玩具箱、玩具柜關(guān)閉件試驗機的設(shè)計【說明書+CAD+PROE+仿真】

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2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 一． 機器人及機械手的概述 在現(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。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實現(xiàn)機械化。機器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機器人或通用機器人）。 機器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人，而把工業(yè)機械人稱為通用機器人。 簡而言之，機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。 機器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機器人，也即本文所研究的對象。它是一種獨立的、不附屬于某一主機的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機器人來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機器人，主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機床上下料和工件傳送。這種機器人在國外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點，成為機器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機器人的本體部分都采用這種機構(gòu)形式的機器人。 要機器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機構(gòu)——執(zhí)行機構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運動的驅(qū)動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機器人的性能。一般而言，機器人通常就是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。 圖1-1 機器人的一般組成 對于現(xiàn)代智能機器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機器人的觸覺裝置。機器人的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機器人的。要實現(xiàn)機器人所期望實現(xiàn)的功能，機器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。 圖1-2 機器人各組成部分之間的關(guān)系 機器人的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動－傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構(gòu)是機器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動－傳動系統(tǒng)主要包括驅(qū)動機構(gòu)和傳動系統(tǒng)。驅(qū)動機構(gòu)提供機器人各關(guān)節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿足機器人各關(guān)節(jié)力矩和運動所要求的驅(qū)動力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機器人分為機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機構(gòu)部分。 二． 機器人及機械手的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 機器人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器人。它的結(jié)構(gòu)特點是機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種典型機器人后，大力從事機器人的研究。 目前工業(yè)機器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機控制系統(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，把感覺到的信息進(jìn)行反饋，使機器人具有感覺機能。 第三代機器人（機器人）則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。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(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。國際工業(yè)機器人會議ISIR決定每年召開一次會議，討論和研究機器人的發(fā)展及應(yīng)用問題。 目前，工業(yè)機器人主要用于裝卸、搬運、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機器人代替人工操作的，主要是在危險作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。 在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機器人本身的損壞。 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會的進(jìn)步，針對于上述各個領(lǐng)域的機器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。制造業(yè)要求機器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。計算機集成制造（CIM）要求機器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計算機作為上層主控計算機，使用專用機器人語言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在EPROM中，這種專用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結(jié)構(gòu)的機器人系統(tǒng)。 美國工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個階段： （1）1963-1967年為試驗定型階段。1963-1966年， 萬能自動化公司制造的工業(yè)機器人供用戶做工藝試驗。1967年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機器人定型為1900型。 （2）1968-1970年為實際應(yīng)用階段。這一時期，工業(yè)機器人在美國進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國通用汽車公司1968年訂購了68臺工業(yè)機器人；1969年該公司又自行研制出SAM新工業(yè)機器人，并用21組成電焊小汽車車身的焊接自動線；又如，美國克萊斯勒汽車公司32條沖壓自動線上的448臺沖床都用工業(yè)機器人傳遞工件。 （3）1970年至今一直處于推廣應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展階段。1970-1972年，工業(yè)機器人處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國在伊利斯工學(xué)院研究所召開了第一屆全國工業(yè)機器人會議。據(jù)當(dāng)時統(tǒng)計，美國大約200臺工業(yè)機器人，工作時間共達(dá)60萬小時以上，與此同時，出現(xiàn)了所謂了高級機器人，例如：森德斯蘭德公司（Sundstrand）發(fā)明了用小型計算機控制50臺機器人的系統(tǒng)。又如，萬能自動公司制成了由25臺機器人組成的汽車車輪生產(chǎn)自動線。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識別能力微型機器人。 其他國家，如日本、蘇聯(lián)、西歐，大多是從1967，1968年開始以美國的“Versatran”和“Unimate”型機器人為藍(lán)本開始進(jìn)行研制的。就日本來說，1967年，日本豐田織機公司 引進(jìn)美國的“Versatran”,川崎重工公司引進(jìn)“Unimate”，并獲得迅速發(fā)展。通過引進(jìn)技術(shù)、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國產(chǎn)化機器人，技術(shù)水平很快趕上美國并超過其他國家。經(jīng)過大約10年的實用化時期以后，從1980年開始進(jìn)入廣泛的普及時代。 我國雖然開始研制工業(yè)機器人僅比日本晚5-6年，但是由于種種原因，工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計劃地從國外引進(jìn)工業(yè)機器人技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機器人將會獲得快速的發(fā)展。 三． 機器人及機械手的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機器人設(shè)計生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強，尤其當(dāng)機器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。 就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢： (1)提高運動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機器人； (2)開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應(yīng)不同的場合； (3)研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求解、動作規(guī)劃，同時，越來越多的系統(tǒng)采用微機進(jìn)行控制。 參考文獻(xiàn) [1] (美)斯克萊特，奇羅尼斯編，鄒平譯.機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007. [2]張晉西，郭學(xué)琴. SolidWorks及COSMOSMotion機械仿真設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007. [3] (美) SolidWorks公司，葉修梓，陳超祥. SolidWorks基礎(chǔ)教程[M]：零件與裝配體.杭州新迪數(shù)字工程系統(tǒng)有限公司. 北京：機械工業(yè)出版社，2008. [4] 鄭午，鄭玉彬，張學(xué)文，張紅彥. 三維機械設(shè)計—catia v5應(yīng)用叢書[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2006. [5] 王國強. 工程機械設(shè)計與維修叢書—現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2006. [6] 機械工業(yè)出版社.機械設(shè)計手冊單行本減速器與變速器[M]. 機械工業(yè)出版社，2007. [7] 侯永濤. SolidWorks機械設(shè)計實用教程[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2006年1月. [8] 徐春艷.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 理工大學(xué)出版社，2006年8月. [9] 楊世明.機械設(shè)計[M]. 電子工業(yè)出版社，2007年1月. [10] 陳秀寧、施高義主編，《機械設(shè)計課程設(shè)計》[M]，浙江大學(xué)出版社，2003.  畢 業(yè) 設(shè) 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）： 課題要求： 1.課題任務(wù) 本課題設(shè)計一臺可對玩具箱關(guān)閉件進(jìn)行自動開關(guān)的試驗機，以達(dá)到對玩具箱、玩具柜的安全質(zhì)量進(jìn)行控制和檢測的目的。 2.課題要求 該試驗機可對玩具箱的關(guān)閉件進(jìn)行反復(fù)開啟和關(guān)閉，設(shè)計試驗機的外形結(jié)構(gòu)； 試驗機設(shè)計指標(biāo)：①箱蓋每次開啟和關(guān)閉為一周期，其中開啟和關(guān)閉各需7秒，兩個動作之間停留0.5秒，每周期運行時間為15秒；②最大開啟角度=180°；③假設(shè)箱蓋邊緣處質(zhì)量為0.8kg，玩具箱總體尺寸：長×寬×高=420mm×420mm×300mm；④搖臂半徑為500 mm，搖臂質(zhì)量為1.5kg?？紤]本傳動的機械類型，可設(shè)η=55%，計算電機的功率；假設(shè)電機滿負(fù)荷的工作轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，選擇直流電機，設(shè)計減速器。 進(jìn)行傳動機構(gòu)設(shè)計，繪制傳動機構(gòu)裝配圖、三維造型圖、以及部分零件圖。 研究手段： 1. 采集文獻(xiàn)資料、閱讀并消化文獻(xiàn)、提交開題報告并初步制定設(shè)計方法 2. 完成玩具箱、玩具柜關(guān)閉件試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，用三維CAD軟件建立機構(gòu)的裝配體實體模型； 3. 繪制傳動機構(gòu)裝配圖，拆畫部分零件圖； 4. 根據(jù)設(shè)計方案、計算和分析結(jié)果編寫設(shè)計、計算說明書； 5. 完成畢業(yè)論文的撰寫。  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語： 在前期查閱資料、調(diào)研的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)綜述圍繞本（論文）課題對機械手的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述，對本課題進(jìn)行了初步調(diào)研，并有了比較清楚的認(rèn)識，為論文的研究工作的順利開展打下了較好的基礎(chǔ)。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測： 玩具箱、玩具柜關(guān)閉件試驗機是對玩具箱的支撐件進(jìn)行疲勞性試驗的專用試驗設(shè)備，其設(shè)計中需要研究試驗機的工作方式，進(jìn)行方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)計算、三維實體設(shè)計，繪制零部件工程圖，對學(xué)生起到全面訓(xùn)練其工程設(shè)計能力和應(yīng)用綜合知識的能力的作用。課題的深度、廣度及工作量適中。 根據(jù)論文進(jìn)度安排和前期調(diào)研所做的工作，論文設(shè)計思路比較清晰，方法合理，論文設(shè)計可以完成任務(wù)書要求。 指導(dǎo)教師： 2010 年3月 25日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 2010 年3月 27 日