SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線自動堆放機(jī)械手設(shè)計【三維PROE】【9張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】
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寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯 所在學(xué)院: 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級: 12機(jī)自2班 姓 名: 於小喻 學(xué) 號: 1221080240 指導(dǎo)教師: 朱火美 2015 年 11 月 15 日譯文: 題目 機(jī)械手轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)工作周期的優(yōu)化問題 出處:springerBogdan Posiadala Mateusz Tomala Dawid Cekus Pawe WarysReceived: 25 February 2014 / Revised: 27 March 2014 / Accepted: 4 April 2014 / Published online: 5 May 2014 The Author(s) 2014. This article is published with open access at Springerlink.com摘要:在這項工作中,機(jī)械手轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的工作周期的優(yōu)化運(yùn)動建模問題一直受到關(guān)注。在任何空間工作周期條件下的機(jī)械手元件的運(yùn)動方程已制定。利用經(jīng)典的矢量力學(xué)和二類拉格朗日方程完成了該公式的編制。利用商業(yè)軟件得到了系統(tǒng)的運(yùn)動方程。為每個致動器考慮所選擇的運(yùn)動模型是具有準(zhǔn)梯形速度分布的點(diǎn)至點(diǎn)運(yùn)動模型。此外,優(yōu)化問題提出了一個特定的工作周期。優(yōu)化目標(biāo)已被選為最小化致動器的負(fù)載(扭矩)。他目標(biāo)函數(shù)已經(jīng)在每個考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)制定了使用性能指標(biāo)和設(shè)計變量的額定速度值和工作周期的初始時間值。利用約束多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解該優(yōu)化問題。數(shù)值計算已使用完畢并且專門執(zhí)行軟件和計算的結(jié)果已被附加到文書工作。B. Posiadala M. Tomala (B) D. Cekus P. Warys Institute of Mechanics and Machine Design Foundations,Czestochowa University of Technology, Czestochowa, Poland e-mail: tomalaimipkm.pcz.pl關(guān)鍵詞:建模學(xué),動力學(xué),機(jī)器人,機(jī)械手,運(yùn)動,優(yōu)化一、引言多體系統(tǒng)動力學(xué)現(xiàn)象的建模與分析問題一直是許多工作的主題。在作品1-3,這個文章的作者提出的建模和汽車起重機(jī)及其組件的動態(tài)分析的問題。從這項工作的角度來看,這是值得引用的作品47。在作品中,機(jī)器人的建模和優(yōu)化問題已經(jīng)提出不同的目標(biāo)函數(shù)和約束應(yīng)用于算法。 在這部作品中,4R機(jī)械手的動力學(xué)建模的問題已經(jīng)提出。此外,優(yōu)化的點(diǎn)對點(diǎn)的工作周期的問題已經(jīng)制定和解決。示例性計算已經(jīng)執(zhí)行和計算的結(jié)果已被附加到文書工作。二、機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué) 在一個三維空間中操縱器和四個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(4R機(jī)械手)允許定位機(jī)械手的末端執(zhí)行器,另外,允許旋轉(zhuǎn)的制動裝置機(jī)械手。這樣的系統(tǒng)是一個開放的運(yùn)動鏈,以簡單的形式顯示在圖1??紤]系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)一直在制定全球坐標(biāo)系統(tǒng)OXYZ笛卡爾,如圖1所示。機(jī)械手的模型由四自由度剛體的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連接P,Q,S和N。所有功能的運(yùn)動學(xué)已經(jīng)確定使用經(jīng)典力學(xué)引入局部坐標(biāo)系永久連接到所考慮的運(yùn)動鏈的機(jī)構(gòu)。開放運(yùn)動鏈的運(yùn)動學(xué)問題被廣泛描述的作品8-12。圖1 4R機(jī)器人的方案機(jī)器人機(jī)械手的逆動力學(xué)問題與轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)包括確定每個考慮關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的變化,而位置,速度和加速度函數(shù)是已知的。解決這個問題的最好方法是制定適當(dāng)?shù)臋C(jī)械功能(動力學(xué)和潛在)能源和使用拉格朗日第二類方程。如果L是拉格朗日,考慮機(jī)械手的動力學(xué)方程是:ddxyqi-Lqi=Mi,i=14 (1)廣義坐標(biāo):q=1,2,3,4 (2)拉格朗日是系統(tǒng)的總動能減去總勢能。由于每個元素的系統(tǒng)被認(rèn)為是一個剛體,一個特定的元素的動能是平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的動能總和。一個特定元素勢能是重元素乘以距離勢能最小(全球框架Oxy平面)。在這項工作中,還提出了4R機(jī)械臂的優(yōu)化問題。優(yōu)化的目標(biāo)是最小化每個考慮的致動器的轉(zhuǎn)矩。目標(biāo)函數(shù)可以使用性能指數(shù)12制定。對于一個特定的致動器,該指數(shù)具有一個形式:Pi=0tkMi2dt (3)三、運(yùn)動模型在這部作品中,點(diǎn)對點(diǎn)模型的運(yùn)動已被接受。在文獻(xiàn)中,各種型號的速度分布可以滿足。例如,配置文件可以被選為梯形,正弦或拋物線12。在這項工作中,一個準(zhǔn)梯形速度分布已采取。速度和加速度的時間變化如圖2和圖3所示。其中數(shù)據(jù)是所有重要的工作周期參數(shù)。圖2選擇運(yùn)動模型的角速度隨時間變化圖3選擇運(yùn)動模型的角加速度隨時間變化從優(yōu)化的角度來看,最重要的參數(shù)是工作周期的開始時間及其額定速度。在每個考慮關(guān)節(jié)角位移可以簡單地計算為: si=i(B)-iA (4)額定速度保持的最大加速度和持續(xù)時間等于: ai=viti(Z)+tia (5) ti(d)=sivi -tiz-2tia (6)設(shè)計變量可以被收集到一個向量:x=v1,v2,v3,v4,t1,t2,t3,t4 (7)四、粒子群優(yōu)化算法 粒子群優(yōu)化算法是一種最現(xiàn)代的隨機(jī)優(yōu)化技術(shù),是1995年由肯尼迪和埃伯哈特在工作中首次提出的13。從一開始,這種方法得到了廣泛的發(fā)展,不斷的應(yīng)用以及修改到目前為止,例如14-16。在機(jī)器人技術(shù)中,這種方法通常被用來找到最佳的幾何參數(shù)和慣性參數(shù)的固定機(jī)器人,如機(jī)械手4-7。它也被用于移動機(jī)器人找到二維空間的移動機(jī)器人最優(yōu)軌跡。 粒子群優(yōu)化算法是基于觀察自然界中出現(xiàn)的現(xiàn)象,如昆蟲或魚群的覓食。粒子群的每個粒子都能夠記住并使用它的經(jīng)驗(yàn),從整個迭代過程中,也可以與其他成員進(jìn)行溝通。粒子群是能夠識別“好”領(lǐng)域的領(lǐng)域,并可以在這些領(lǐng)域?qū)ふ乙粋€最佳的。圖4約束粒子群優(yōu)化算法的簡化方案設(shè)計變量的初始值(特定粒子的位置)是隨機(jī)的。然后,在一個迭代步驟n + 1,所覆蓋的距離在m方向的粒子(在m個方向的粒子的速度)如下: Vm(n+1)=XwVm(n)+c1r1(Pm-xmn)+c2r2(gm-xmn) (8) 在是收縮因子,Vm(n)是在先前的迭代速度,w是一個權(quán)重系數(shù),r1和r2是隨機(jī)實(shí)數(shù)從(0;1),c1和c2是學(xué)習(xí)的因素,Pm是考慮粒子從整個迭代過程和gm一個人最好位置是一個全球性的最佳位置以獲得整個群。在公式中,三個不同的影響因素可以確定:第一是慣性的影響,其次是個人的影響,第三是社會影響。還有另一個版本的這個公式,全球最佳位置通用gm被替換為一個本地最好的位置lm。在這個版本中,每個粒子都有指定的鄰域,并將其個人最好的位置和附近的鄰居進(jìn)行比較。此外,在每個考慮方向的最大速度應(yīng)設(shè)置為保護(hù)群從爆炸: Vmn+1=sgnVmn+1VmmaxVmn+1ifVmn+1Vmn+1VmmaxVmmax, (9)其中Vm(max)是M個方向的最大速度。每一個粒子在每一個方向上的一個新位置等于: xm(n+1)=xm(n)+Vm(n+!). (10) 在迭代過程中,設(shè)計變量的值必須滿足某些約束條件。所有變量都必須是正的。速度的跡象是已知的,并依賴于每個被認(rèn)為的致動器的角位移的跡象(第3章)。此外,速度被限制的最大速度,可在每個致動器中。此外,最大時間的工作周期是指定的,并為每個關(guān)節(jié)的最大轉(zhuǎn)矩值是已知的。所有制定的限制如下:0titimax 110vi0 13 MiMi(max) (14)考慮到前面介紹的運(yùn)動模型(第3章): ti(max)=tk-tid-2ti(z)-4ti(a) (15)在粒子群優(yōu)化算法中,引入了懲罰函數(shù)。有必要重新約束成下面的形式: x0 (16)罰函數(shù)可以被假定為:F(x)=h(n)(k=1rPkmax(kx) (17)r是數(shù)量的限制。在式(17)中,是校正因子為罰函數(shù)和Pk的校正因子為每個約束。max函數(shù)以值0當(dāng)k(x)0,k(x)時,k(x)0。h(n)函數(shù)依賴于迭代步驟,并已被假定為:h(n)=nn (18) 使用的注意事項包含在2和3,無約束優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)可以制定:f(x)=mini=14wiPix (19) i=14wi=1 (20)在wi權(quán)重系數(shù)和Pi的功能進(jìn)行了描述由方程(3)。將罰函數(shù)引入目標(biāo)函數(shù),給出了一個新的目標(biāo)函數(shù),給出了一個新的公式: f(x)=min(i=14wiPi x+ F(x) (21) 在這項工作中所使用的粒子群優(yōu)化算法,已提出了在圖4中的簡化形式。五、示范性計算在前幾章中介紹的算法,已被用來執(zhí)行的示范性計算。對4R機(jī)械手的工作周期的優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。設(shè)計變量是在每個考慮關(guān)節(jié)的啟動時間和額定速度,所以有8個設(shè)計變量。該工作循環(huán)包括從一開始點(diǎn)A到最后一點(diǎn)B的運(yùn)動,同時夾持旋轉(zhuǎn)的裝置和一個負(fù)載。夾持裝置和負(fù)載被認(rèn)為是一個剛性體。笛卡爾坐標(biāo)系的選擇點(diǎn)A 0.5,0.2,0.8 和點(diǎn)B1.3,1.3,0.9 。3r機(jī)械手的逆運(yùn)動學(xué)問題已經(jīng)得到解決和特定的旋轉(zhuǎn)制動裝置設(shè)置從-/3到/3(rad)。完整的逆運(yùn)動學(xué)結(jié)果:qA=0.38051,0.63141, 2.54841,1.04720 (22)qB=2.53605, 0.64876, 1.54163, 1.04720 (23)假定特定身體的中心被放置在身體的一半長度的一半。幾何和慣性參數(shù):l1=0.4m, l2=1m, l3=0.8m,l4 =0.4m, m1=0.7kg, m2=1.1kg, m3=0.8kg,m4=1.5kg,J1=0.05,0,0,0,0.03,0,0,0,0.05kg m2,J2=0.1,0,0,0,0.1,0,0,0,0.002kg m2,J3=0.1,0,0,0,0.1,0,0,0,0.002kg m2J4=0.05,0,0,0,0.05,0,0,0,0.001kg m2。運(yùn)動模型參數(shù):ti(a)=0.05s,ti(z)=0.1s,tk=10s。最大角速度和扭矩已被假定為:vi(max)=1.15rad/s,M1(max)=30N m,M2(max)=80N m,M3(max)=40N m,M4(max)=20N m。所選擇的粒子群優(yōu)化參數(shù):X=0.8,c1=2.1,c2=2.0,w=0.6,=30,Pk=1,V1(max)=V2(max)=V3(max)=V4(max)=0.1rad/s, V5(max)=V6(max)=V7(max)=V8(max)=0.5rad/s。在每一種情況下,粒子數(shù)被設(shè)置為500,每一個迭代中的100次迭代。圖5優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例1圖6角速度隨時間變化而變化,隨時間變化 優(yōu)化案例1 四種不同情況下的優(yōu)化已經(jīng)調(diào)查了不同的工資值wi。在第一種情況下,所有的重量系數(shù)是相等的: wi=0.25。對于這種情況,最終的目標(biāo)函數(shù)的值是672.63個人價值的性能指標(biāo):P1=3.52, P2=1487.58, P3=1201.36, P4=1201.36106。設(shè)計變量是0.90,0.13,1.15,0.90,0.13,0.00,8.92,3.87。在第二種情況下的權(quán)重系數(shù)是:w1=0.1, w2=0.5, w3=0.3, w4=0.1和1257.52的優(yōu)化結(jié)果和0.38,0.84,0.78,0.38,0.84,8.27,0.00,4.75。對于這種情況,個別性能指標(biāo)有: P1=0.36, P2=1170.88, P3=2236.31, P4=2236.31106。在第三個案例權(quán)重系數(shù)被選為: w1=0.1, w2=0.3, w3=0.5, w4=0.1。目標(biāo)函數(shù)的獲得的結(jié)果是945.61個人價值的性能指標(biāo): P1=6.83, P2=2794.95, P3=213.173, P4=213.173106和設(shè)計變量0.33,1.06,1.15,0.33,1.06,0.00,8.92,3.60。在第四個案例權(quán)重系數(shù): w1=0.05, w2=0.55, w3=0.35, w4=0.05和1236.84的優(yōu)化結(jié)果,0.69,0.13,1,15,0.78,2.34,0.02,8.92,2.41。對于這種情況,個別性能指標(biāo)有: P1=1.92, P2=1475.86, P3=1214.36, P4=1214.36106。所有的結(jié)果已被提出作為每個考慮的情況下的轉(zhuǎn)矩-時間變化(圖.5,7,9,11)。此外,速度時間限制已添加(圖6,8,10,12)。圖7轉(zhuǎn)矩變化與時間的優(yōu)化解決方案 案例2圖8角速度隨時間變化而變化,隨時間變化 優(yōu)化案例2圖9優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例3圖10角速度隨時間變化而變化,隨時間變化 優(yōu)化案例3圖11優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例4圖12角速度隨時間變化而變化,隨時間變化 優(yōu)化案例4六、結(jié)論 在這項工作中,優(yōu)化了4R機(jī)器人的動力學(xué)建模問題。該點(diǎn)與準(zhǔn)梯形速度輪廓點(diǎn)模型已被接受。利用經(jīng)典的矢量力學(xué)和二類拉格朗日方程得到了運(yùn)動方程。利用約束多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解優(yōu)化問題。設(shè)計變量是在每個致動器的額定速度和工作周期的開始時間。目標(biāo)函數(shù)是基于使用性能指標(biāo)的執(zhí)行器中的扭矩最小化的基礎(chǔ)上。 該算法可以用來研究不同的目標(biāo)函數(shù)和不同的設(shè)計變量的其他優(yōu)化問題??紤]可用于解決卷和柱狀節(jié)理機(jī)器人優(yōu)化問題,關(guān)鍵是要用目標(biāo)函數(shù)來確定設(shè)計變量。感謝 這項研究已經(jīng)進(jìn)行了法律研究學(xué)士BS/PB-1-101-3010/13/P的力學(xué)和CZE,stochowa科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)研究所內(nèi)。本文是2013年二月到五月在第十二次定期會議動力系統(tǒng)理論與應(yīng)用上,由羅茲,波蘭提出 17 。開架閱覽 本文是根據(jù)創(chuàng)造性的共用許可證的條款,允許任何介質(zhì)中的任何用途,分布和復(fù)制,提供了原始作者(年代)和源被認(rèn)為。參考文獻(xiàn):1 Posiadala B (1999) Modelowanie i analiza zjawisk dynamicznych maszyn roboczych i ich elementw jako dyskretno-ciagych ukadw mechanicznych.Czestochowa,Poland (in Polish)2 Posiadala B, Tomala M (2012) Modeling and analysis of the dynamics of load carrying system. 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DSTA 2013, pp 185194寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書所在學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級12機(jī)自2班學(xué)生姓名於小喻學(xué)號1221080240指導(dǎo)教師朱火美課 題SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線自動堆放機(jī)械手設(shè)計一、畢業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容與基本要求:(目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法,應(yīng)掌握的原始資料(數(shù)據(jù))、參考資料(文獻(xiàn))以及設(shè)計技術(shù)要求、注意事項等)1、主要任務(wù)與目標(biāo)(1)資料查閱:認(rèn)真查閱18篇以上專業(yè)文獻(xiàn),其中外文資料不少于2篇,翻譯一篇中文字符2000字以上的外文文獻(xiàn),撰寫一篇3000字以上的反映課題內(nèi)容的文獻(xiàn)綜述; (2)結(jié)合已查閱的文獻(xiàn)資料,深入理解課題,完成畢業(yè)設(shè)計開題報告。(3)根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能,提出自動堆放機(jī)械手的整體設(shè)計方案;(4)完成自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計;完成自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型;繪制自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖。(5)結(jié)合個人的設(shè)計思路及相關(guān)的數(shù)據(jù)計算及理論依據(jù),撰寫1萬字以上設(shè)計說明書。(6)完成畢業(yè)設(shè)計的其它工作(指導(dǎo)記錄、資料上傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計平臺、答辯PPT準(zhǔn)備、資料裝訂整理等)。2、基本要求(1)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊,使用方便;(2)繪制總裝圖、主要零件工程圖,完成3張A0圖紙工作量(折合),要求設(shè)計圖正確、實(shí)用、美觀;(3)撰寫設(shè)計說明書。內(nèi)容包括:課題的目的、意義、國內(nèi)外研究動態(tài);研究的主要內(nèi)容;總體方案的擬定和主要參數(shù)的設(shè)計計算,條理清楚,計算有據(jù);格式按寧波大紅鷹學(xué)院機(jī)電學(xué)院機(jī)自專業(yè)全日制普通本科生畢業(yè)論文(設(shè)計)規(guī)范化要求。文字不少于1萬字。(4)其他要求:在進(jìn)行設(shè)計過程中,應(yīng)充分發(fā)揮自己獨(dú)立思考和創(chuàng)作設(shè)計,培養(yǎng)和鍛煉工程實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,反對抄襲行為。3、功能要求及設(shè)計參數(shù)(1)功能描述:DVD盒自動生產(chǎn)線主要有取盒,翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機(jī)注塑成型的一個DVD盒塑料制品形狀扁平,經(jīng)過DVD盒氣動折疊合蓋裝置的自動折疊合蓋,并由堆放機(jī)械手將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上,并同時在輸送帶上完成冷卻定型過程。本課題即要求完成對堆放機(jī)械手的設(shè)計。堆放機(jī)械手主要工作是將翻折機(jī)械手完成的DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上,一次轉(zhuǎn)移兩個,一堆8-10個。(2)設(shè)計參數(shù):1)注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小為18.3秒; 2)定型時每疊光碟盒數(shù)目為8-10個;3)單個盒子的DVD盒厚度范圍:7mm-15mm。4、主要參考文獻(xiàn)1 趙先仲機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004 2 陳明秋. 自動排坯輸送機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計. 電氣技術(shù)與自動化,20073 陳平注塑機(jī)械手控制器研究D東北農(nóng)林大學(xué),20064 王淼生產(chǎn)線中生產(chǎn)節(jié)拍與速度的若干問題的探討J雷達(dá)與對抗,2004(2):65-685 李笑液壓與氣壓傳動M北京:國防工業(yè)出版社,20066 SMC產(chǎn)品樣本 第一冊(執(zhí)行元件)第四版SMC公司,2005二、畢業(yè)論文進(jìn)度計劃序號起訖日期各階段工作內(nèi)容備注12015.9.16-2015.9.30 確定課題,熟悉課題22015.10.1 -2015.10.15 查閱國內(nèi)外相關(guān)研究資料,獨(dú)立開展調(diào)研。32015.10.16-2015.10.31外文文獻(xiàn)翻譯不少于2000字42015.11.1-2015.11.15 撰寫文獻(xiàn)綜述不少于3000字52015.11.16 -2015.11.30 撰寫開題報告12月30日前提交前期資料62015.12.1-2015.12.15 確定整體設(shè)計方案72015.12.16-2016.1.15計算設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu),并根據(jù)使用要求選擇合適的材料82016.1.16-2016.2.15 繪制總裝圖、主要零件工程圖嚴(yán)格按照機(jī)械制圖規(guī)范制圖92016.2.16-2016.3.15撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書102016.3.16 -2016.3.31 資料修改、完善,定稿3月31日前打印提交112016.4.1-2016.4.30 準(zhǔn)備答辯資料完善、提交122016.5.10答辯4月19日優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計答辯三、專業(yè)(教研室)審批意見:審批人(簽字):年 月 日 備注:學(xué)生一人一題,指導(dǎo)教師對每一名學(xué)生下達(dá)一份畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書。畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告課題: SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線 自動堆放機(jī)械手設(shè)計 所在學(xué)院: 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級: 12機(jī)自2班 姓 名: 於小喻 學(xué) 號: 1221080240 指導(dǎo)教師: 朱火美 2015 年 11 月 15 日一、本課題的研究目的及意義1.課題簡介隨著科技的不斷發(fā)展,產(chǎn)品更新?lián)Q代日漸加快,企業(yè)間的競爭也日益激烈。在如此激烈的競爭中,要使企業(yè)立于不敗之地,則必須對生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線進(jìn)行改造并不斷優(yōu)化是十分必要的?,F(xiàn)代企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)與提高效率的根本途徑之一是加速自動化的進(jìn)程。同時隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化的快速發(fā)展,機(jī)械手以其精度高、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域,成為自動化生產(chǎn)中的重要工具。本課題的主要任務(wù)是對SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計,并完成自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型以及繪制自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖。要求完成機(jī)械手的電機(jī)選型或氣缸選型、試進(jìn)行輸入輸出分析,完成PLC的選型。并結(jié)合個人的設(shè)計思路及相關(guān)的數(shù)據(jù)計算及理論依據(jù),撰寫1萬字以上設(shè)計說明書。完成畢業(yè)設(shè)計的其他工作(指導(dǎo)記錄、資料上傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計平臺、答辯PPT準(zhǔn)備、資料裝訂整理等)。2.DVD盒生產(chǎn)線、機(jī)械手概要及研究意義在DVD盒生產(chǎn)市場上,DVD盒從注塑機(jī)加工出來之后,其整形過程幾乎都是由人工來完成的,并沒有采取一套自動的DVD盒自動生產(chǎn)線。與此同時,科研人員也開始了對該生產(chǎn)線的研究。DVD盒自動生產(chǎn)線主要有取盒,翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機(jī)注塑成型的一個DVD盒塑料制品形狀扁平,經(jīng)過DVD盒氣動折疊合蓋裝置的自動折疊合蓋,并由堆放機(jī)械手將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上,并同時在輸送帶上完成冷卻定型過程。該生產(chǎn)線基于PLC控制,以單相可逆電機(jī)和氣動系統(tǒng)作為動力,實(shí)現(xiàn)DVD盒整形生產(chǎn)過程自動化,為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或堆放的自動機(jī)械裝置。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化,代替人在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合下進(jìn)行的手工操作,改善勞動條件,保證人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手的發(fā)展正在日益為人們所認(rèn)識,很多國家也都開始重視,投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。在我國近幾年也有較快的發(fā)展,并且取的一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)的重視。隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化的不斷發(fā)展,生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線不斷地改造并優(yōu)化是十分必要的。在DVD盒自動生產(chǎn)線,自動堆放機(jī)械手的設(shè)計是一項必不可少的流程。自動堆放機(jī)械手的優(yōu)化,可以促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展以及提高生產(chǎn)的效率。同時使得企業(yè)在同行的競爭中處于有利的低位。3.本課題研究目的本課題最終目的在于研制一套自動堆放機(jī)械手用于DVD盒自動生產(chǎn)線取代人工堆放工作,以實(shí)現(xiàn)成型工序參數(shù)的穩(wěn)定性。將自動堆放機(jī)械手應(yīng)用于DVD盒生產(chǎn)線具有如下優(yōu)點(diǎn):(1).安全穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量 自動堆放機(jī)械手模仿人手的動作,嚴(yán)格按照給定的程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)將DVD盒轉(zhuǎn)移到輸送帶上的任務(wù)。人工堆放的話,會給人造成危險,還會損壞產(chǎn)品,產(chǎn)生缺陷甚至出現(xiàn)廢品,畢竟產(chǎn)品沒有進(jìn)行冷卻定型。采用自動堆放機(jī)械手來完成堆放,一則保障人身安全,二則增加生產(chǎn)效率,從而得到穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。(2).改善工人勞動條件自動堆放機(jī)械手堆放DVD盒到輸送帶上,一次轉(zhuǎn)移兩個,一堆810個。而注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小是18.3秒,定型時每疊光碟盒數(shù)目為8-10個。工人需要把每個工件及時地搬運(yùn)、堆放到下一工序,勞動強(qiáng)度大,而且工作現(xiàn)場噪聲大,溫度高,環(huán)境惡劣。機(jī)械手的應(yīng)用將工人從繁重、簡單乏味的工作中解脫出來。(3).縮短產(chǎn)品改型換代的周期,減小相應(yīng)的設(shè)備投資自動堆放機(jī)械手可以通過修改機(jī)械手程序或更換手爪模塊以適應(yīng)不同的工件和工況,因而適應(yīng)不同尺寸規(guī)格DVD盒的生產(chǎn),同時可以配合不同生產(chǎn)機(jī)械的組合做出相應(yīng)的調(diào)整,進(jìn)而降低物耗、降低成本、節(jié)約投資。(4).減少不安全因素注塑機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備,常常由于工人安全意識不足或操作失誤,造成嚴(yán)重的人身傷害事故。采用機(jī)械手堆放實(shí)現(xiàn)了無人化的生產(chǎn),杜絕了生產(chǎn)過程中人身安全事故的發(fā)生。自動堆放機(jī)械手作為整個DVD盒生產(chǎn)線的中間部件,在其中起著承上啟下的作用。堆放機(jī)械手是DVD盒生產(chǎn)線中的部件,而DVD盒自動定型輸送線電機(jī)選型與氣缸選型也是機(jī)械手質(zhì)量最主要的組成部分,因此其電機(jī)及氣缸的選型將決定機(jī)械手是否能實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計。機(jī)械手內(nèi)腔為電氣線路和腕部俯仰驅(qū)動電機(jī)提供安裝空間,其結(jié)構(gòu)及其剛度,對機(jī)器人的運(yùn)動空間和精度都起著決定性的作用。通過自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的初步分析研究,熟悉了機(jī)械手設(shè)計分析的思路和流程,了解了我國和世界其他各國機(jī)械手的發(fā)展水平和現(xiàn)狀,認(rèn)知了當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的最新前沿科技,檢測了自己在分析理論和解決實(shí)際問題上的能力,為日后的研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。二、本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面,無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手,逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍,以減輕勞動強(qiáng)度,改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時,相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手,有條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件,如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu),以及用于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu),設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu),以便根據(jù)不同的作業(yè)要求,選用不同的典型部件,即可組成不同用途的機(jī)械手,即便于設(shè)計制造,又便于改換工作,擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時要提高速度,減少沖擊,正確定位,以更好地發(fā)揮機(jī)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(jī)械手,并考慮與計算機(jī)聯(lián)用,逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在機(jī)械制造業(yè)中,工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多,發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊、噴漆等作業(yè),它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作,有些還具備有傳感反饋能力,能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時,會引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞,但若有了傳感反饋?zhàn)詣?,機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。對于機(jī)械手的研究國內(nèi)外的水平不一,但代表當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)在日本,他的自動化,人性化令人嘆為觀止,這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學(xué),它是融合各種尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器。我國也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用,對于自動控制,柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛,但我國的自動化水平有待提高,只相當(dāng)于世界先進(jìn)技術(shù)在八十年代的水平。三、本課題的研究內(nèi)容1.主要的研究內(nèi)容在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)機(jī)械手設(shè)計理論及相關(guān)知識的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,綜合考慮機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及機(jī)械手的推廣應(yīng)用,分析確定使用六自由度機(jī)械手配合生產(chǎn)工序,實(shí)現(xiàn)取代人工作業(yè)的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),本文擬進(jìn)行的研究內(nèi)容如下:(1).根據(jù)DVD生產(chǎn)線現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定機(jī)械手的構(gòu)形方案。(2).確定機(jī)械手的性能參數(shù)完成自動堆放機(jī)械手的三維造型;(3).從驅(qū)動裝置的連接的實(shí)現(xiàn)出發(fā),完成各關(guān)節(jié)零件的設(shè)計;(4).對機(jī)械手重要零件進(jìn)行受力分析,完成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度校核;2.設(shè)計要求 (1).自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計 (2).自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型 (3).繪制自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖 (4).機(jī)械手電機(jī)選型或氣缸選型 3.關(guān)鍵的技術(shù)問題(1).伺服電機(jī)的安裝布局;(2).重要零件的受力分析及校核。四、本課題的實(shí)施方案、進(jìn)度及預(yù)期效果1.實(shí)施方案(1).功能分析堆放機(jī)械手初步機(jī)械臂簡圖如下圖1,以自動堆放機(jī)械手為中心,自動定型輸送帶和自動折疊合蓋裝置分別處于兩側(cè),成90度角。并且兩個裝置處于不同的高度,自動堆放機(jī)械手需拿起DVD盒且不損壞物件,將其轉(zhuǎn)移到自動定型輸送帶上。注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小是18.3秒,定型時每疊光碟盒數(shù)目為8-10個,單個盒子的DVD盒厚度范圍:7mm-15mm。堆放機(jī)械手主要工作是將翻折機(jī)械手完成的DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上,一次轉(zhuǎn)移兩個,一堆8-10個。如此不斷的循環(huán)操作。(2).方案擬定根據(jù)以上工作要求,綜合考慮機(jī)械手的功能實(shí)現(xiàn)和通用性,確定采用六自由度關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。整體方案初步確定自動堆放機(jī)械手通過方形底座固定,接著利用圓形圓盤的旋轉(zhuǎn)帶動機(jī)械手做九十度的來回移動。機(jī)械手臂由三個關(guān)節(jié)相互連接組成,通過各關(guān)節(jié)的運(yùn)動帶動手臂上下左右的移動。最后一個關(guān)節(jié)分別連接著兩個吸盤,通過這兩個吸盤的動作,將DVD盒利用氣缸吸附在機(jī)械手上,然后將其移動到輸送帶上,如此往復(fù)的循環(huán)。圖1 堆放機(jī)械手初步機(jī)構(gòu)簡圖2.實(shí)施進(jìn)度本課題的實(shí)施計劃如下:(1).2015年9月16日-2015年9月30日:確定課題,熟悉課題;(2).2015年10月1日-2015年10月15日:查閱國內(nèi)外相關(guān)研究資料,獨(dú)立開展調(diào)研;(3).2015年10月16日-2015年10月31日:外文文獻(xiàn)翻譯;(4).2015年11月1日-2015年11月15日:撰寫文獻(xiàn)綜述;(5).2015年11月16日-2015年11月30日:撰寫開題報告;(6).2015年12月1日-2015年12月15日:確定整體設(shè)計方案;(7).2015年12月16日-2016年1月15日:計算設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu),并根據(jù)使用要求選擇合適的材料;(8).2016年1月16日-2016年2月15日:繪制總裝圖、主要零件工程圖;(9).2016年2月16日-2016年3月15日:撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書;(10).2016年3月16日-2016年3月31日:資料修改、完善,定稿;(11).2016年4月1日-2016年4月30日:準(zhǔn)備答辯;(12).2016年5月10日:答辯。3.預(yù)期效果完成自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計,完成自動堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型,繪制結(jié)構(gòu)總裝配圖及主要零件的工程圖,為整個機(jī)器人的生產(chǎn)加工做好準(zhǔn)備,以便更好的投入到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中去。參考資料:1 趙先仲機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004 2 陳明秋. 自動排坯輸送機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計. 電氣技術(shù)與自動化,20073 陳平注塑機(jī)械手控制器研究D東北農(nóng)林大學(xué),20064 王淼生產(chǎn)線中生產(chǎn)節(jié)拍與速度的若干問題的探討J雷達(dá)與對抗,2004(2):65-685 李笑液壓與氣壓傳動M北京:國防工業(yè)出版社,20066 SMC產(chǎn)品樣本 第一冊(執(zhí)行元件)第四版SMC公司,20057羅天洪;熊小輝;六自由度重載裝配機(jī)械手運(yùn)動學(xué)分析及求解J.重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2009年06期8陳志權(quán);基于PLC氣動機(jī)械手的控制系統(tǒng)J.兵工自動化2008年04期9劉爽;氣動肌肉機(jī)械手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計與控制方法實(shí)現(xiàn)D.浙江理工大學(xué)2010 11陶朱秋;介紹兩種氣動機(jī)械手J.液壓氣動與密封1983年02期10李昌輝;自動上料機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)200911王孫.關(guān)節(jié)式機(jī)械手本體及控制系統(tǒng)設(shè)計.西安交大機(jī)械電子工程研究所,CN 44-1259/TH.12袁國盼;謝柳輝;軟管插放機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其優(yōu)化.學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn),2007(1) 指導(dǎo)教師審核意見:指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日 寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻(xiàn)綜述課題: SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線 自動堆放機(jī)械手設(shè)計 所在學(xué)院: 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級: 12機(jī)自2班 姓 名: 於小喻 學(xué) 號: 1221080240 指導(dǎo)教師: 朱火美 2015 年 11 月 15 日摘要:現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)與提高效率的根本途徑之一是加速自動化的進(jìn)程1。隨著機(jī)電一體化的高速發(fā)展,自動化已廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。同時隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化的快速發(fā)展,機(jī)械手以其精度高、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域。機(jī)械手是近代自動化控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù),并成為現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的一個重要組成部分2。采用機(jī)械手操作代替人工作業(yè),大大減輕了工人勞動強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率。但隨著科技的不斷發(fā)展,產(chǎn)品更新?lián)Q代日漸加快,企業(yè)間的競爭也日益激烈。在如此激烈的競爭中,要使企業(yè)立于不敗之地,則必須對生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線進(jìn)行不斷的改造、創(chuàng)新。其中,機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計是必不可少的重要部分。本文對基于PLC控制的SCX1221型DVD盒自動生產(chǎn)線做了簡要的介紹。著重介紹機(jī)械手的發(fā)展史及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀,簡述了自動堆放機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計。經(jīng)過對機(jī)械手的改進(jìn)設(shè)計,不僅提高了DVD盒生產(chǎn)線的工作效率,而且節(jié)省能源。關(guān)鍵字:DVD盒生產(chǎn)線;堆放;機(jī)械手一、相關(guān)概念及背景1、DVD盒自動生產(chǎn)線及機(jī)械手相關(guān)概念在DVD盒生產(chǎn)市場上,DVD盒從注塑機(jī)加工出來之后,其整形過程幾乎都是由人工來完成的,并沒有采取一套自動的DVD盒自動生產(chǎn)線。與此同時,科研人員也開始了對該生產(chǎn)線的研究。DVD盒自動生產(chǎn)線主要有取盒,翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機(jī)注塑成型的一個DVD盒塑料制品形狀扁平,經(jīng)過DVD盒氣動折疊合蓋裝置的自動折疊合蓋,并由堆放機(jī)械手將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上,并同時在輸送帶上完成冷卻定型過程。該生產(chǎn)線基于PLC控制,以單相可逆電機(jī)和氣動系統(tǒng)作為動力,實(shí)現(xiàn)DVD盒整形生產(chǎn)過程自動化,為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或堆放的自動機(jī)械裝置。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化,代替人在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合下進(jìn)行的手工操作,改善勞動條件,保證人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手的發(fā)展正在日益為人們所認(rèn)識,很多國家也都開始重視,投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。在我國近幾年也有較快的發(fā)展,并且取的一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)的重視3。機(jī)械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機(jī)器,它有多個自由度,可以在不同環(huán)境中完成堆放物體的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單,專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”,簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序,適應(yīng)性較強(qiáng),所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用4。目前,DVD盒自動生產(chǎn)線在投入生產(chǎn)以來,運(yùn)行良好,為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但同時它存在著自身的不足,主要體現(xiàn)在自動堆放機(jī)械手上。因此,本文主要針對已經(jīng)形成的DVD自動生產(chǎn)線中的自動堆放機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計改造以及創(chuàng)新。對于自動堆放機(jī)械手,我們應(yīng)當(dāng)在機(jī)械手的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改造,考慮各方面的問題,選擇最佳的方案來改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備,促使企業(yè)可以得到更好的收益。2、歷史背景機(jī)械手是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代,是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式,能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更,具有多個自由度動作功能的柔性自動化設(shè)備,也是典型機(jī)電一體化產(chǎn)品5。隨著計算機(jī)和自動化技術(shù)的發(fā)展,特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機(jī)問世以來,計算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步,向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時,大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進(jìn)展,又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面,20世紀(jì)40年代后期,美國在原子能實(shí)驗(yàn)中開發(fā)了遙控機(jī)械手,首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料,人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。50年代以后,又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手,機(jī)械手逐步被推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門,用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料,也作為機(jī)床的輔助裝置在自動機(jī)床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用,完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念,并申請了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié),利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教,機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?,F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式6。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型(示教再現(xiàn))是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”7。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化,能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。二、國內(nèi)外現(xiàn)狀目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面,無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手,逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍,以減輕勞動強(qiáng)度,改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時,相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手,有條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件,如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu),以及用于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu),設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu),以便根據(jù)不同的作業(yè)要求,選用不同的典型部件,即可組成不同用途的機(jī)械手,即便于設(shè)計制造,又便于改換工作,擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時要提高速度,減少沖擊,正確定位,以更好地發(fā)揮機(jī)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(jī)械手,并考慮與計算機(jī)聯(lián)用,逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在機(jī)械制造業(yè)中,工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多,發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊、噴漆等作業(yè),它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作,有些還具備有傳感反饋能力,能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時,會引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞,但若有了傳感反饋?zhàn)詣?,機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。對于機(jī)械手的研究國內(nèi)外的水平不一,但代表當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)在日本,他的自動化,人性化令人嘆為觀止,這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學(xué),它是融合各種尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器。我國也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用,對于自動控制,柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛,但我國的自動化水平有待提高,只相當(dāng)于世界先進(jìn)技術(shù)在八十年代的水平。三、機(jī)械手的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)自動化技術(shù)越來越高,工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡單化,對于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對人體造成傷害。從起源至今幾十年專用機(jī)械手的發(fā)展,如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展,促使了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人的研制是一項綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)15。目前國內(nèi)外對此也都十分的重視,設(shè)計不斷地修改,品種不斷地增加,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴(kuò)大。從機(jī)械手的起源到現(xiàn)如今,主要經(jīng)歷分為三代:一代是靠人工進(jìn)行控制的,一代是設(shè)有電子計算機(jī)控制系統(tǒng),一代是能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。預(yù)計接下來機(jī)械手的發(fā)展應(yīng)當(dāng)從以下三個方面進(jìn)行創(chuàng)新以及改進(jìn):(1)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。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,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。 (2)模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(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油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動自如。模塊化機(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, 是機(jī)械手的一個重要的發(fā)展方向。(3)機(jī)電一體化 由“可編程序控制器- 傳感器- 液壓元件”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)控制液壓元件, 使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)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19。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。 四、總結(jié):機(jī)械手已在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中扮演這一個重要的角色。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展,機(jī)械手技術(shù)也隨之提高。同時隨著機(jī)械手的應(yīng)用普及,機(jī)械手向著專用化,機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展,機(jī)械手的動作更加靈活多樣,其控制方式也向這多元化的方向發(fā)展。在DVD盒自動生產(chǎn)線中,自動堆放機(jī)械手的設(shè)計仍然存在著許多的問題需要解決。所以在設(shè)計的過程中我們還需要再仔細(xì)的研究,盡量創(chuàng)新堆放機(jī)械手,使其更完善的在自動生產(chǎn)線上發(fā)揮作用。參考文獻(xiàn):1袁國盼;謝柳輝;軟管插放機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其優(yōu)化.學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn),2007(1)2陳明秋;自動排坯輸送機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計.電氣技術(shù)和自動化,20073蔡自興;機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,76(4):11-164張波;多功能上下料用機(jī)械手液壓系統(tǒng)J.液壓與氣壓,2002,8(2):31-325羅天洪;熊小輝;六自由度重載裝配機(jī)械手運(yùn)動學(xué)分析及求解J.重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2009年06期6董茂起;于復(fù)生;王雪;孫永亮;基于S7-200PLC的三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計J.液壓與氣動2010年08期7陳志權(quán);基于PLC氣動機(jī)械手的控制系統(tǒng)J.兵工自動化2008年04期8孫迎遠(yuǎn);PLC在氣動機(jī)械手中的應(yīng)用J.煤礦機(jī)械2008年09期9王龍;基于注塑機(jī)的三伺服機(jī)械手的研究與開發(fā)D.五邑大學(xué) 2009 10劉爽;氣動肌肉機(jī)械手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計與控制方法實(shí)現(xiàn)D.浙江理工大學(xué)2010 11陶朱秋;介紹兩種氣動機(jī)械手J.液壓氣動與密封1983年02期 12 彭堅;氣動機(jī)械手及其PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)J.通用機(jī)械2004年07期 13楊振球;易孟林;高精度氣動機(jī)械手的研發(fā)及其應(yīng)用J.液壓與氣動2006年02期14李昌輝;自動上料機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)200915劉宇紅;張明路;孟憲春;劉淑英;楊戈;移動機(jī)械手的穩(wěn)定性及補(bǔ)償方法現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新2008年02期16周惠明.關(guān)節(jié)型機(jī)械手的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計J.煤礦機(jī)械.2007,28(10):18-1917張桂香,柯志敏.機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南J.北京:機(jī)械工業(yè)出社,2005.118ZhouLanfeng,HongBingrong.Real-time acquisition of compact volumetric maps.High Technology Letters.2006.119王孫.關(guān)節(jié)式機(jī)械手本體及控制系統(tǒng)設(shè)計.西安交大機(jī)械電子工程研究所,CN 44-1259/TH.指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師: 年 月 日專業(yè)教研室審查意見 負(fù)責(zé)人: 年 月 日
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