機(jī)械手-機(jī)械手設(shè)計
機(jī)械手-機(jī)械手設(shè)計,機(jī)械手,設(shè)計
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué) 生 姓 名:
朱巖巖
學(xué) 號:
0601510115
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動化
設(shè)計(論文)題目:
機(jī)械手設(shè)計
指 導(dǎo) 教 師:
吳萍
2010年 4 月 4日
開題報告填寫要求
1.開題報告(含“文獻(xiàn)綜述”)作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下,由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成,經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效;
2.開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式(可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載)打印,禁止打印在其它紙上后剪貼,完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見;
3.“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文,并直接書寫(或打印)在本開題報告第一欄目內(nèi),學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量,一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量(不包括辭典、手冊);
4.有關(guān)年月日等日期的填寫,應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求,一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料,每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述:
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 本文主要介紹了機(jī)械手的應(yīng)用范圍、機(jī)械手的組成及每個組成部分的作用、工作原理、國內(nèi)外的發(fā)展趨勢、發(fā)展前景和方向,機(jī)械手的應(yīng)用、機(jī)械行業(yè)中使用機(jī)械手的意義,重點(diǎn)闡述了機(jī)械人的各個組成部分的發(fā)展趨勢和應(yīng)用場合。
關(guān)鍵詞 機(jī)械手 發(fā)展趨勢 意義
1 序言
隨著時代的不斷進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,生活水平的逐年提高,人們的環(huán)保意識,自我安全意識也在不斷加強(qiáng),同時也使人們對各種產(chǎn)品的要求更高了,機(jī)械人顯然更符合現(xiàn)在人們的需求。機(jī)械手輕巧、制造成本低、工作效率高、噪聲較小、低溫起動性較好、使用和維護(hù)方便,已在機(jī)械、化工、醫(yī)藥、紡織、微電子、食品、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了越來越廣泛的運(yùn)用[1]。在當(dāng)今的中國社會,經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式正由粗放密集型轉(zhuǎn)向節(jié)約內(nèi)向型,原來的生產(chǎn)方式必須進(jìn)行較大的變革。這就要求在最短的時間內(nèi),創(chuàng)造出最高的加工效率,而且還要保證較高的生產(chǎn)質(zhì)量。機(jī)械加工中的機(jī)床﹑機(jī)械手就必須符合這種條件下的生產(chǎn)加工。
2 機(jī)械手概況
機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來,隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用,機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù),它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展,使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。
機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件,根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作,改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式,稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)[2]。自由 度越多,機(jī)械手的靈活性越大,通用性越廣,其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2~3個自由度。
3 國內(nèi)外的發(fā)展趨勢
國內(nèi)外實際使用的多是定位控制的機(jī)械手,沒有“視覺”和“觸覺”反饋[3]。目前,世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機(jī)械手,使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨,能選取所需要的工件,并正確的夾持工件,進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。
為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件,它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息,通過計算機(jī)進(jìn)行圖形分辨,判別是否是所要抓取的工件,為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來。
3.1 我國的發(fā)展趨勢
我國的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù),運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開發(fā)出噴漆,孤焊,點(diǎn)焊,裝配,搬運(yùn)等機(jī)器人,但總的看來,我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。
十幾年來,相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人[4]。目前,示教再現(xiàn)型機(jī)器人技術(shù)已基本成熟,并在工廠中推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。
3.2 國外的發(fā)展趨勢
目前,國際上工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍越來越廣闊,現(xiàn)已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè),進(jìn)而推廣到諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救援等各種非制造行業(yè)。但汽車工業(yè)仍是工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)了解,美國60%的工業(yè)機(jī)器人用于汽車生產(chǎn);全世界用于汽車工業(yè)的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)達(dá)到總用量的37%,用于汽車零部件的工業(yè)機(jī)器人約占24%。???
?美國是機(jī)器人的誕生地,經(jīng)過30多年的發(fā)展,美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一,基礎(chǔ)雄厚,技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史,道路是曲折的,不平坦的。70年代后期,美國政府和企業(yè)界雖有所重視,但在技術(shù)路線上仍把重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機(jī)器人的開發(fā)上,致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來居上,并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過了美國,產(chǎn)品在國際市場上形成了較強(qiáng)的競爭力。其技術(shù)全面、先進(jìn),適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在:性能可靠,功能全面,精確度高[5]; 機(jī)器人語言研究發(fā)展較快,語言類型多、應(yīng)用廣,水平高居世界之首;智能技術(shù)發(fā)展快,其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用; 高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速,主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。
4 發(fā)展前景及方向
隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高,機(jī)器人設(shè)計生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng),尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合,從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài),提高了生產(chǎn)效率。
就目前來看,總的來說現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個發(fā)展趨勢:
(1) 提高運(yùn)動速度和運(yùn)動精度,減少重量和占用空間,加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化,將機(jī)器人的各個機(jī)械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器人;
(2) 開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合,如開發(fā)微動機(jī)構(gòu)用以保證精度;開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指;開發(fā)各類行走機(jī)器人,以適應(yīng)不同的場合;
(3) 研制各類傳感器及檢測元器件,如,觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器等,用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求解、動作規(guī)劃,同時,越來越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。
(4) 重復(fù)高精度 精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度,它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次,機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要,如果一個機(jī)器人定位不夠精確,通常會顯示一個固定的誤差,這個誤差是可以預(yù)測的,因此可以通過編程予以校正[6]。重復(fù)精度限定的是一個隨機(jī)誤差的范圍,它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高,它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊,如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
(5) 模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù),而把模塊化拼裝的氣動機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)[7]。模塊化拼裝的氣動機(jī)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(jī)械手運(yùn)動自如。由于模塊化氣動機(jī)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(qiáng)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(jī)械手的一個重要特點(diǎn)。模塊化氣動機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能,擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍,是氣動機(jī)械手的一個重要的發(fā)展方向。
5 機(jī)械手的組成
機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器,它有多個自由度,可用來搬運(yùn)物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。
機(jī)械手的形式是多種多樣的,有的較為簡單,有的較為復(fù)雜,但基本的組成形式是相同的,一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。
1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)
機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu),由手、手腕、手臂、支柱組成[8]。手是抓取機(jī)構(gòu),用來夾緊和松開工件,與人的手指相仿,能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件,可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂,也可以根據(jù)需要做成移動。
2.傳動系統(tǒng)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)[9]。常用機(jī)械手傳動系統(tǒng)分機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。
3.控制系統(tǒng)
機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動作,簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng),只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作.動作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計算機(jī)進(jìn)行控制[10]。
6 機(jī)械手的應(yīng)用
機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動作,按預(yù)定的程序軌跡極其它要求,實現(xiàn)抓取,搬運(yùn)工件或操做工具的自動化裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作,因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱做操作機(jī)械手[11]。機(jī)械手的特點(diǎn):?對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng);機(jī)械手能持久,耐勞,可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來,并能擴(kuò)大和延伸人的功能;由于機(jī)械手的動作準(zhǔn)確,因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量,同時又可以避免人為的操作錯誤;機(jī)械手特點(diǎn)是通過用工業(yè)機(jī)械手的通用性,靈活性好,能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化,以滿足柔性生產(chǎn)的需要[12]。因此采用機(jī)械手最明顯的特點(diǎn)是提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。近年來,隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用,機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù),它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展,使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。
機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景[13]。
機(jī)械手是在機(jī)械化,自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中,機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中,機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi),迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù),它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展,使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合[14]。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活,但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動,不知疲勞,不怕危險,抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn),因此,機(jī)械手已受到許多部門的重視,并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。
7 在機(jī)械工業(yè)中,應(yīng)用機(jī)械手的意義
(1) 以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度
應(yīng)用機(jī)械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度,從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本[15]。
(2) 以改善勞動條件,避免人身事故
在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中,用人手直接操作是有危險或根本不可能的,而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè),使勞動條件得以改善[16]。
在一些簡單、重復(fù),特別是較笨重的操作中,以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
(3) 可以減輕人力,并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)
應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作,這是直接減少人力的一個側(cè)面,同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作,這是減少人力的另一個側(cè)面。因此,在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上,目前幾乎都沒有機(jī)械手,以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍,便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。
參 考 文 獻(xiàn)
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[3] 熊新民,曹毅等.智能機(jī)器人運(yùn)動關(guān)節(jié)集成驅(qū)動控制器研究[J].北京:微計算機(jī)信息.2009.
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畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):
通過對參考文獻(xiàn)的閱讀和學(xué)習(xí),針對所設(shè)計的機(jī)械手設(shè)計了一些步驟和設(shè)計的方法,針對任務(wù)書要求:
2.1 本課題要研究或解決的問題有以下幾點(diǎn):
(1) 熟悉了解機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)。
(2) 了解數(shù)控機(jī)床的總體結(jié)構(gòu),確定合適的機(jī)械手的運(yùn)動空間。
(3) 根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動空間要求確定機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)、手臂結(jié)構(gòu)、夾持方法等。
(4) 撰寫設(shè)計說明書。
2.2 擬采用的研究手段(途徑):
(1) 首先收集一些關(guān)于機(jī)械手的相關(guān)知識,對這些知識加以總結(jié)和分析,了解數(shù)控車床的基本知識,為下面的課題開展做好準(zhǔn)備。認(rèn)真分析零件圖,了解零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)的技術(shù)要求,對零件的每一個細(xì)節(jié),應(yīng)仔細(xì)的分析。
(2) 以數(shù)控車床為基礎(chǔ),通過查詢分析獲得解決機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)、手臂結(jié)構(gòu)、夾持方法等問題。
(3) 通過自己的設(shè)計體會,結(jié)合已有的參考資料,對數(shù)控車床上下料機(jī)械手設(shè)計流程進(jìn)行歸納總結(jié)。
(4) 最后做好總體的設(shè)計方案。
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指導(dǎo)教師意見:
1.對“文獻(xiàn)綜述”的評語:
閱讀了大量關(guān)于機(jī)械手方面的書籍,對機(jī)械手的特點(diǎn)、組成及分類、應(yīng)用范圍、發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究分析、對國內(nèi)外機(jī)械手應(yīng)用情況有了初步的認(rèn)識,為機(jī)械手的設(shè)計做了一些基礎(chǔ)工作。
2.對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(論文)結(jié)果的預(yù)測:
通過對本課題的研究可以使學(xué)生的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識、技術(shù)水平以及實際應(yīng)用能力和文字、語言表達(dá)能力得到鍛煉,是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論技能知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的重要階段,是培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié),讓學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的一般方法。
通過本課題的研究使學(xué)生對機(jī)械手的設(shè)計有一個初步的認(rèn)識,學(xué)會如何查找文獻(xiàn)、如何進(jìn)行方案的設(shè)計、校核、定稿等等。綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計、工藝、公差、機(jī)械制圖CAD、PLC等知識進(jìn)行機(jī)械手的設(shè)計。完成3張0號圖紙,1.2萬字的條理清楚的說明書。
指導(dǎo)教師:
2010年 4月 5日
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機(jī)械手
設(shè)計
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機(jī)械手-機(jī)械手設(shè)計,機(jī)械手,設(shè)計
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