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南 京 理 工 大 學
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
學 號：
專 業(yè)：
機械設計制造及其自動化
設計(論文)題目：
近距離自動移動式機械手臂設計
——氣壓驅(qū)動式
指 導 教 師:
2005年 3 月 31日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導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處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標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，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。
機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。
機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。
（一） 執(zhí)行機構(gòu)
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構(gòu)。
1、 手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。
2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)整或改變工件方位的作用。
3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。
4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系。
5、行走機構(gòu) 機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構(gòu)。滾輪式行走機構(gòu)可分為有軌的或是無軌的兩種。
6、機座 它是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。
（二）驅(qū)動系統(tǒng)
機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。
1、 液壓傳動 是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。
2、氣壓傳動 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。其主要特點是介質(zhì)來
源極方便、氣動動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性差，而且氣源壓力較低，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。
3、機械傳動 即由機械傳動機構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等）驅(qū)動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠、動作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。
4、電力傳動 即由特殊結(jié)構(gòu)的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。
（三）控制系統(tǒng)
有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給與機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。
（四）位置檢測裝置
控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的進度達到設定位置。
這里介紹我將要做的近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動。
一、氣源系統(tǒng)
壓縮空氣是保證氣動系統(tǒng)正常工作的動力源，空氣壓縮機是將動力機供給的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。
二、氣動執(zhí)行機構(gòu)
氣動執(zhí)行機構(gòu)由氣缸和氣動馬達。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它可以輸出力，驅(qū)動工作部分作直線往復運動或往復擺動。氣缸可分為：單向作用式氣缸和雙作用式氣缸。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅(qū)動機構(gòu)作回轉(zhuǎn)運動。
三、空氣控制閥
1、 壓力控制閥分為：調(diào)壓閥、安全閥和順序閥等。
2、 流量控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執(zhí)行機構(gòu)的工作速度。流量控制閥主要有節(jié)流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥等。
3、方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機構(gòu)的動作發(fā)生變化的氣動原件。方向控制閥在整個氣動元件中數(shù)量占有相當大的比例，并在氣動系統(tǒng)中起著神經(jīng)中樞的作用。
四、氣動基本回路
1、方向控制回路主要有：單作用氣缸中間停止回路，雙作用氣缸換向回路，雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路，延時控制回路。
2、速度控制回路主要有：單作用氣缸的速度控制回路，雙作用氣缸單向速度控制回路，雙作用氣缸雙向速度控制回路，雙作用氣缸速回運動控制回路，雙缸同步動作的速度控制回路，緩沖回路。
五、其他部分
行走機構(gòu)有：車輪式行走機構(gòu)，履帶式行走機構(gòu)，步行式行走機構(gòu)。
六、機械手的發(fā)展趨勢：
機械手目前多數(shù)應用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按事先制訂的程序完成操作，但普通不具備傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，將引起零件甚至機械手本身的損壞。
為此，機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，設它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時即能更正，并自行檢測。重點是研究視覺功能，將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前的機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。
主要參考文獻：
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畢 業(yè) 設 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）：
在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設計——氣壓驅(qū)動式”。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉(zhuǎn)。采用同一驅(qū)動能源——氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉(zhuǎn)動。氣壓泵固定在某處，用一軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運動用氣壓馬達來實現(xiàn)。分析手臂的受力，考慮到整個裝置的平衡。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。
行走部分我采用滾輪式，用輪子在地面上滾動的方式完成行走運動時比較穩(wěn)定的，應為輪子總是離不開地面的。運動手臂采用三個自由度，分別為上升下降，前后和轉(zhuǎn)動。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
該生對機器人的類型及應用領域已比較清楚，說明該生已閱讀了一定的相關資料。
并對畢業(yè)設計任務所要面臨的問題有了初步的了解，并已明確了設計任務中所要用到的氣動原件，為開展畢業(yè)設計奠定了良好的基礎。該生的開題報告已達到了學校規(guī)定的要求。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測：
該生的設計任務適中，且已明確了目標，故預計能夠圓滿完成畢業(yè)設計任務。
指導教師： 呂夏
2005 年 4 月 13 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日