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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題目：汽車零件裝焊線裝卸機構(gòu)中的伸縮與 手部機構(gòu)設(shè)計  一.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況） 機械手在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛的應(yīng)用于機加工，鍛壓，鑄造，沖壓，焊接，裝配，噴漆， 熱處理等各個行業(yè)，特別是在笨重，高溫有毒，放射性，多粉塵等惡劣危險的活動環(huán)境中，機械手由于有顯著的優(yōu)點而備受重視。以下是機械手在工業(yè)中的幾種典型的應(yīng)用。機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供，耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一[1]。生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展帶動了整個機械工業(yè)的快速發(fā)展?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題。然而在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序銜接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現(xiàn)失誤及傷害[2]。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。機械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況，它不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故[3]。 國內(nèi)狀況:目前國內(nèi)機械手應(yīng)用在機械工業(yè)冷加工作業(yè)中的較多，而在鑄、銀、焊、熱處理等熱加工以及裝配作業(yè)等方面的應(yīng)用較少。因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復(fù)雜、環(huán)境溫度高等，結(jié)機械手的設(shè)計、制造帶來不少因難，這就需要解決技術(shù)k的難點，使機械手更好地為熱加工作業(yè)服務(wù)。同時，在其它行業(yè)和工業(yè)部門，也將隨若工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，而逐步擴大機械手的使用[4]。 國外狀況：在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手運用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng) 應(yīng)用于機床。摸鍛壓機的上下料，以及點焊，噴漆等作業(yè)中，它可按照制定的作業(yè)程 序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生 某些偏離時，就將引起零部件機械手本身的損害。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大 力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界的條件變化， 做出相應(yīng)的變更。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研究電 磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。1962年，美國機械鑄造公司在上述方案 的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為 Unimate (即萬能自動)。 運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。 不少球坐標(biāo)式通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合 并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機械[5]。 1962年美國機械鑄造公司 司也試驗成功一種叫 Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以 回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這 兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 Unimate公司和 斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 Unimate-Vic-arm型工業(yè)機械手，裝有小型 電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于1毫米。 美國還十分注意提 高機械手的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。 如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺， 進行各種性能的試驗。準(zhǔn)備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設(shè)備可 靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間）， 由400小時提高到1500 時。主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種 點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采 用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè) 業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家[6]。 未來發(fā)展趨勢：在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的 機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通 用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將 機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加 緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊 機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，有便于更換工件，擴大應(yīng)用范 圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還 應(yīng)大力研究記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用 逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元[7]。 1．旋轉(zhuǎn)體零件生產(chǎn)流水線自動化方面 采用機械手在旋轉(zhuǎn)體零件（如軸類、盤類、環(huán)類等）生產(chǎn)流水線上的機床之間傳送來提高生產(chǎn)線的自動化。國內(nèi)已建成的這類自動線很多，如沈陽泵廠的深井泵軸承體加工自動化[8]。大連電機廠的4號和5號電動機軸加工自動線（軸類），上海拖拉機齒輪廠的齒輪加工自動線等。加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，采用機械手的，如上海動力機廠的汽缸蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機械手[9]。 2. 在實現(xiàn)單機自動化方面 1.各類半自動車床，有自動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工 上下機械手，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應(yīng)用最多，如柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二機床廠的自動循環(huán)液壓仿形車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機械手等[10]。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗，國內(nèi)一些機床廠已在這類機床產(chǎn)品出廠時就采用機械手，或為用戶自行安裝機械手提供條件[11]。 2.注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動裝卸工件，可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)[12]。 3.沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機械手上下料，可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。目 前機械手上下料沖床應(yīng)用有兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如天津拖拉機廠400t沖床的下料機械手，天津拖拉機廠400t沖床的下料機械手沖壓件工位間步進[13]。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機械手（生產(chǎn)線中有兩臺沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的12t和40t多工位沖床機械手等[14]。 3．在裝配方面 工業(yè)機械手在裝配中的應(yīng)用，是近幾年國內(nèi)外研究和發(fā)展的一個重要方面，特別 是在行在汽車行業(yè)的汽車裝配自動化和彈藥裝配等危險作業(yè)上有很大的使用價值[15]。 二、主要研究內(nèi)容、擬采用的研究方案、研究方法 2.1主要設(shè)計內(nèi)容： 1.運動功能設(shè)計：即兩個自由度設(shè)計，如伸縮和平移，應(yīng)盡可能的靈活運動和大 的工作空間。 2.驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計：機械手操作機是由若干個構(gòu)件和關(guān)節(jié)組成的多自由度空間機構(gòu) 組成，驅(qū)動機構(gòu)如（電動、液壓、氣壓、純機械） 3.論證執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計：使用和自由度結(jié)合論證，然后舉出三個典型的例子。取出 一個最合理的進行論證，體現(xiàn)一個方案論證。 基本參數(shù)： 抓重：30公斤，機構(gòu)整體自由度：2個。 最大工作半徑：1600mm 伸縮行程：800mm 手腕回轉(zhuǎn)范圍：0-180 4.畫圖設(shè)計圖。 2.2研究方案 1.工況分析: 本次設(shè)計的多功能機械手用于汽車零件裝焊線裝卸機上，機械手主 要由手爪、小臂、大臂等組成。通過機械手來實現(xiàn)對上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，通過伸縮到達指定位閏土機械外文翻譯成品某寶dian置。并按該自動線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動作。總共有4個自由度，手臂做上下和前后伸縮、手臂左右旋轉(zhuǎn)，手腕做回轉(zhuǎn)、橫移。由于我設(shè)計的機械手只采用手臂伸縮和手腕的橫移，所以我只用到2個自由度,該機械手與油壓機、三孔自動焊機的配置如圖所示。 由機械手（1）的手臂伸向53噸油壓機，并由手部握緊已壓裝好的工件，往上抬 起離開定位裝置，手臂縮回并水平回轉(zhuǎn)90，將工件伸向三孔自動焊機進行三孔堵焊，堵焊完后，機械手（2）伸出手臂，由手部取下已堵焊好的工件，手臂縮回并回轉(zhuǎn)180，將工件送到懸掛鏈，用掛鉤將工件運往清洗室清洗。當(dāng)三孔焊機在焊活時，機械手（1）同時轉(zhuǎn)向63噸油壓機，將壓裝好的另一工件取出，送到三孔自動焊機進行第二件的焊接。就這樣，機械手（1）分別交替地從53噸及63噸兩臺油壓機上取下已壓裝好的工件，送到三孔自動焊機上進行三孔堵焊，機械手（2）將焊完后的工件取下送到懸掛鏈。在兩臺機械手間被傳送的工件有四種，需要兩種不同的程序控制交替進行。 2.坐標(biāo)形式：按機械手手臂的不同運動形式及其組合形式總共分為4種坐標(biāo)形式 直角坐標(biāo)形式：手臂的運動形式由3個直線運動所組成，即沿X軸的伸縮沿Z軸 的升降、沿Y軸的撥移。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，定位精度病，適用于主機位置成行徘列的場合。 圓柱坐標(biāo)形式：即沿X軸的伸縮沿Z軸的升降、沿Y軸的撥移。它與直角座標(biāo)式 相比較．占地面積小而活動范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達到較高的定位精度，因此應(yīng)用較廣泛。但由于機械手結(jié)構(gòu)的關(guān)系，沿z軸方向移動的最低位置受到限制，放不能抓取地面上的物件。 球坐標(biāo)式：其手臂的運動系由一個宣線運動和兩個轉(zhuǎn)動所組成，即沿著x軸的伸 縮、繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。 關(guān)節(jié)式：其手臂的運動類似人的手臂可作幾個方向的轉(zhuǎn)動。它由大小兩臂和立柱 等所組成，大小兩臂之間的聯(lián)接為肘關(guān)節(jié)，大貿(mào)與立柱之間的聯(lián)接為肩。 綜合考慮，采用圓柱坐標(biāo)形式，其手臂的運動系由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)所組 成，即沿X軸的伸縮、沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種座標(biāo)型式的機械手稱為圓柱座標(biāo)式機械手。它與直角座標(biāo)式相比較．占地面積小而活動范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達到較高的定位精度，因此應(yīng)用較廣泛。但由于機械手結(jié)構(gòu)的關(guān)系，沿z軸方向移動的最低位置受到限制，放不能抓取地面上的物件。如圖所示， 結(jié)構(gòu)簡圖: 2.3方案的論證： 1.執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)主要主要包括手部、手臂、軀干；手部裝在手臂前端，可 以轉(zhuǎn)動。機械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)仿造人的手指，按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、 四指式。我所設(shè)計的機械手采用四指式。 手部：手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。 回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適 宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位和 物件重量及尺寸。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機 構(gòu)型式較多時常用的有: 滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠 螺母彈簧式和重力式等。 手腕：是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢) 手臂：手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去 抓取部件(如油缸、液壓缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等)與驅(qū) 動源(如液壓、液壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 立柱：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)運動升 降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱因工作需要，有時也可做橫向 移動，即稱為可移式立柱。 機座：機座是機械手的基礎(chǔ)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 機座上，故起支撐和連接的作用。 本設(shè)計手臂運動由橫軸和豎軸運動組成，可完成伸縮的運動手臂引導(dǎo)手指負(fù)責(zé)把物料 進行抓取和擺放，可根據(jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和大小的夾頭以適應(yīng)操 作的需要。手臂則需要伸縮到指定的位置來達到對手部的配合，軀干是安裝手臂、動 力源和各種執(zhí)行的支行機架。 2.驅(qū)動方式主要有： 液壓：具有很大的功率質(zhì)量比，適用于大負(fù)載的情形。其優(yōu)點在于它的高精度、高靈高敏度和安全性。 氣壓：缺點是功率質(zhì)量比較小，所以適用節(jié)拍快、負(fù)載小且精度不高的場合。 電動：具有較大的功率質(zhì)量比，適用于中等負(fù)載，其優(yōu)點在于它的高精度，且 適用于動作復(fù)雜，運動軌跡嚴(yán)格的機械手。其成本可高可低，應(yīng)用廣泛。 通過比較再結(jié)合我設(shè)計的內(nèi)容，我選用液壓驅(qū)動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點傳動平穩(wěn)、質(zhì) 量輕體積小、承載能力大、易于實現(xiàn)過載保護、機構(gòu)簡單、便于實現(xiàn)自動化。 三、本機械手裝置設(shè)計重點及難點： 重點:具有靈活性和較好的承載性能夠自動完成系統(tǒng)所要求的動作，具有連續(xù)工 作、單周期工作、自動返回原點、手動操作等功能。并且整個加工過程中都具有一定的適應(yīng)性。 難點：機械手手部的設(shè)計與計算，機械手傳動和驅(qū)動的設(shè)計計算，及參數(shù)的確定 并繪制圖形。 四、工作方案及進度計劃 1～2周：調(diào)研，查閱相關(guān)資料，完成開題報告； 3～4周：總體設(shè)計以及方案論證，深化方案具體實施步驟； 5～6周：分析機械手工況，確定機械手的載荷，并根據(jù)工況確定計算準(zhǔn)則； 7～8周：機械手的具體方案設(shè)計； 9～10周：機械手的參數(shù)總體計算以及校核，準(zhǔn)備中期檢查； 11～12周：機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及分析； 13～14周：完成裝配圖設(shè)計，驗證校核； 15～16周：完成畢業(yè)論文以及外文資料的翻譯； 17～18周：修改畢業(yè)論文及準(zhǔn)備畢業(yè)答辯； 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻 [1] 馬.工業(yè)機械手設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社，1997 [2] 工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ)[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1985 [3] 渡邊茂.產(chǎn)業(yè)機器人技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，1982 [4] 黃凈.電氣及PLC控制技術(shù)[M]．北京:機械工業(yè)出版社，2004年． [5] 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