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大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
學(xué)號
專業(yè)班級
指導(dǎo)教師
職稱
單 位
課題性質(zhì)
設(shè)計■ 論文□
課題來源
科研□ 教學(xué)□ 生產(chǎn)■ 其它□
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目
自動抓取機構(gòu)設(shè)計
1.目的及意義
1.1工業(yè)自動抓取機構(gòu)設(shè)計的意義
1、熟悉自動抓取機構(gòu)的應(yīng)用場合及有關(guān)自動抓取機構(gòu)設(shè)計的步驟；
2、自動抓取機構(gòu)可以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度，減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)；
3、結(jié)合自動抓取機構(gòu)設(shè)計這方面的知識，在設(shè)計過程中學(xué)會怎樣發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題。
1.2國外的機械情況
現(xiàn)代工業(yè)自動抓取機構(gòu)起源于20世紀50年代初，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，具有多自由度動作功能的柔性自動化 。
自動抓取機構(gòu)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自動抓取機構(gòu)。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝回轉(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。
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)型自動抓取機構(gòu)。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。不少球坐標式通用自動抓取機構(gòu)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)自動抓取機構(gòu)。
1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran自動抓取機構(gòu)，原意是靈活搬運。該自動抓取機構(gòu)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。雖然這兩種自動抓取機構(gòu)出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)自動抓取機構(gòu)發(fā)展的基礎(chǔ)。
1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)自動抓取機構(gòu)，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自動抓取機構(gòu)的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年自動抓取機構(gòu)試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前CCMT2006 展覽會上，值得一機器人應(yīng)用是當(dāng)今機床發(fā)展的一大趨向提的是1 號館W 1 - 9 1 6 意大利意沃樂EVOLUT 公司，這個歐洲最大的機器人應(yīng)用與集成公司，他們的一臺DC-5 機器人修邊、倒角裝置特別引人注目。該機器人可以裝夾工具對主軸上零件修邊去毛刺，甚至機器人可以加裝動力源用刀具對零件進行加工，因此它已將機械人傳統(tǒng)的搬運、噴漆、焊接工作范圍擴展到了金屬切削及拋光領(lǐng)域。
工作單元還可以配備各種上料方式：如帶視頻裝置可抓取隨機擺放的工件，或以旋轉(zhuǎn)臺擺放，或以傳送帶擺放等等。DC-5 工作單元可以處理的最大負荷為120/150kg。適宜加工的金屬材料為鋁鎂合金、銅、鉛、鑄鐵等?？梢源嬷辽偎膫€工人的工作量。3 D 編程軟件將以往8 小時編程時間縮減為15 分鐘，為小批量多品種的工件提供最好的解決方案。意沃樂公司除此以外最常涉足的領(lǐng)域還有用于壓鑄單元、車、銑中心單元、復(fù)合機床單元、零件拋光單元上的各種機械人應(yīng)用等等。隨著社會的不斷發(fā)展和進步，勢必勞動力的成本將越來越高，對環(huán)保及安全的要求將越來越嚴，所以工業(yè)機器人的應(yīng)用必將與時俱進。而且，由機器人干出的工件，譬如說打磨，其零件的一致性肯定比人工來得好，因此歐洲有些名牌汽車制造商甚至對某些零件的某些工步，規(guī)定必須由機器人來操作。由此看來，工業(yè)機器人在機床上的應(yīng)用會將越來越廣。
1.3國內(nèi)外機器人研究發(fā)展趨勢
國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：
1.工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從1991年的10.3萬美元降至2002年的6.5萬美元。
⒉ 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機檢測系統(tǒng)三位一體化，由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機，國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問世。
⒊ 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
⒋ 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
⒌ 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。
⒍ 當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控、遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入使用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名的實例。
⒎ 機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。
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小時，精度可提高到±0.1毫米。
德國機器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用自動抓取機構(gòu)，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊自動抓取機構(gòu)，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。
瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆自動抓取機構(gòu)，采用示教方法編制程序。
瑞典安莎公司采用自動抓取機構(gòu)清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業(yè)自動抓取機構(gòu)發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型自動抓取機構(gòu)后，大力研究自動抓取機構(gòu)的研究。據(jù)報道，1979年從事自動抓取機構(gòu)的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學(xué)和國家研究部門用在自動抓取機構(gòu)的研究費用42%。1979年日本自動抓取機構(gòu)的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的自動抓取機構(gòu)產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能自動抓取機構(gòu)約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，自動抓取機構(gòu)累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用自動抓取機構(gòu)最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預(yù)計到1990年將有55萬機器人在工作。
第二代自動抓取機構(gòu)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，把感覺到的信息反饋，使自動抓取機構(gòu)具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺自動抓取機構(gòu)。
第三代自動抓取機構(gòu)（機械人）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(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應(yīng)用的擴大，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。
1．3國內(nèi)形勢：
經(jīng)過近十年的努力，我國在工業(yè)機器人應(yīng)用工程的開發(fā)方面已具有相當(dāng)?shù)膶嵙?，已有一支了解企業(yè)的需求，能開發(fā)出符合實際使用條件應(yīng)用工程，成本低，服務(wù)及時，具備與國外公司的競爭能力，因此加強工業(yè)機器人應(yīng)用工程的開發(fā)，并圍繞應(yīng)用工程的需要進行工業(yè)機器人新產(chǎn)品的開發(fā)，使之具有一定的規(guī)?；a(chǎn)能力，這樣可以促
進我國企業(yè)的技術(shù)進步和提高競爭力，同時工業(yè)機器人的應(yīng)用也可形成具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。
如果說20 世紀90 年代機床創(chuàng)新的最大成就是發(fā)明并聯(lián)機床的話，那么當(dāng)今工業(yè)機器人在機床上的應(yīng)用已成為發(fā)展的一大趨向。機器人與機床相結(jié)合，以往主要是解決工件自動上下料搬運問題，致使機床得以無人化24 小時連續(xù)運轉(zhuǎn)。如擅長專機制作的意大利COMAU 公司，他們比較成熟地將缸體及缸蓋生產(chǎn)線中的零件搬運，設(shè)計成由機器人完成。當(dāng)然，對工件的拋光打磨、清洗及其它臟、累活也是機器人表現(xiàn)的舞臺。去年9 月在漢諾威EMO2005 展覽會上，工業(yè)機器人的應(yīng)用非常搶眼，而且它應(yīng)用的領(lǐng)域也在擴大。然而在這次CCMT2006 展覽會上，值得一機器人應(yīng)用是當(dāng)今機床發(fā)展的一大趨向提的是1 號館W 1 - 9 1 6 意大利意沃樂EVOLUT 公司，這個歐洲最大的機器人應(yīng)用與集成公司，他們的一臺DC-5 機器人修邊、倒角裝置特別引人注目。該機器人可以裝夾工具對主軸上零件修邊去毛刺，甚至機器人可以加裝動力源用刀具對零件進行加工，因此它已將機械人傳統(tǒng)的搬運、噴漆、焊接工作范圍擴展到了金屬切削及拋光領(lǐng)域。
工作單元還可以配備各種上料方式：如帶視頻裝置可抓取隨機擺放的工件，或以旋轉(zhuǎn)臺擺放，或以傳送帶擺放等等。DC-5 工作單元可以處理的最大負荷為120/150kg。適宜加工的金屬材料為鋁鎂合金、銅、鉛、鑄鐵等。可以代替至少四個工人的工作量。3 D 編程軟件將以往8 小時編程時間縮減為15 分鐘，為小批量多品種的工件提供最好的解決方案。意沃樂公司除此以外最常涉足的領(lǐng)域還有用于壓鑄單元、車、銑中心單元、復(fù)合機床單元、零件拋光單元上的各種機械人應(yīng)用等等。隨著社會的不斷發(fā)展和進步，勢必勞動力的成本將越來越高，對環(huán)保及安全的要求將越來越嚴，所以工業(yè)機器人的應(yīng)用必將與時俱進。而且，由機器人干出的工件，譬如說打磨，其零件的一致性肯定比人工來得好，因此歐洲有些名牌汽車制造商甚至對某些零件的某些工步，規(guī)定必須由機器人來操作。由此看來，工業(yè)機器人在機床上的應(yīng)用會將越來越廣。
1.4國內(nèi)外機器人研究發(fā)展趨勢
國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：
1. 工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從1991年的10.3萬美元降至2002年的6.5萬美元。
⒉ 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機檢測系統(tǒng)三位一體化，由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機，國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問世。
⒊ 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
⒋ 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
⒌ 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。
⒍ 當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控、遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入使用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名的實例。
⒎ 機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。
2課題設(shè)計的主要內(nèi)容
1、分析三個自由度的功能和作業(yè)任務(wù)，確定自動抓取機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式；
2、進行自動抓取機構(gòu)各關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
3、進行機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計；
4、在UG中進行三維裝配圖的建模。
3實施計劃
實施計劃的流程如下：
1.理論分析課題的研究背景.........................................1天
2.確定設(shè)計方案...................................................2天
3.自動抓取機構(gòu)自由度分析.........................................2周
4.自動抓取機構(gòu)的機械機構(gòu)分析.....................................2周
5.工作空間分析...................................................1周
6.傳動方案分析設(shè)計................................. .............1周
7.自動抓取機構(gòu)的SolidWorks模型建立..............................1周
4主要參考文獻（不少于5篇，其中外文文獻至少1篇）
[1]濮良貴，紀名剛. 機械設(shè)計（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[2]成大先. 機械設(shè)計手冊（第四版）[Z]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
[3]張春林. 機械原理[M]. 北京：高等教育出版社. 2006.
[4]王連明，宋寶玉. 機械設(shè)計課程設(shè)計（第四版）[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2010.
[5]朱龍根. 簡明機械零件設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.
[6] CRAWFPRD W，GORMAN M． Dreams，Madness，& Reality．Chicago：American Library Association，1995
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見：
審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□
教研室主任簽名：
年 月 日