直進回轉(zhuǎn)式機械手設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

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條件。同時，在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工 作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3.可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用 機 械 手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由 于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機 床和綜合加工自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機械手， 以減少人力和更準確地控制 生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。 2 文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械手雖然 目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危 險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視， 并越來越廣泛地得到了應用。 （王承義，1995） 機械手首先是從美國開始研制的。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺 機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機 構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)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) 仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存 儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年，美國機械 制造公司也實驗成功一種叫 Vewrsatran 機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、 升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。這兩種出現(xiàn)在六十年代初的機械 手，是后來國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大 學，麻省理工學院聯(lián)合研制一種 Unimate-Vicarm 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)，定位誤差小于±1 毫米。聯(lián)邦德國 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。 目前，機械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進行控制；改進的方向主 要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設(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。第三代機械手則能獨立完成工作中過 程中的任務。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系 統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)節(jié)。 機械手應用意義機械工業(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)濟實力和科學技術(shù)水平的 重要標志。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 。新世紀，生產(chǎn)水平及科學技術(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。 機械手的發(fā)展趨勢目前國內(nèi)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性 能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 所以， 在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍， 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，在應用 專用機械手的同時，相應的發(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。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。 國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、 橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來 完成規(guī)定的操作。 國外機械數(shù)的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使 它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍 許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取 得一定成績。 目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化， 高速化， 多軸化， 輕量化的發(fā)展趨勢。 定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到 3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達 到 6 軸，負載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。更重要的是將機械手、柔性制 造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀 態(tài)。 同時， 隨著機械手的小型化和微型化， 其應用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領(lǐng)域， 而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。 目前我國機械手的研發(fā)和應用還處在一個發(fā)展的階段， 跟美國日本等發(fā)達國 家相比還有很大的差距，很多產(chǎn)品還需進口，特別是高靈活、高精度的機械手。 要使我國機械工業(yè)更進一步在發(fā)展壯大，就必須提高其自動化程度和生產(chǎn)效率， 將人手操作變?yōu)闄C械手操作。同時，國家應加大對機械手及機器人的研發(fā)投入， 積極開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，從根本上解決對國外產(chǎn)品的進口需求。 3 研究內(nèi)容 根據(jù)畢業(yè)任務書要求，將機器人設(shè)計為圓柱坐標型機器人。 設(shè)計部分：一、機械部分 1、底部導軌設(shè)計 底部導軌主要用于機器人前進和后退導向作用，和支撐整個機器人。 機器人與底部導軌采用滾珠絲杠傳動，滾珠絲杠水平放置。 2、水平回轉(zhuǎn)設(shè)計 水平基座采用步進電機驅(qū)動，同過兩級減速裝置與垂直轉(zhuǎn)軸相連，轉(zhuǎn)軸通過軸承與箱體連接。 驅(qū)動部分：步進電機 傳動部分：轉(zhuǎn)軸 執(zhí)行部分：水平機身 3、手臂部分設(shè)計 手臂與水平機身通過銷軸連接。手臂由4根鋼管形成的桁架組成。 手臂垂直擺動步進電機，通過蝸輪蝸桿減速器與軸連接，由步進電機驅(qū)動，帶動軸轉(zhuǎn)動，從而帶動機械手臂。 驅(qū)動部分：步進電機 傳動部分：軸、手臂后端 執(zhí)行部分：手臂 4、末端機械手設(shè)計 機械手采用雙支點連桿式機械手，機械手為多齒V字型，連桿接 液壓缸伸出桿，隨著液壓缸伸出桿的伸出和縮進，機械手打開或閉合。 驅(qū)動部分：氣壓缸 傳動部分：連桿 執(zhí)行部分：多齒V字型手指 搬運物體 設(shè)計機械手抓 計算并設(shè)計擺動的電機 設(shè)計手臂 設(shè)計控制機械手抓的氣壓缸 設(shè)計水平回轉(zhuǎn)部件和電機選擇 設(shè)計導軌、滾珠絲杠選型和小部件選擇校核 完成 ` 二、電氣部分 1、PLC選型 2、檢測裝置采用接近開關(guān) PLC 驅(qū)動電路 傳動部分 末端執(zhí)行器 M1 M2 液壓缸 接近開關(guān) 反饋 4 研究方案 機械傳動方案 該機器人的完成的任務是：將50KG的重物搬運5m的距離，同時要求搬運時機械手臂水平旋轉(zhuǎn)180°。抓取重物時要提升一段高度，放下時再下降響應的一段距離。所以該機器人分為三個重要部分——底部導軌部分、機身水平旋轉(zhuǎn)部分和手臂上下擺動部分。 底部導軌部分 采用雙導軌，傳動采用滾珠絲杠。 機身水平旋轉(zhuǎn)部分 機身底座安裝在導軌和螺母上，水平基座采用步進電機驅(qū)動，同過兩級減速裝置與垂直轉(zhuǎn)軸相連，轉(zhuǎn)軸通過軸承與箱體連接。箱體采用分體鉚接式。 手臂上下擺動部分 手臂主體由4根鋼管、一個電機和蝸桿渦輪減速器組成，手臂由4根鋼管為主體構(gòu)成的桁架形成，桁架與手臂轉(zhuǎn)動部分通過螺栓連接，手臂轉(zhuǎn)動部分安裝在手臂箱體上，箱體與底部機器人的水平回轉(zhuǎn)通過螺栓連接。 電氣控制方案 控制部分采用PLC控制，PLC通過控制步進控制器控制步進電機，然后電機帶動執(zhí)行機構(gòu)到達指定位置時，接近開關(guān)采集信號，并反饋到PLC，PLC運行程序，給出下一步動作指令，達到機器人快速響應的要求。 5 進度計劃 2011.11-2011.12 收集資料、調(diào)研、翻譯外文技術(shù)資料，完成開題報告。 2011.12-2012.1 研讀資料，擬定設(shè)計方案。 2012.1-2012.3 完成設(shè)計草圖，作必要的設(shè)計計算。 2012.3-2012.4 最終完成總裝配圖，以及部件圖和零件圖設(shè)計。 2012.4-2012.5 完成控制系統(tǒng)設(shè)計，撰寫設(shè)計計算說明書。 2012.6 答辯準備及答辯。 參考文獻 1 UNECE, IFR. World Robotics 2005 – Statistics, Market Analysis, Forecasts, Case Studies and Profitability of Robot Investment [M]. 2005. 2 Machine-Tending Robots: Production's “Special Forces” [J]. MAN: Modern Applications News, 2004, 38(10). 3 吳振彪. 工業(yè)機器人[M]. 武漢華中科技大學出版社1997. 4 殷際英,何廣平. 圓柱坐標機器人[M]. 北京化學工業(yè)出版社, 2003. 5 余達太等. 工業(yè)機器人應用工程[M]. 北京冶金工業(yè)出版社1999. 6 張鐵, 謝存禧. 機器人學[M]. 廣州華南理工大學出版社2001. 7 IEEEC. 工業(yè)機器人技術(shù)現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢2003. 8 王俊玲,曲忠萍. 國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)應加快發(fā)展占領(lǐng)機器人市場[J]. 機器人技術(shù)與應用2004 9 張建民. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京北京理工大學出版社1996. 10 方建軍等. 光機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京化學工業(yè)出版社2003. 11成大先. 機械設(shè)計手冊單行本.常用工程材料 [M]. 北京化學工業(yè)出版社2004.1. 12 單以才. 機器人機械操作臂的模塊化設(shè)計及其控制的研究[D]. 揚州大學2003. 13 成大先. 機械設(shè)計手冊單行本.機械傳動[M]. 北京化學工業(yè)出版社2004.1. 14 孫桓. 機械原理教程[M]. 西安西北工業(yè)大學出版社1987. 15 劉艷梅 陳震 三菱PLC基礎(chǔ)與系統(tǒng)設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社2009.7 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 開題答辯小組意見 1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。 2、論文的難度：□偏高；□適當；□偏低。 3、論文的工作量：□偏大；□適當；□偏小。 4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。 5、學生對文獻資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 6、學生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達能力： □好；□較好；□一般；□較差。 7、學生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好；□一般；□較差。 8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差 （在相應的方塊內(nèi)作記號“√”） 建議結(jié)論 評議小組組長簽名： 評議小組組員簽名： 年 月 日