本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告書題 目：伸縮臂式上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)老師設(shè)計(jì)題目 伸縮臂式上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1. 課題目的：機(jī)械手是一種能模仿人手部分動(dòng)作，按照預(yù)定的程序，軌跡及其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工作或操作工具的自動(dòng)化機(jī)械裝置，它是工業(yè)機(jī)械人的一個(gè)重要分支。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合機(jī)器人所代替，這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。例如，目前在我國(guó)的許多中小企業(yè)汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此，把伸縮臂式上下料機(jī)械手作為我的研究的課題。2. 課題意義：機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手” 。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn); 尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手” ，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。3. 相關(guān)研究動(dòng)態(tài)：我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從 80 年代“七五“ 科技攻關(guān)開始起步, 在國(guó)家的支持下,通過“七五“， “八五 “科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有 130 多臺(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定距離。如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。影響我國(guó)機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺(tái)因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá) 180mm，最大抓握重量可達(dá) 30 公斤，最大行走距離為 1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用 OMRON 可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機(jī)械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟Γ涣硪环N是直接檢測(cè)指部與物件的滑動(dòng)位移，來修正握力。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多。發(fā)展較快，一般的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)相當(dāng)成熟，預(yù)計(jì)在 2005 年 N2008 年問，全球工業(yè)機(jī)器人銷量預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng) 6 1％．蛩 2008 年增至 12 1 萬臺(tái)．國(guó)外機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)。另外，機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，大大促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制，其中重點(diǎn)領(lǐng)域是仿人機(jī)器人的研究。日本在 2000 年研制出了一臺(tái)真正具有世界影餉的仿人機(jī)器人 Asimo，它的誕生促進(jìn)了各種各樣仿人機(jī)器人的研究，開辟了一個(gè)仿人機(jī)器人的發(fā)展。此后，同本還推出了一個(gè)為期 5 年的“仿人機(jī)器人在實(shí)際環(huán)境中運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)研究和發(fā)展計(jì)劃” ，這個(gè)實(shí)用性項(xiàng)目此后，是在日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜臺(tái)研究所于 2005 年 1 月開發(fā)、然后由川田等公司生產(chǎn)的 HRP-2 機(jī)器人 3)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。另外，韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家相繼推出了各種類型的仿人機(jī)器人。2004 年 12 月 27 日，韓國(guó)先進(jìn)科技研究所(KAIST)發(fā)表 HUBO機(jī)器人，美國(guó)軍方正在開發(fā)機(jī)器人士兵，專家預(yù)測(cè)這至少需要 30 年時(shí)間。機(jī)器人杯足球賽(RoboCup 1 始于 2002 年，組織者預(yù)期到 2050 年仿人機(jī)器人足球隊(duì)可以擊敗人類的世界杯冠軍隊(duì)。許多人還期望仿人機(jī)器人進(jìn)入家庭成為真下的機(jī)器人仆人。這些都是長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)，需要為其付出不斷的努力。4. 課題的主要內(nèi)容、創(chuàng)新之處：課題的主要內(nèi)容：（1）對(duì)伸縮臂式上下料機(jī)械手的工況進(jìn)行分析。 （2）滿足伸縮臂式上下料機(jī)械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回轉(zhuǎn)、行走裝置進(jìn)退三個(gè)自由度，以及手爪的開啟和閉合等動(dòng)作要求（3）給出液壓系統(tǒng)的電磁元件動(dòng)作循序表和液壓系統(tǒng)原理圖。 （4）對(duì)上下料機(jī)械手的手部進(jìn)行計(jì)算與分析。創(chuàng)新之處：（1）設(shè)計(jì)該機(jī)械手的手部是采用了保持機(jī)械手的活動(dòng)部位原理不變，而手的根部與手指之間使用了可拆卸的螺栓聯(lián)接。因此可根據(jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以靈活適應(yīng)工作要求的變化，實(shí)現(xiàn)一手多用的目的。（2）在機(jī)械手的小臂與立柱之間增加了可伸縮的連杠機(jī)構(gòu)，這樣既可以滿足機(jī)械手的俯仰操作要求而且在連桿靜止時(shí)可以支撐小臂從而能夠有效地提高機(jī)械手的強(qiáng)度。5. 研究方法、研究方案：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，根據(jù)動(dòng)力源不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液動(dòng)式，氣動(dòng)式，電動(dòng)式和機(jī)械式四種，而液壓式方案驅(qū)動(dòng)機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，重量輕，控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)，因此本處機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)是對(duì)伸縮臂式上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，為了使機(jī)械手能準(zhǔn)確的工作，可用步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)基座的旋轉(zhuǎn)；立柱和大臂的伸縮可用液動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)，小臂的旋轉(zhuǎn)則通過立柱與大臂之間的伸縮來控制，而連桿的收縮可與立柱，大臂的收縮一起接入到液壓回路中，機(jī)械手的夾緊與放松通過液壓缸的伸縮來控制，其具體動(dòng)作為液壓缸伸出，機(jī)械手松開，液壓缸縮回，機(jī)械手抓緊。6. 完成期限和預(yù)期進(jìn)度：① 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題調(diào)研階段：（第 1~2 周）：課題調(diào)研及文獻(xiàn)檢索、完成英文翻譯。② 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告階段：（第 3～4 周）：完成開題報(bào)告。③ 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作階段：（第 5～12 周）：液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。（1）工況分析。 （第 5～6 周）（2）液壓原理圖與零件圖的繪制。 （第 7～10 周）（3）完成設(shè)計(jì)說明書的撰寫工作。 （第 11～12 周）④ 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯階段：（第 13～15 周）7. 主要參考資料：[1] HaiFengWang，ShuYanYang，F(xiàn)engGuo．Modeling of a 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