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1、本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 題目：銃床上下料機械手結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計 院（系）：機械工程學院 班級：機電08-4班 姓名：楊紹寶 學號： 指導教師：李大勇 教師職稱：進見 黑龍江科技學院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 題目銃床上下料機械手結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計來源工程實際 1、研究目的和意義 目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，但大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求，針對具體生產(chǎn)工藝，結(jié)合機床的實際結(jié)構(gòu)，利用機

2、械手技術(shù)，設(shè)計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機械手主要與機床組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。我所設(shè)計的機床是在生產(chǎn)過程中抓取和移動工件的自動化裝置。它能夠應(yīng)用到加工工廠車間，滿足數(shù)控機床以及加工中心的加工過程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動強度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。 2、國內(nèi)外發(fā)展情況（文獻綜述） 在我國，西周時期的能工巧匠偃師就研制出能歌善舞的伶人，這是我國最早的關(guān)于機器人的記錄。機器人一詞是1920年由捷克作家卡雷爾.恰佩克在他的諷刺劇《羅莎姆的萬能機器人》種首先提出?，F(xiàn)代機器人出現(xiàn)于20世紀中期，當時數(shù)字計算機已經(jīng)

3、出現(xiàn)，電子技術(shù)也有了長足的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了受計算機控制的可編程的數(shù)控機床，人類需要 開發(fā)機械代替人手去勞動，在這一背景下，機器人技術(shù)的研發(fā)得到快速發(fā)展。 1959年，戴沃爾與美國發(fā)明家英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。 1967年，日本川崎重工公司和豐田公司分別從美國購買了工業(yè)機器人Unimation和Verstran的生產(chǎn)許可證。日本從此開始了機器人的研制。20世紀60年代，噴漆弧焊機器人問世并逐步發(fā)展應(yīng)用于工業(yè)。 1969年，日本早稻田大學加藤一朗實驗室研發(fā)出第一臺雙腳走路機器人。他帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木。 1979年，美國Unimation公司推出

4、通用工業(yè)機器人，標志著工業(yè)機器人技術(shù)已經(jīng)成熟。 1979年，日本山梨大學牧野洋發(fā)明了平面關(guān)節(jié)型SCARAL器人，該型機器人在以后裝配作業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。 我國機器人技術(shù)起步較晚，從20世紀80年代初才開始。全國第一個機器人研究示范工程1986年在沈陽建成。目前我國已經(jīng)基本掌握了機器人設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學和軌道規(guī)劃技術(shù)。開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。20世紀90年代中期，國6000m以下深水作業(yè)機器人試驗成功。以后近十年中，在步行機器人、精密裝配機器人、多自由度關(guān)節(jié)機器人的研制等國際前沿領(lǐng)域，我國逐步縮小了與世界先進水平的差距。但是，目前，機械手大

5、部分還屬于第一代，主要依靠人工控制。第二代機械手設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。 3、研究/設(shè)計的目標 設(shè)計一個具有三個自由度銃床上下料機械手，對工件能準確的夾取，定位，并裝卡。 (1)三個自由度，手臂能旋轉(zhuǎn)360度，能伸縮(伸縮距200mm)能做起降運動(起升距120mm) (2)動方式選擇液壓驅(qū)驅(qū)動 (3)因為在自由度分配上要求機身必須旋轉(zhuǎn)，所以采用圓柱坐標系運動形式。 (4)機械手的加持工件形狀為方料，最大加持重量8KG 4、設(shè)計方案 (1) .機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 運動形式方案選擇

6、，為實現(xiàn)不同動作，應(yīng)選取不同方案。圖1中，a為直角坐標型，b為圓柱坐標型，c為球坐標型，d為關(guān)節(jié)坐標型，e為SCAR即。由于圓柱坐標型位置精度高、運動直觀、控制簡單、占地面積小，且能實現(xiàn)預(yù)期的上下料功能，所以，這里選圓柱坐標型。 機械手機身的設(shè)計 機身采用回轉(zhuǎn)與升降結(jié)構(gòu)機身。實現(xiàn)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動方案有幾種，這里采用擺動油缸驅(qū)動，升降油缸在上，回轉(zhuǎn)油缸在下。實現(xiàn)機身回轉(zhuǎn)采用液壓馬達驅(qū)動。 機械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 手臂采用直線運動機構(gòu)，常用的有液壓缸、齒輪齒條機構(gòu)、絲杠螺母機構(gòu)及連桿機構(gòu)等。由于液壓缸體積小、重量輕，因而在機械手結(jié)構(gòu)中選用液壓驅(qū)動。 ④機械手腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 手腕設(shè)計根據(jù)我所設(shè)計的機

7、械手的要求，選擇單自由度手腕。 ⑤手爪選用雙夾鉗式機構(gòu)， ⑥驅(qū)動件的設(shè)計 (2) .機械手驅(qū)動方案的設(shè)計 采用液壓驅(qū)動，液壓實現(xiàn)機身的回轉(zhuǎn)與升降，以及各部件的伸縮回轉(zhuǎn)運動。液壓控制簡單方便，易于操作。為實現(xiàn)機身的旋轉(zhuǎn)，選用液壓馬達驅(qū)動。手臂伸縮與起降都采用液壓缸驅(qū)動。 (3) .機械手各參數(shù)設(shè)計計算 abcde 圖1(坐標型機器手的五種形式) 5、方案的可行性分析 此機械手共有三個自由度，分別是機械手臂的伸縮，支座的360度旋轉(zhuǎn)，以及支座的 起降，能保證機械手在上下以及左右位置的調(diào)整。全程動力源是液壓系統(tǒng)，安裝有壓力傳感器，實現(xiàn)手臂定位，保證工件裝卡定位準確。對于機械手結(jié)構(gòu)

8、的選擇，有直角坐標機器人結(jié)構(gòu)，圓柱坐標機器人結(jié)構(gòu)，球坐標機器人結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)，在此選擇圓柱坐 標型，因為圓柱型坐標能實現(xiàn)支座的回轉(zhuǎn)與升降功能。手爪選用單自由度手爪，即在抓取重物之后實現(xiàn)回轉(zhuǎn)放料，料由氣動虎鉗自動加緊。如此即可實現(xiàn)機床上下料的功能，所以是可行的。 6、該設(shè)計的創(chuàng)新之處 我所設(shè)計的銃床上下料機械手的結(jié)構(gòu)形式更加簡單，驅(qū)動方式更加統(tǒng)一，能很好的實現(xiàn)所需要的動作，而且，手臂加持力更大，拓寬了所持工件的重量范圍。具有更強的適應(yīng)性。 7、設(shè)計產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域 代替人手，對工件進行機床上下料，可以對金屬材料，也可以對非金屬材料進行夾持機械手的可靠性強，適應(yīng)面寬，主要

9、應(yīng)用于國防、航空、汽車等制造行業(yè)，在機床的加工車間最為常見。 8、時間進程 第一周在校查找機床上下料機械手相關(guān)資料； 第二-三周進行畢業(yè)實習，在工廠中著重了解其組成部分及工作原理； 第四周深入性查閱與設(shè)計相關(guān)的資料，寫實習總結(jié)和實習日記。對資料進行 理，完成開題報告； 第五-六周對設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)進行計算； 第七周進行CADt圖設(shè)計； 第八周正式CA膾圖設(shè)計； 第九周CAD繪圖設(shè)計并進行相關(guān)修改； 第十周寫說明書、出圖； 第十一-十二周整理說明書及圖紙； 第十三周-十四周對整體檢查，對說明書及圖紙進行修改； 第十五周為答辯做準備； 第十六周答辯。 9、參考文獻 1

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