位置等待取料結(jié)束，從而縮短上料時間。操作人員只需在計算機控制界面完成相關(guān)工作參數(shù)的設(shè)置即可對機械手進行控制。利用機械手來實現(xiàn)自動上下料功能，進而實現(xiàn)整個生產(chǎn)線的自動化，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人力資源。 李斌在《鈑金沖壓自動上下料機械手的研究與開發(fā)》一文中，通過利用齒輪齒條傳動機構(gòu)來代替其自動滑塊機構(gòu)，配備有傳送帶、電機來實現(xiàn)左右移動的功能。將電機固定在機架傳動側(cè)，通過齒輪齒條傳動借助導(dǎo)軌，實現(xiàn)機械手在水平和豎直方向上的運動。目前該系統(tǒng)可以完成對 2mm 厚、3kg 重的板料完成沖壓工作。整個生產(chǎn)線在運行過程中送料精度高，同時運行過程較為平穩(wěn)，并無太大噪音產(chǎn)生。由此可以看出，機械手運行自動化程度高，性能可靠，穩(wěn)定性，效率高，操作簡便，控制精準， 有著良好的動態(tài)性能。 基于機械手的作用及功能，需要詳細分析機械手的結(jié)構(gòu)，并運用 D-H 參數(shù)法建立該機械手的運動學(xué)方程。與此同時，對于材料的疲勞強度以及接觸強度進行安全校核，機械中各零件力的傳遞，總是通過兩零件的接觸來實現(xiàn)。除了共形面相接觸的情況外，大量存在著異性曲面相接觸的情況；同時，由于機械手內(nèi)零件材料疲勞強度的特性，因此需要對零件的材料極限應(yīng)力進行安全系數(shù)的校核以及接觸應(yīng)力的校核。對機械手進行正運動學(xué)和逆運動學(xué)分析,通過計算驗證并校核。同時利用 SolidWorks 進行三維建模。Solidworks 的配置功能可以開發(fā)和管理一組有著不同尺寸、零部件或者其他參數(shù)的模型，運用配置可以的單一的文件中對零件或者裝配圖生成多個設(shè)計變化。系列零件設(shè)計表可以通過所提供的制定參數(shù)，對配置進行驅(qū)動，以構(gòu)建多個不同配置的零件或裝配體。 隨著我國工業(yè)化進程的加快，物料的移動、材料上下搬運、零部件的組裝已經(jīng)成為各個行業(yè)都普遍存在的加工環(huán)節(jié)。以自動上料機械手實現(xiàn)這些環(huán)節(jié)的自動化對提高所有行業(yè)的加工效率都具有重要作用。不過現(xiàn)在還存在一系列問題，例如：價格昂貴， 實時性不理想，設(shè)備笨重，并且大都停留在實驗階段，這些都制約其在實際當中的應(yīng)用。目前，工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，但是無論數(shù)量、品 種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。這也是我國目前工業(yè)機械手還需改進之處。 11 指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審 核 簽字： 年 月 日 意 見 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 簽字： 年 月 日公章：