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南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題 目 三自由度氣動機械手搬運系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) 系 部 機電工程系 專 業(yè) 機械工程及自動化 學(xué)生姓名 范佳樂 學(xué)號 2110011217 指導(dǎo)教師 陸煒 職稱 工程師 畢設(shè)地點 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 2014年 3月 8 日 1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫1500～2000字左右的文獻綜述： 1.1 機械手的來源與發(fā)展 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。機械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢： 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、抗污染能力強和成本低廉等特點, 國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看, 近30 多年來, 氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代, 液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為9∶1, 而30 多年后的今天, 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家, 該比例已達(dá)到6∶4, 甚至接近5 ∶5。我國的氣動行業(yè)起步較晚, 但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開始, 氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上, 高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用, 氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 （1）氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠, 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種, 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以, 氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工, 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 （2）發(fā)展前景及方向 a)重復(fù)高精度 精度是指機器人、機械手到達(dá)指定點的精確程度, 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。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍, 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。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。 b)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。 c)無給油化 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。 d)機電氣一體化 由“可編程序控制器- 傳感器- 氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面;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”進入到高精度的“反饋控制”; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC, 而閥技術(shù)的發(fā)展, 又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手。 參考文獻 [1] 徐龍祥 歐陽祖行.機械設(shè)計.北京：航空工業(yè)出版社，2005. [2] 劉蘇 陳旭玲.AutoCAD 2006應(yīng)用教程.北京：科學(xué)出版社，2006. [3] 西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子S7-200PLC，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003. 2. 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法： 2.1課題研究內(nèi)容與實際問題 采用氣動裝置PLC控制機械手，它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。主要完成的是氣動式機械手臂的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及用PLC軟件進行簡單的控制編程設(shè)計。 2.2研究方案及方法 （1）首先機械手各執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計，包括：末端執(zhí)行器、手臂、手腕及基座的設(shè)計。 末端執(zhí)行器：采用平型真空吸盤，直徑初定為10毫米，材料為硅橡膠； 手臂預(yù)采用TN型氣缸實現(xiàn)，其伸縮長度為100毫米； 手腕預(yù)采用MSAL型氣缸，其伸縮長度為50毫米； 基座采用了180度旋轉(zhuǎn)氣缸，型號為CRA1BS100-180度，將其固定于底座上。 （2）驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 本次設(shè)計為氣壓傳動，氣源采用空氣壓縮機通過快換接頭進入儲氣罐經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。 （3）控制部分的設(shè)計 本次設(shè)計采用PLC對機械手進行控制，編寫西門子S7-200 PLC控制程序。 （4）完成裝配圖及零件圖，氣動原理圖，PLC接線圖。 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見和對畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測）： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 上級審查意見： 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日