立式精鍛機自動上料機械手三維設(shè)計

立式精鍛機自動上料機械手三維設(shè)計,立式精鍛機自動上料機械手三維設(shè)計,立式,精鍛機,自動,機械手,三維設(shè)計 大 連 大 學(xué)本 科 畢 業(yè) 論 文 (設(shè) 計 )開 題 報 告論 文 題 目 ： 立 式 精 鍛 機 自 動 上 料 機 械 手 三 維 設(shè) 計學(xué) 院 ： 機 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 、 班 級 ： 機 英 144學(xué) 生 姓 名 ： 凌 琦 慜指 導(dǎo) 教 師 （ 職 稱 ） ： 何 利 (副 教 授 ）2018 年 1 月 4 日 填 1 一 、 選 題 依 據(jù)1、 論 文 （ 設(shè) 計 ） 題 目立 式 精 鍛 機 自 動 上 料 機 械 手 三 維 設(shè) 計2、 研 究 領(lǐng) 域三 維 設(shè) 計 ， 機 械 設(shè) 計 ， 液 壓 傳 動3、 論 文 （ 設(shè) 計 ） 工 作 的 理 論 意 義 和 應(yīng) 用 價 值我 國 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) (GB/T 12643-90)對 機 械 手 的 定 義 ： 具 有 和 人 手 臂 相 似 的 動 作 功 能 ，可 在 空 間 抓 放 物 體 ， 或 進(jìn) 行 其 它 操 作 的 機 械 裝 置 。機 械 手 技 術(shù) 是 綜 合 了 計 算 機 、 控 制 論 、 機 構(gòu) 學(xué) 、 信 息 和 傳 感 技 術(shù) 、 人 工 智 能 、 仿生 學(xué) 等 多 學(xué) 科 而 形 成 的 高 新 技 術(shù) ， 是 當(dāng) 代 研 究 十 分 活 躍 ， 應(yīng) 用 日 益 廣 泛 的 領(lǐng) 域 。 理 論 意 義 ： 其 一 ， 對 于 機 器 人 的 研 制 ， 尤 其 仿 人 機 器 人 的 研 究 應(yīng) 用 ， 必 將 對 機 器人 行 業(yè) 起 到 積 極 的 促 進(jìn) 作 用 ； 其 二 ， 仿 人 機 械 手 的 研 發(fā) 隸 屬 于 制 造 業(yè) ， 其 研 制 成 功 與推 廣 ， 可 以 增 加 就 業(yè) ， 創(chuàng) 造 經(jīng) 濟(jì) 價 值 ； 其 三 ， 其 技 術(shù) 的 實 現(xiàn) 可 以 促 進(jìn) 制 造 業(yè) 的 信 息 化 、自 動 化 和 產(chǎn) 品 的 智 能 化 ， 提 升 產(chǎn) 品 技 術(shù) 含 量 和 附 加 值 ， 從 而 促 進(jìn) 我 國 制 造 業(yè) 相 關(guān) 技 術(shù)領(lǐng) 域 的 發(fā) 展 。應(yīng) 用 價 值 ： 機 械 手 是 最 早 出 現(xiàn) 的 工 業(yè) 機 器 人 ， 也 是 最 早 出 現(xiàn) 的 現(xiàn) 代 機 器 人 ， 它 可代 替 人 的 繁 重 勞 動 以 實 現(xiàn) 生 產(chǎn) 的 機 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 械 制 造 、 冶 金 、 電 子 、 輕 工 和 原 子 能 等 部 門 。 隨 著 我 國 經(jīng) 濟(jì) 的騰 飛 ， 國 家 在 工 業(yè) 方 面 也 得 到 了 迅 猛 發(fā) 展 ， 機 械 手 作 為 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 非 常 重 要 的 一 種 工具 ， 對 其 技 術(shù) 的 不 斷 突 破 也 變 得 日 趨 重 要 。 目 前 ， 機 械 手 的 種 類 大 至 可 按 驅(qū) 動 方 式 分 為 液 壓 式 、 氣 動 式 、 電 動 式 、 機 械 式 機 械 手 ； 按 適 用 范 圍 可 分 為 專 用 機 械 手 和 通 用 機械 手 兩 種 ； 按 運 動 軌 跡 控 制 方 式 可 分 為 點 位 控 制 和 連 續(xù) 軌 跡 控 制 機 械 手 等 。 隨 著 工 業(yè)自 動 化 發(fā) 展 的 需 要 ， 機 械 手 在 工 業(yè) 應(yīng) 用 中 越 來 越 重 要 。 特 別 是 在 高 溫 、 高 壓 、 多 粉 塵 、易 燃 、 易 爆 、 放 射 性 等 惡 劣 環(huán) 境 中 ， 以 及 笨 重 、 單 調(diào) 、 頻 繁 的 操 作 代 替 人 作 業(yè) 。本 課 題 研 究 的 機 械 手 主 要 用 于 立 式 精 鍛 機 ， 針 對 軸 類 零 件 精 鍛 自 動 生 產(chǎn) 線 ， 將 加熱 后 的 坯 料 從 運 輸 車 上 取 下 搬 運 到 立 式 精 鍛 機 上 。 機 械 手 固 定 安 裝 在 JD100 立 式 精 鍛機 前 ， 要 求 機 械 手 抓 取 工 件 時 ， 滿 足 被 握 持 的 工 件 形 狀 、 尺 寸 大 小 、 重 量 、 材 料 性 能 、表 面 狀 況 等 要 求 。4、 目 前 研 究 的 概 況 和 發(fā) 展 趨 勢工 業(yè) 機 械 手 的 第 一 次 迅 猛 發(fā) 展 是 在 第 二 次 世 界 大 戰(zhàn) ， 最 早 應(yīng) 用 在 美 國 橡 樹 嶺 國 家 實 驗 室 的 搬 運 核 原 料 的 遙 控 機 械 操 作 手 研 究 ， 時 間 大 約 是 在 上 世 紀(jì) 40 年 代 ， 它 是 一 2 種 主 從 型 的 控 制 系 統(tǒng) 。 1958 年 美 國 聯(lián) 合 控 制 公 司 研 制 出 第 一 臺 機 械 手 。 控 制 系 統(tǒng) 有 別于 40年 代 的 主 從 型 而 是 示 教 型 的 ； 1962 年 ， 美 國 聯(lián) 合 控 制 公 司 在 上 述 方 案 的 基 礎(chǔ) 上 ，研 制 出 一 種 更 新 興 的 機 械 手 ， 運 動 系 統(tǒng) 仿 造 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 做 儲 存 裝 置 。 這 個 機 械 手 對 機 械 手 的 發(fā) 展 有 著 深 遠(yuǎn) 的 意 義 ，日 后 的 不 少 球 面 坐 標(biāo) 式 機 械 手 就 是 在 這 個 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 ； 同 一 年 該 公 司 和 普 曼 公司 合 并 成 重 組 為 萬 能 制 動 公 司 ， 專 門 生 產(chǎn) 工 業(yè) 機 械 手 。 雖 然 上 述 機 械 手 出 現(xiàn) 在 六 十 年代 初 ， 但 都 是 國 外 機 械 手 發(fā) 展 的 重 要 基 礎(chǔ) 。 在 機 械 手 得 到 一 定 程 度 的 發(fā) 展 后 ， 從 60年 代 后 期 起 ， 噴 漆 、 弧 焊 工 業(yè) 機 器 人 相 繼 在 生 產(chǎn) 中 開 始 應(yīng) 用 。 1978 年 美 國 Unimate公 司 和 斯 坦 福 大 學(xué) 、 麻 省 理 工 學(xué) 院 聯(lián) 合 研 制 出 一 種 Unimation-Vic.arm 型 工 業(yè) 機 械 手 ，裝 有 小 型 電 子 計 算 機 進(jìn) 行 控 制 ， 用 于 裝 配 作 業(yè) 。 聯(lián) 邦 德 國 機 器 制 造 業(yè) 是 從 1970 年 開 始 應(yīng) 用 機 械 手 ， 主 要 用 于 起 重 運 輸 、 焊 接 和 設(shè) 備 的 上 下 料 等 作 業(yè) 。我 國 工 業(yè) 機 械 手 的 研 究 與 開 發(fā) 起 步 較 晚 ， 比 歐 美 要 晚 30 年 左 右 ， 起 步 于 上 世 紀(jì)70 年 代 ， 1972 年 我 國 第 一 臺 機 械 手 在 上 海 開 發(fā) 成 功 ， 隨 之 全 國 各 省 都 開 始 研 制 和 應(yīng)用 機 械 手 。 從 第 七 個 五 年 計 劃 開 始 ， 我 國 政 府 更 加 加 大 了 對 工 業(yè) 機 器 人 的 重 視 程 度 ，并 且 為 此 項 目 投 入 了 大 量 的 資 金 ， 在 眾 多 學(xué) 者 及 研 究 人 員 的 參 與 下 ， 研 究 開 發(fā) 并 且 制造 了 一 系 列 的 工 業(yè) 機 器 人 ， 其 中 有 由 北 京 機 械 自 動 化 研 究 所 設(shè) 計 制 造 的 噴 涂 機 器 人 ，廣 州 機 床 研 究 所 和 北 京 機 床 研 究 所 合 作 設(shè) 計 制 造 的 點 焊 機 器 人 ， 大 連 機 床 研 究 所 設(shè) 計制 造 的 氬 弧 焊 機 器 人 ， 沈 陽 工 業(yè) 大 學(xué) 設(shè) 計 制 造 的 裝 卸 載 機 器 人 等 等 。 這 些 機 器 人 的 控制 器 ， 都 是 由 中 國 科 學(xué) 院 沈 陽 自 動 化 研 究 所 和 北 京 科 技 大 學(xué) 機 器 人 研 究 所 開 發(fā) 的 。 與此 同 時 ， 一 系 列 的 機 器 人 關(guān) 鍵 部 件 也 被 開 發(fā) 出 來 ， 如 機 器 人 專 用 軸 承 ， 減 震 齒 輪 ， 直 流 伺 服 電 機 ， 編 碼 器 等 。目 前 工 業(yè) 機 械 手 在 國 內(nèi) 主 要 是 逐 步 擴(kuò) 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 ， 又 便 于 更 換 工 件 ， 擴(kuò) 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 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 。 在 國 外 機 械 制 造 業(yè) 中 工 業(yè) 機 械 手 應(yīng) 用 較 多 ， 發(fā) 展 較 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 3 的 操 作 。 此 外 ， 國 外 機 械 手 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(yīng) 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 。 視覺 功 能 即 在 機 械 手 上 安 裝 有 電 視 照 相 機 和 光 學(xué) 測 距 儀 （ 即 距 離 傳 感 器 ） 以 及 微 型 計 算機 。 工 作 時 電 視 照 相 機 將 物 體 形 象 變 成 視 頻 信 號 ， 然 后 送 給 計 算 機 ， 以 便 分 析 物 體 的種 類 、 大 小 、 顏 色 和 位 置 ， 并 發(fā) 出 指 令 控 制 機 械 手 進(jìn) 行 工 作 。 觸 覺 功 能 即 是 在 機 械 手上 安 裝 有 觸 覺 反 饋 控 制 裝 置 。 工 作 時 機 械 手 首 先 伸 出 手 指 尋 找 工 作 ， 通 過 安 裝 在 手 指內(nèi) 的 壓 力 敏 感 元 件 產(chǎn) 生 觸 覺 作 用 ， 然 后 伸 向 前 方 ， 抓 住 工 件 。 手 的 抓 力 大 小 通 過 裝 在手 指 內(nèi) 的 敏 感 元 件 來 控 制 ， 達(dá) 到 自 動 調(diào) 整 握 力 的 大 小 。 總 之 ， 隨 著 傳 感 技 術(shù) 的 發(fā) 展 機械 手 裝 配 作 業(yè) 的 能 力 也 將 進(jìn) 一 步 提 高 。 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) 。隨 著 機 械 手 的 發(fā) 展 ， 人 們 也 對 機 械 手 的 應(yīng) 用 與 發(fā) 展 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 一 是 重 復(fù)高 精 度 ， 精 度 是 指 機 械 手 到 達(dá) 指 定 點 的 精 確 程 度 ， 它 與 驅(qū) 動 器 的 分 辨 率 以 及 反 饋 裝 置密 切 相 關(guān) 。 重 復(fù) 精 度 是 指 如 果 動 作 重 復(fù) 多 次 ， 機 械 手 到 達(dá) 同 樣 位 置 的 精 確 程 度 。 顯 然 ，重 復(fù) 精 度 比 精 度 更 重 要 ； 二 是 模 塊 化 ， 有 的 公 司 把 帶 有 系 列 導(dǎo) 向 驅(qū) 動 裝 置 的 氣 動 機 械手 稱 為 簡 單 的 傳 輸 技 術(shù) ， 而 把 模 塊 化 拼 裝 的 氣 動 機 械 手 稱 為 現(xiàn) 代 傳 輸 技 術(shù) 。 模 塊 化 拼裝 的 氣 動 機 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 及氣 管 的 導(dǎo) 向 系 統(tǒng) 裝 置 ， 使 機 械 手 運 動 自 如 。 由 于 模 塊 化 氣 動 機 械 手 的 驅(qū) 動 部 件 采 用 了特 殊 設(shè) 計 的 滾 珠 軸 承 ， 使 它 具 有 高 剛 性 、 高 強 度 及 精 確 的 導(dǎo) 向 精 度 。 優(yōu) 良 的 定 位 精 度也 是 新 一 代 氣 動 機 械 手 的 一 個 重 要 特 點 。 模 塊 化 氣 動 機 械 手 使 同 一 機 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 械 手 的 應(yīng) 用 范 圍 ， 是 氣 動 機 械 手 的 一 個 重要 的 發(fā) 展 方 向 ； 三 是 無 給 油 化 ， 無 給 油 化 是 個 新 提 出 的 概 念 ， 主 要 是 為 了 適 應(yīng) 食 品 、醫(yī) 藥 、 生 物 工 程 、 電 子 、 紡 織 、 精 密 儀 器 等 行 業(yè) 的 無 污 染 要 求 ， 不 加 潤 滑 脂 的 不 供 油潤 滑 元 件 已 經(jīng) 問 世 。 隨 著 材 料 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 ， 新 型 材 料 （ 如 燒 結(jié) 金 屬 石 墨 材 料 ） 的 出 現(xiàn) ，構(gòu) 造 特 殊 、 用 自 潤 滑 材 料 制 造 的 無 潤 滑 元 件 ， 不 僅 節(jié) 省 潤 滑 油 、 不 污 染 環(huán) 境 ， 而 且 系統(tǒng) 簡 單 、 摩 擦 性 能 穩(wěn) 定 、 成 本 低 、 壽 命 長 ； 四 是 機 電 氣 一 體 化 ， 機 電 氣 一 體 化 的 核 心思 想 在 于 發(fā) 展 與 電 子 技 術(shù) 相 結(jié) 合 的 自 適 應(yīng) 控 制 氣 動 元 件 ， 使 氣 動 技 術(shù) 從 “ 開 關(guān) 控 制 ”進(jìn) 到 高 度 的 “ 反 饋 控 制 ” ， 大 大 提 高 了 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 。 4 二 、 論 文 （ 設(shè) 計 ） 研 究 的 內(nèi) 容1.重 點 解 決 的 問 題機 械 手 總 裝 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ， 機 械 手 驅(qū) 動 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 ， 機 械 手 手 部 、 腕 部 、 臂 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計 ， 機 械 手 升 降 機 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ， 機 械 手 的 驅(qū) 動 控 制 。2. 擬 開 展 研 究 的 幾 個 主 要 方 面 （ 論 文 寫 作 大 綱 或 設(shè) 計 思 路 ）（ 1） 選 擇 機 械 手 基 本 形 式 ；（ 2） 采 用 合 適 的 坐 標(biāo) 式 實 現(xiàn) 相 關(guān) 功 能 ；（ 3） 設(shè) 計 自 動 上 料 機 械 手 的 驅(qū) 動 機 構(gòu) ；（ 4） 選 定 機 械 手 手 部 抓 取 的 方 案 、 腕 部 的 回 轉(zhuǎn) 范 圍 、 速 度 及 機 構(gòu) 的 選 定 ， 臂 部 回轉(zhuǎn) ， 升 降 ， 伸 縮 的 方 案 及 結(jié) 構(gòu) 的 選 定 ； （ 5） 對 總 體 的 布 局 及 裝 配 設(shè) 計 ；（ 6） 對 機 械 手 內(nèi) 的 零 件 進(jìn) 行 疲 勞 強 度 以 及 接 觸 應(yīng) 力 的 安 全 系 數(shù) 校 核 。3.本 論 文 （ 設(shè) 計 ） 預(yù) 期 取 得 的 成 果（ 1） 一 套 完 整 的 立 式 精 鍛 機 自 動 上 料 機 械 手 三 維 模 型 以 及 其 二 維 零 件 圖 、 裝 配 圖（ 2） 一 份 立 式 精 鍛 機 自 動 上 料 機 械 手 的 設(shè) 計 說 明 書（ 3） 一 篇 外 文 文 獻(xiàn) 翻 譯 5 三 、 論 文 （ 設(shè) 計 ） 工 作 安 排1. 擬 采 用 的 主 要 研 究 方 法 （ 技 術(shù) 路 線 或 設(shè) 計 參 數(shù) ） ；采 用 三 維 設(shè) 計 軟 件 完 成 立 式 精 鍛 機 自 動 上 料 機 械 手 的 設(shè) 計 ， 包 括 機 械 手 總 裝 結(jié)構(gòu) 設(shè) 計 、 機 械 手 手 部 、 腕 部 、 臂 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 、 機 械 手 升 降 機 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 。本 設(shè) 計 的 機 械 手 用 于 軸 類 零 件 精 鍛 自 動 生 產(chǎn) 線 上 ， 將 加 熱 后 的 坯 料 從 運 輸 車 上取 下 搬 運 到 立 式 精 鍛 機 上 。 機 械 手 固 定 安 裝 在 JD100 立 式 精 鍛 機 前 。 設(shè) 計 參 數(shù) ：（ 1） 抓 重 ： 60 公 斤（ 2） 坐 標(biāo) 形 式 ： 圓 柱 坐 標(biāo)（ 3） 自 由 度 數(shù) ： 4 個（ 4） 最 大 工 作 半 徑 ： 1700mm （ 5） 手 臂 最 大 中 心 高 ： 2300mm（ 6） 手 臂 運 動 參 數(shù) ：手 臂 伸 縮 范 圍 0-500mm手 臂 伸 縮 速 度 伸 出 176mm/s 縮 回 233mm/s 0-600mm手 臂 升 降 速 度 上 升 100mm/s 下 降 150mm/s手 臂 升 降 范 圍 0-600mm手 臂 回 轉(zhuǎn) 范 圍 0-200（ 實 際 使 用 為 95 ）手 臂 回 轉(zhuǎn) 速 度 60/s（ 7） 手 腕 運 動 參 數(shù) ：手 腕 回 轉(zhuǎn) 范 圍 ： 0-180 手 腕 回 轉(zhuǎn) 速 度 ： 201/s2. 論 文 （ 設(shè) 計 ） 進(jìn) 度 計 劃第 1 周 ： 布 置 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 確 定 立 式 精 鍛 機 自 動 上 下 料 機 械 手 三 維 設(shè) 計 的 選 題第 2 周 ： 根 據(jù) 立 式 精 鍛 機 自 動 上 下 料 機 械 手 三 維 設(shè) 計 的 課 題 查 閱 相 關(guān) 參 考 文 獻(xiàn)第 3 周 ： 準(zhǔn) 備 自 動 上 下 料 機 械 手 開 題 報 告 材 料第 4 周 ： 撰 寫 本 課 題 開 題 報 告 ， 準(zhǔn) 備 開 題 答 辯第 5 周 ： 查 閱 關(guān) 于 機 械 手 的 文 獻(xiàn) 并 進(jìn) 行 自 動 上 下 料 機 械 手 的 方 案 設(shè) 計第 6 周 ： 根 據(jù) 方 案 完 成 自 動 上 下 料 機 械 手 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計第 7 周 ： 自 動 上 下 料 機 械 手 中 部 分 零 件 三 維 設(shè) 計 和 建 模第 8 周 ： 自 動 上 下 料 機 械 手 中 部 分 零 件 三 維 設(shè) 計 和 建 模 第 9 周 ： 自 動 上 下 料 機 械 手 中 部 分 零 件 三 維 設(shè) 計 和 建 模第 10 周 ： 將 完 成 的 機 械 手 的 三 維 零 件 進(jìn) 行 裝 配 ， 完 成 自 動 上 下 料 機 械 手 裝 配 圖 6 第 11 周 ： 完 善 并 修 改 自 動 上 下 料 機 械 手 的 裝 配 圖 及 其 零 件 圖第 12 周 ： 完 成 自 動 上 下 料 機 械 手 的 設(shè) 計 說 明 書 和 英 文 文 獻(xiàn) 的 翻 譯第 13 周 ： 完 善 并 修 改 自 動 上 下 料 機 械 手 的 設(shè) 計 說 明 書 和 英 文 文 獻(xiàn) 的 翻 譯第 14 周 ： 上 交 自 動 上 下 料 機 械 手 說 明 書 ， 英 文 文 獻(xiàn) 的 翻 譯 及 其 三 維 裝 配 圖 、 零件 圖 等 所 有 材 料 ， 并 進(jìn) 行 論 文 答 辯 7 四 、 需 要 閱 讀 的 參 考 文 獻(xiàn)1 張 俊 .基 于 視 覺 定 位 的 自 動 上 下 料 機 械 手 系 統(tǒng) 研 究 D.石 家 莊 :石 家 莊 鐵 道 大 學(xué) ,2012.2 郭 洪 武 .淺 析 機 械 手 的 應(yīng) 用 和 發(fā) 展 趨 勢 J.中 國 西 部 科 技 ,2012,11(10):3+12.3 馮 崇 .工 業(yè) 機 器 人 運 動 分 析 及 控 制 研 究 D.洛 陽 :河 南 科 技 大 學(xué) ,2015.4 吳 振 彪 ,王 正 家 .工 業(yè) 機 器 人 第 二 版 M.武 漢 :華 中 科 技 大 學(xué) 出 版 社 ,2006.5 劉 奇 .淺 談 工 業(yè) 機 械 手 的 設(shè) 計 措 施 J.技 術(shù) 與 市 場 ,2017,24(11):178.6 張 金 萍 . 基 于 自 動 上 料 機 械 手 的 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 設(shè) 計 J. 制 造 業(yè) 自 動化 ,2013,35(21):153-156.7 歐 洋 ,高 禎 ,李 連 強 .工 業(yè) 機 械 手 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 分 析 J.工 業(yè) 控 制 計 算 機 ,2017,30(06):81-82. 8 丁 錦 宏 ,張 慧 .可 編 程 控 制 器 在 數(shù) 控 車 床 自 動 上 料 機 械 手 中 的 應(yīng) 用 J.常 州 信 息 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué)院 學(xué) 報 ,2014,13(05):17-19.9 龔 仲 華 .論 工 業(yè) 機 器 人 、 數(shù) 控 機 床 和 機 械 手 J.機 床 與 液 壓 ,2016,44(15):30-32+91.10熊 幸 明 ,曹 才 開 .一 種 工 業(yè) 機 械 手 的 PLC控 制 J.微 計 算 機 信 息 ,2006,22(11):120-122.11李 斌 .鈑 金 沖 壓 自 動 上 下 料 機 械 手 的 研 究 與 開 發(fā) J.現(xiàn) 代 制 造 技 術(shù) 與 裝 備 ,2017(02):49-50.12濮 良 貴 ,陳 國 定 ,吳 立 言 .機 械 設(shè) 計 第 九 版 M.北 京 :高 等 教 育 出 版 社 ,2006.13王 戰(zhàn) 中 ,張 俊 ,季 紅 艷 .自 動 上 下 料 機 械 手 運 動 學(xué) 分 析 及 仿 真 J.機 械 設(shè) 計 與 制 造 ,2012(05)：244-246.14趙 罘 ,楊 曉 晉 ,劉 玥 .SolidWorks 機 械 設(shè) 計 從 零 開 始 2014 中 文 版 M.北 京 :電 子 工 業(yè) 出 版 社 ,2014.15Alberto Brunete,Ernesto Gambao,Jukka Koskinen,Tapio Heikkil,Stefan Anton.Hard materialsmall-batch industrial machining robotR.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.Inpress,corrected proof.Nov.17th,2017.16Ali Marwan,Milan Simic,Fadi Imad.Calibration method for articulated industrialrobotsR.Procedia Computer Science.Volume 112,2017,1601-1610.17Alexandr Klimchik,Alexandre Ambiehl,Sbastien.Efficiency evaluation of robots in machiningapplications using industrial performance measureR.Robotics and Computer-IntegratedManufacturing.Volume 48,December 2017,12-29. 附 ： 文 獻(xiàn) 綜 述 或 報 告 8 文 獻(xiàn) 綜 述機 械 制 造 自 動 化 是 制 造 業(yè) 在 長 期 發(fā) 展 中 追 求 的 目 標(biāo) 之 一 ， 采 用 自 動 化 技 術(shù) ， 不 僅可 以 大 大 降 低 勞 動 強 度 ， 還 可 以 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 ， 讓 企 業(yè) 更 加 適 應(yīng) 市 場 ， 提 高 競 爭 力 。因 此 ， 機 械 手 便 是 機 械 制 造 自 動 化 所 追 求 的 一 種 高 科 技 自 動 生 產(chǎn) 設(shè) 備 。機 械 手 是 指 能 模 仿 人 手 和 臂 的 某 些 動 作 功 能 ， 用 以 按 固 定 程 序 抓 取 、 搬 運 物 件 或操 作 工 具 的 自 動 操 作 裝 置 。 機 械 手 是 最 早 出 現(xiàn) 的 工 業(yè) 機 器 人 ， 也 是 最 早 出 現(xiàn) 的 現(xiàn) 代 機器 人 ， 它 可 代 替 人 的 繁 重 勞 動 以 實 現(xiàn) 生 產(chǎn) 的 機 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 械 制 造 、 冶 金 、 電 子 、 輕 工 和 原 子 能 等 部 門 。 目 前 ，機 械 手 的 種 類 大 至 可 按 驅(qū) 動 方 式 分 為 液 壓 式 、 氣 動 式 、 電 動 式 、 機 械 式 機 械 手 ； 按 適用 范 圍 可 分 為 專 用 機 械 手 和 通 用 機 械 手 兩 種 ； 按 運 動 軌 跡 控 制 方 式 可 分 為 點 位 控 制 和連 續(xù) 軌 跡 控 制 機 械 手 等 。 隨 著 我 國 經(jīng) 濟(jì) 的 騰 飛 ， 國 家 在 工 業(yè) 方 面 也 得 到 了 迅 猛 發(fā) 展 ，機 械 手 作 為 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 非 常 重 要 的 一 種 工 具 ， 對 其 技 術(shù) 的 不 斷 突 破 也 變 得 日 趨 重 要 ，隨 著 制 造 業(yè) 發(fā) 展 ,機 器 人 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 越 來 越 普 遍 ,勞 動 成 本 的 增 高 和 制 造 業(yè) 自 動 化 、 智 能 化 的 進(jìn) 程 加 快 進(jìn) 一 步 加 快 了 工 業(yè) 機 器 人 的 研 究 和 應(yīng) 用 。 機 械 手 由 三 大 部 分 （ 機 械 部分 ， 傳 感 部 分 ， 控 制 部 分 ） 及 六 個 子 系 統(tǒng) （ 驅(qū) 動 系 統(tǒng) ， 機 械 結(jié) 構(gòu) 系 統(tǒng) ， 感 受 系 統(tǒng) ， 機器 人 -環(huán) 境 交 互 系 統(tǒng) ， 人 機 交 互 系 統(tǒng) ， 控 制 系 統(tǒng) ） 所 組 成 。從 1960 年 由 通 用 電 氣 公 司 設(shè) 計 制 造 的 造 型 為 兩 只 手 指 的 爪 狀 物 開 始 ， 即 為 以 后的 各 類 機 械 手 打 下 了 基 礎(chǔ) ， 到 現(xiàn) 在 為 止 美 國 的 宇 航 局 (NASA)、 哈 佛 大 學(xué) 和 耶 魯 大 學(xué) ，日 本 的 東 京 大 學(xué) 在 機 械 手 的 研 究 上 都 取 得 了 不 小 的 突 破 。 我 國 機 械 手 的 研 究 比 較 晚 但是 也 做 了 很 多 工 作 ， 國 防 科 技 大 學(xué) 、 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 也 研 制 出 了 多 指 靈 巧 手 。 尤 其 是哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 機 器 人 研 究 所 研 制 的 “ 仿 人 型 機 器 人 靈 巧 手 ” ， 2006 年 5 月 亮 相 德 國慕 尼 黑 國 際 機 器 人 及 自 動 化 展 覽 會 ， 以 其 精 美 的 外 觀 、 可 靠 的 軟 硬 件 系 統(tǒng) 等 贏 得 了 眾多 參 觀 者 的 贊 賞 ， 并 率 先 進(jìn) 入 了 國 際 市 場 。 由 此 可 見 ， 目 前 多 數(shù) 國 家 和 企 業(yè) 高 校 都 在對 仿 人 機 械 手 進(jìn) 行 研 究 與 設(shè) 計 。在 對 機 械 手 進(jìn) 行 設(shè) 計 時 ， 首 先 要 根 據(jù) 所 得 的 參 數(shù) 進(jìn) 行 設(shè) 計 。 不 同 的 驅(qū) 動 方 式 會 有不 同 的 使 用 功 能 ， 所 產(chǎn) 生 的 壓 力 大 小 ， 安 全 性 能 ， 氣 動 元 件 工 作 壓 力 高 低 也 有 差 異 。此 外 ， 還 要 充 分 考 慮 到 維 修 便 捷 性 ， 造 價 成 本 ， 操 作 產(chǎn) 生 的 噪 音 等 問 題 。 傳 統(tǒng) 機 械 手 大 多 采 用 機 械 傳 動 方 式 ， 由 于 機 械 式 傳 動 系 統(tǒng) 中 包 含 變 速 箱 、 驅(qū) 動 橋 等 體 積 較 大 部 件使 得 機 械 手 體 積 大 、 運 動 不 穩(wěn) 定 。 驅(qū) 動 方 式 一 般 分 為 液 壓 驅(qū) 動 和 氣 壓 驅(qū) 動 兩 種 ， 液 壓傳 動 系 統(tǒng) 因 具 有 體 積 小 、 重 量 輕 、 可 以 實 現(xiàn) 無 級 變 速 且 調(diào) 速 范 圍 寬 、 低 速 穩(wěn) 定 性 好 等特 點 。 但 液 壓 驅(qū) 動 也 存 在 缺 點 如 密 封 問 題 較 大 、 只 適 用 于 重 載 、 低 俗 驅(qū) 動 的 機 器 人 等 。氣 壓 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 具 有 輸 出 功 率 大 、 響 應(yīng) 速 度 較 高 、 控 制 簡 單 直 接 的 優(yōu) 點 ， 便 于 減 少 可 能錯 誤 環(huán) 節(jié) ， 減 少 誤 差 ， 提 高 精 準(zhǔn) 度 。 但 其 精 度 低 ， 阻 尼 效 果 差 ， 低 速 、 控 制 難 度 過 大 ，控 制 成 本 過 高 ， 實 現(xiàn) 高 精 度 控 制 不 易 。白 城 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 張 金 萍 教 授 在 對 自 動 上 料 機 械 手 的 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 設(shè) 計 中 ， 基 于自 動 上 料 機 械 手 作 業(yè) 環(huán) 境 特 點 ， 從 經(jīng) 濟(jì) 性 、 可 控 性 、 可 靠 性 等 角 度 考 慮 ， 采 用 了 雙 泵供 油 四 輪 對 稱 驅(qū) 動 方 案 。 系 統(tǒng) 主 要 由 1個 變 量 軸 向 柱 塞 雙 聯(lián) 泵 和 4個 斜 盤 式 軸 向 柱 塞變 量 馬 達(dá) 和 行 星 減 速 器 組 成 的 車 輪 馬 達(dá) 組 成 。 采 用 X型 連 接 。 該 液 壓 系 統(tǒng) 主 要 由 雙 聯(lián)變 量 泵 、 變 量 馬 達(dá) 、 補 油 泵 、 變 量 油 缸 、 安 全 閥 、 單 向 閥 、 溢 流 閥 等 組 成 。 作 為 閉 式回 路 ， 當(dāng) 液 壓 馬 達(dá) 進(jìn) 行 正 反 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 換 時 ， 工 作 油 路 的 高 低 壓 也 將 會 發(fā) 生 互 換 ， 因 此 在 油路 的 兩 個 方 向 都 必 須 設(shè) 置 安 全 閥 ， 用 來 雙 向 限 制 系 統(tǒng) 的 最 高 工 作 壓 力 。 此 外 ， 系 統(tǒng) 中 還 設(shè) 置 了 壓 力 切 斷 閥 ， 當(dāng) 閉 式 回 路 中 出 現(xiàn) 異 常 高 壓 時 ， 壓 力 切 斷 閥 將 高 壓 端 與 油 箱 連通 ， 保 證 液 壓 系 統(tǒng) 的 安 全 。 因 此 ， 其 可 靠 性 、 穩(wěn) 定 性 較 高 ， 可 以 自 動 實 現(xiàn) 前 進(jìn) 、 后 退 、 9 快 慢 的 控 制 、 無 級 變 速 且 調(diào) 速 范 圍 寬 。 由 于 組 成 此 系 統(tǒng) 零 件 都 較 為 常 見 ， 因 此 ， 降 低了 制 造 成 本 與 控 制 成 本 。在 控 制 系 統(tǒng) 上 ， 工 業(yè) 機 器 人 一 般 都 有 獨 立 的 控 制 器 、 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 和 操 作 界 面 ， 可 進(jìn)行 手 動 、 自 動 操 作 和 編 程 ， 因 此 ， 它 是 一 種 可 獨 立 運 行 的 完 整 設(shè) 備 ， 可 通 過 自 身 的 控制 系 統(tǒng) 來 實 現(xiàn) 所 需 的 功 能 。 整 個 機 械 手 的 控 制 ， 可 以 根 據(jù) 該 機 械 手 的 工 作 特 點 ,采 用步 進(jìn) 順 序 控 制 方 式 ,使 程 序 簡 化 ,便 于 調(diào) 試 。常 州 信 息 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 的 丁 錦 宏 ， 張 慧 在 可 編 程 控 制 器 在 數(shù) 控 車 床 自 動 上 料 機械 手 中 的 應(yīng) 用 一 文 中 ， 介 紹 了 數(shù) 控 車 床 自 動 上 料 機 械 手 的 工 作 要 求 和 結(jié) 構(gòu) ， 分 析 了步 進(jìn) 電 機 的 控 制 原 理 和 實 現(xiàn) 方 法 ， 提 出 了 基 于 PLC 的 控 制 系 統(tǒng) 方 案 。 根 據(jù) 機 械 手 的工 作 過 程 ， 設(shè) 計 了 順 序 控 制 功 能 圖 。 機 械 手 在 送 料 位 置 時 ， 手 爪 中 心 ( 即 工 件 中 心 )的 位 置 精 度 取 決 于 轉(zhuǎn) 臂 的 旋 轉(zhuǎn) 精 度 和 氣 缸 的 位 置 精 度 。 一 般 ， 氣 缸 的 位 置 控 制 是 利 用行 程 開 關(guān) 來 實 現(xiàn) ， 但 這 種 方 法 的 定 位 精 度 較 差 。該 機 械 手 使 用 步 進(jìn) 電 機 定 位 系 統(tǒng) 控 制 轉(zhuǎn) 臂 的 旋 轉(zhuǎn) ， 提 高 手 爪 的 定 位 精 度 。 PLC 對步 進(jìn) 電 機 的 控 制 有 三 個 方 面 。 一 是 電 機 轉(zhuǎn) 角 控 制 ， 轉(zhuǎn) 角 與 所 輸 入 的 控 制 脈 沖 數(shù) 成 正 比 ; 二 是 電 機 轉(zhuǎn) 速 控 制 ， 該 機 械 手 轉(zhuǎn) 臂 的 旋 轉(zhuǎn) 速 度 等 于 步 進(jìn) 電 機 的 轉(zhuǎn) 速 ， 而 步 進(jìn) 電 機 的 轉(zhuǎn)速 取 決 于 輸 入 脈 沖 的 頻 率 ;三 是 電 機 旋 轉(zhuǎn) 方 向 控 制 ， 步 進(jìn) 電 機 的 轉(zhuǎn) 向 通 過 改 變 步 進(jìn) 電機 各 繞 組 的 通 電 順 序 來 實 現(xiàn) 。 因 此 ， 根 據(jù) 實 際 情 況 ， 選 取 合 適 的 轉(zhuǎn) 速 ， 從 而 確 定 PLC輸 出 的 脈 沖 頻 率 。 系 統(tǒng) 選 用 三 菱 FX1N-14MR-0001 PLC作 為 控 制 器 ， 選 用 安 川 CA4050步 進(jìn) 驅(qū) 動 器 、 安 川 42HD0402 步 進(jìn) 電 機 作 為 控 制 對 象 ； 用 三 菱 PLC 作 為 控 制 核 心 ，采 用 步 進(jìn) 電 機 以 及 氣 缸 實 現(xiàn) 了 數(shù) 控 機 床 上 料 機 械 手 的 控 制 方 案 。 在 車 床 加 工 的 同 時 進(jìn)行 取 料 ， 并 在 靠 近 上 料 位 置 等 待 取 料 結(jié) 束 ， 從 而 縮 短 上 料 時 間 。 操 作 人 員 只 需 在 計 算機 控 制 界 面 完 成 相 關(guān) 工 作 參 數(shù) 的 設(shè) 置 即 可 對 機 械 手 進(jìn) 行 控 制 。 利 用 機 械 手 來 實 現(xiàn) 自 動上 下 料 功 能 ， 進(jìn) 而 實 現(xiàn) 整 個 生 產(chǎn) 線 的 自 動 化 ， 提 高 生 產(chǎn) 效 率 ， 節(jié) 約 人 力 資 源 。李 斌 在 鈑 金 沖 壓 自 動 上 下 料 機 械 手 的 研 究 與 開 發(fā) 一 文 中 ， 通 過 利 用 齒 輪 齒 條傳 動 機 構(gòu) 來 代 替 其 自 動 滑 塊 機 構(gòu) ， 配 備 有 傳 送 帶 、 電 機 來 實 現(xiàn) 左 右 移 動 的 功 能 。 將 電機 固 定 在 機 架 傳 動 側(cè) ， 通 過 齒 輪 齒 條 傳 動 借 助 導(dǎo) 軌 ， 實 現(xiàn) 機 械 手 在 水 平 和 豎 直 方 向 上的 運 動 。 目 前 該 系 統(tǒng) 可 以 完 成 對 2mm 厚 、 3kg 重 的 板 料 完 成 沖 壓 工 作 。 整 個 生 產(chǎn) 線在 運 行 過 程 中 送 料 精 度 高 ， 同 時 運 行 過 程 較 為 平 穩(wěn) ， 并 無 太 大 噪 音 產(chǎn) 生 。 由 此 可 以 看 出 ， 機 械 手 運 行 自 動 化 程 度 高 ， 性 能 可 靠 ， 穩(wěn) 定 性 ， 效 率 高 ， 操 作 簡 便 ， 控 制 精 準(zhǔn) ，有 著 良 好 的 動 態(tài) 性 能 。基 于 機 械 手 的 作 用 及 功 能 ， 需 要 詳 細(xì) 分 析 機 械 手 的 結(jié) 構(gòu) ， 并 運 用 D-H 參 數(shù) 法 建立 該 機 械 手 的 運 動 學(xué) 方 程 。 與 此 同 時 ， 對 于 材 料 的 疲 勞 強 度 以 及 接 觸 強 度 進(jìn) 行 安 全 校核 ， 機 械 中 各 零 件 力 的 傳 遞 ， 總 是 通 過 兩 零 件 的 接 觸 來 實 現(xiàn) 。 除 了 共 形 面 相 接 觸 的 情況 外 ， 大 量 存 在 著 異 性 曲 面 相 接 觸 的 情 況 ； 同 時 ， 由 于 機 械 手 內(nèi) 零 件 材 料 疲 勞 強 度 的特 性 ， 因 此 需 要 對 零 件 的 材 料 極 限 應(yīng) 力 進(jìn) 行 安 全 系 數(shù) 的 校 核 以 及 接 觸 應(yīng) 力 的 校 核 。 對機 械 手 進(jìn) 行 正 運 動 學(xué) 和 逆 運 動 學(xué) 分 析 ,通 過 計 算 驗 證 并 校 核 。 同 時 利 用 SolidWorks 進(jìn)行 三 維 建 模 。 Solidworks 的 配 置 功 能 可 以 開 發(fā) 和 管 理 一 組 有 著 不 同 尺 寸 、 零 部 件 或 者其 他 參 數(shù) 的 模 型 ， 運 用 配 置 可 以 的 單 一 的 文 件 中 對 零 件 或 者 裝 配 圖 生 成 多 個 設(shè) 計 變化 。 系 列 零 件 設(shè) 計 表 可 以 通 過 所 提 供 的 制 定 參 數(shù) ， 對 配 置 進(jìn) 行 驅(qū) 動 ， 以 構(gòu) 建 多 個 不 同配 置 的 零 件 或 裝 配 體 。隨 著 我 國 工 業(yè) 化 進(jìn) 程 的 加 快 ， 物 料 的 移 動 、 材 料 上 下 搬 運 、 零 部 件 的 組 裝 已 經(jīng) 成為 各 個 行 業(yè) 都 普 遍 存 在 的 加 工 環(huán) 節(jié) 。 以 自 動 上 料 機 械 手 實 現(xiàn) 這 些 環(huán) 節(jié) 的 自 動 化 對 提 高 所 有 行 業(yè) 的 加 工 效 率 都 具 有 重 要 作 用 。 不 過 現(xiàn) 在 還 存 在 一 系 列 問 題 ， 例 如 ： 價 格 昂 貴 ，實 時 性 不 理 想 ， 設(shè) 備 笨 重 ， 并 且 大 都 停 留 在 實 驗 階 段 ， 這 些 都 制 約 其 在 實 際 當(dāng) 中 的 應(yīng)用 。 目 前 ， 工 業(yè) 機 械 手 主 要 用 于 機 床 加 工 、 鑄 造 、 熱 處 理 等 方 面 ， 但 是 無 論 數(shù) 量 、 品 10 種 和 性 能 方 面 還 是 不 能 滿 足 工 業(yè) 發(fā) 展 的 需 要 。 這 也 是 我 國 目 前 工 業(yè) 機 械 手 還 需 改 進(jìn) 之處 。 11 審核意見 指 導(dǎo) 教 師 評 閱 意 見 （ 對 選 題 情 況 、 研 究 內(nèi) 容 、 工 作 安 排 、 文 獻(xiàn) 綜 述 等 方 面 進(jìn) 行 評閱 ） 簽 字 ： 年 月 日教 研 室 主 任 意 見 簽 字 ： 年 月 日 學(xué) 院 教 學(xué) 指 導(dǎo) 委 員 會 意 見 簽 字 ： 年 月 日公 章 ：