四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

無(wú)錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目：四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)機(jī)電系機(jī)械工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)號(hào)：0923076學(xué)生姓名：陳華指導(dǎo)教師：馮鮮（職稱(chēng)：講師）（職稱(chēng)：）2012年11月26日課題來(lái)源隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,物流產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)新興的服務(wù)部門(mén),正在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展.在國(guó)際上,物流產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)脈和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),其發(fā)展程度成為衡量一國(guó)現(xiàn)代化程度和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一,被喻為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“加速器”.物流產(chǎn)業(yè)是指鐵路、公路、水路、航空等基礎(chǔ)設(shè)施,以及工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)批發(fā)零售和第三方倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸及綜合物流企業(yè)為實(shí)現(xiàn)商品的實(shí)體位移所形成的產(chǎn)業(yè).國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的物流經(jīng)濟(jì)實(shí)體從橫向構(gòu)成了物流產(chǎn)業(yè).這個(gè)產(chǎn)業(yè)由鐵道、公路、水運(yùn)、空運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)、托運(yùn)等行業(yè)為主體組成,同時(shí)還包含了商業(yè)、物資業(yè)、供銷(xiāo)、糧食、外貿(mào)等行業(yè)中的一半領(lǐng)域,還涉及到機(jī)械、電器業(yè)中的物流裝備生產(chǎn)行業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)所有行業(yè)的供應(yīng)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售中的物流活動(dòng)。近年來(lái)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械器件逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科,并得到了較快的發(fā)展。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多重體力勞動(dòng)必將由機(jī)器代替,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)的許多中小型生產(chǎn)行業(yè)中,往往沖壓成形這一工序還需人工上下料,既費(fèi)時(shí)費(fèi)力,又影響效率。為此我們研制了一套上下料機(jī)械手模擬裝置，以此為基礎(chǔ),為進(jìn)一步實(shí)用化做好充分準(zhǔn)備。機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象.是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定程序，軌跡和要求代替人手抓（吸）取，搬運(yùn)工件或工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。其可以完成許多工作,如搬物、裝配、切割、噴染等等,應(yīng)用面非常廣泛。工業(yè)生產(chǎn)中常用的進(jìn)行水平/垂直位移的機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸又又相應(yīng)的電磁閥控制，該機(jī)械手除外形尺寸比實(shí)物小些以外,其結(jié)構(gòu)、原理及功能與實(shí)際的機(jī)械手是完全一致的?？茖W(xué)依據(jù)機(jī)器人（又稱(chēng)機(jī)械手，機(jī)械人，英文名稱(chēng)：Robot），在人類(lèi)科技發(fā)展史上其來(lái)有自，早在三國(guó)時(shí)代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國(guó)人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機(jī)器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。機(jī)器人的研究從一開(kāi)始就是擬人化的，所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開(kāi)發(fā)與制作，也是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái)，機(jī)器人的開(kāi)發(fā)不僅越來(lái)越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品。在許多生產(chǎn)領(lǐng)域，它對(duì)于提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動(dòng)條件的作用日見(jiàn)顯著。不少勞動(dòng)條件惡劣、生產(chǎn)要求苛刻的場(chǎng)合，工業(yè)機(jī)器人代替人力勞動(dòng)已是必然的趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線(xiàn)和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)物流這一概念的形成和物流管理學(xué)科的建立只不過(guò)幾十年的歷史,引入我國(guó)也僅十幾年時(shí)間。但是物流這一概念賴(lài)以形成的流通行業(yè)卻已歷史久遠(yuǎn),早在人類(lèi)社會(huì)出現(xiàn)商品交換的時(shí)期就已經(jīng)出現(xiàn)了。隨著時(shí)間的流逝，物流的發(fā)展趨勢(shì)大致可以歸納為以下幾點(diǎn)：物流需求彈性逐年增高,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)越來(lái)越依賴(lài)于物流的發(fā)展。第三方物流的比重逐年增加。進(jìn)一步加快國(guó)際化進(jìn)程。物流體系綜合化；三流一體化。國(guó)外機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中不僅在單機(jī)、專(zhuān)機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且在鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車(chē)軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)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。視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。觸覺(jué)功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過(guò)安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺(jué)作用，然后伸向前方，抓住工件?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)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(jī)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(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手，主要是針對(duì)圓形棒料的搬運(yùn)。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手有四個(gè)自由度，由底座的旋轉(zhuǎn)，手臂的升降，手臂的伸縮，手爪的旋轉(zhuǎn)組成。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手是一種通用型棒料搬運(yùn)機(jī)械手。通過(guò)氣爪手指的不同選擇可滿(mǎn)足不同直徑的棒料的搬運(yùn)。通過(guò)示教再現(xiàn)或程序的直接控制可實(shí)現(xiàn)在機(jī)械手工作范圍內(nèi)把棒料從指定點(diǎn)搬運(yùn)到另一指定點(diǎn)，并把棒料翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。通過(guò)對(duì)機(jī)械手的相應(yīng)控制還可實(shí)現(xiàn)對(duì)棒料的排列。擬采取的研究方法、技術(shù)路線(xiàn)、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析由設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的作用：自動(dòng)線(xiàn)上有A,B兩條輸送帶，之間距離為0.7米，現(xiàn)設(shè)計(jì)機(jī)械手將一棒料翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。確定為四自由度的機(jī)械手。其中2個(gè)為旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)為平移。在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最只要的功能。這兩項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開(kāi)的。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定機(jī)械手，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和諧波齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用另一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)；考慮到本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手工作范圍不大，故利用氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)；末端夾持器則選用氣爪來(lái)做夾持器，用小型氣缸驅(qū)動(dòng)夾緊。氣爪的旋轉(zhuǎn)則由與氣爪連接的擺動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)。研究計(jì)劃及預(yù)期成果研究計(jì)劃：2012年11月12日2012年11月18日：按照任務(wù)書(shū)要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書(shū)。2012年11月19日2012年11月24日：填寫(xiě)畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告。2012年11月25日2012年12月2日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告。2013年12月3日2013年12月17日：學(xué)習(xí)并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的英文材料。2013年1月11日2013年1月15日：PLC程序設(shè)計(jì)。2013年1月21日2013年2月2日：CAD設(shè)計(jì)。2013年3月6日2013年5月25日：畢業(yè)論文撰寫(xiě)和修改工作。預(yù)期成果：通過(guò)氣爪手指的不同選擇可滿(mǎn)足小于直徑60mm的棒料的搬運(yùn)。通過(guò)示教再現(xiàn)或程序的直接控制可實(shí)現(xiàn)在