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1、毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目棒料搬运机械手设计姓名系别专业 班级学号1.选题目的和意义:用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨 迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械 手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重 要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科一一机械手工程。机械手涉及到力学、 机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技 术。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产
2、设备。工业机械手也是工业机器人的一个重 要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点, 尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着 广泛的发展空间。机器人工程是近二十多年迅速发展起来的，目前已应用与许多生产领域。随着工业自动化的普及和 发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食 品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率， 以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。由目前的发展状况看，在可预见的将 来它
3、将在生产中扮演越来越重要的角色。本设计的机械手是基于提高劳动生产率、产品质量和经济效益，减轻工人劳动强度而设计的。在某 些劳动条件极其恶劣的条件下，工人难以用手工工作，可用本机械手代替人力劳动。本机械手就是基于此并为提高劳动生产率、产品质量和经济效益，减轻工人劳动强度而设计的。在某些劳动条件极其恶劣的条件下，工人难以用手工工作，可用本机械手代替人力劳动。在社会不断发 展的今天，机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量代替人力，而将人类从繁重的体 力劳动中解放出来是历史发展的趋势。2 .本选题在国内外的研究状况及发展趋势:现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制
4、方式、能适应产品种类变更， 具有多自由度动作功能的柔性自动化。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是： 机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate（即万能自动）。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储 装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万 能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫V
5、crsatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央 立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机 械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、 麻省理工学院联和研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装 配作业，定位误差可小于1毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了 8年机械手 试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的 一种量度。它给出在第一次故障前的平
6、均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到 土 0. 1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。 德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士 RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。R1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究 机械手。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学 和国家研究部门用在机械手的研究费用42% 1979年日本机械手的产值达4
7、43亿日元，产量为14535台。 其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约 为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械 手累计产量达56900台。在数量上己占世界首位，约占70%,并以每年50%6%的速度增长。使用机械 手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想 的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外巳经出现了 触觉和视
8、觉机械手。第三代机械手(机械人)则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。 并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。国内机械手的起步较国外机械手来说起步较晚，技术相比还有一些差 距，但在近年来的大力发展下，国内机械手已经获得了长足的发展。总体发展趋势是沿着智能化，易 操作化发展。国外机械手工业、铁路工业中不仅在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人的劳动强度，而且 在铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床共同组
9、成一个综合的数控加 工系统。采用机械手进行装配更是目前研究的重点，国外已研究采用摄像机和力传感装置和微型计算 机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。国外机械手的发展趋势是大力研究具有某种智能的机械式。使它具有一定的传感能力，能反馈外界 条件的变化，做相应的改变。十九功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪以及微型计算机。 触觉功能即是在机械上上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装 在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。总之，随着传感技术的发展机械 手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将机械手、柔性制造技术单元相结合，从而根本改
10、变 目前机械制造系统的人工操作状态。3 .主要研究内容：搬运机械手主要由控制机构、执行机构和驱动机构三部分组成n根据动力源的不同，搬运机械手的驱动机构分为气动、电动、液压和机械驱动4种。其中，采用液压 驱动的方式来控制机械手，结构比较简单，操作方便。执行机构主要是由手、背和腕部3个部分组成。机械手部是直接与工件接触的部分，一般采用平动 型或者回转型。机械腕部是连接手部和背部的部件，而且可以用来调节被抓物体的方位，扩大机械手 的动作范围，使机械手的适应性更强，腕部有回转运动、左右摆动和上下摆动3个自由度。机械背部 是搬运机械手的握持部件，它的作用主要是支撑起腕部和手部，并且带动它们做空间运动，背
11、部一般 都采用驱动机构和各种传动机构来实现其各种运动。背部的结构、灵活性和精准性会直接影响机械手 的工作性能。本设计中的四自由度棒料搬运机械手，主要针对圆形棒料的搬运。本设计中的机械手有四个自由度，由底座的旋转，手臂的伸降，手臂的伸缩，手爪的旋转组成。本设计中的机械手是一种通用的棒料搬运机械手。通过气爪手指的不同选择可满足不同直径的棒料搬运。通过示教再现或程序的直接控制可实现在 机械手工作范围内把棒料从指定点搬运到另一指定点，并把搬运翻转过来。通过对机械手的相应控制 还可实现对棒料的排列。完成相关的机械结构设计和图纸输出。通过本次设计，掌握并熟练机械专业常用的二维及三维绘图软件，具体任务如下：
12、1）分析机械手的总体设计方案（结构方案，驱动方案，控制方案）。2）进行细节计算，对各结构进行尺寸设计及校核。3）机械手的驱动方式设计。4 .完成论文的条件、方法及措施，包括实验设计、调研计划、资料收集、参考文献等内容。实验设计设计一个机器人手的时候，必须确定三个基本要素：手指的数量、手指的关节数量以及手指的尺寸 和安置位置。为了能够在机械手的工作范围内安全的抓取和操作物件，至少需要三根手指。为了能够 对被抓物体的操作获得6个自由度（3个平移和3个旋转自由度），每个手指必须具备3个独立的关 节。这种方法在第一代卡尔斯鲁厄灵巧手上被采用过。但是，为了能够重抓一个物件而无需将它先释 放再拾取的话，至
13、少需要4根手指。要确定手指的尺寸和安置位置，可以采用两种方法：拟人化和非 拟人化。然后将取决与被操作的物体以及选择何种期望的操作类型。拟人化的安置方式很容易从人手 到机器人手转移抓取意图。但是每个手指不同的尺寸和不对称的安置位置将增加加工费用，并且是其 控制系统变得更加复杂，因为每个手指都必须分别加以控制。研究计划3月1日-3月8日：收集资料，毕业实习。3月11日-3月14日： 提交开题报告，实习报告，外文翻译。4月13日-4月14日：提交中期检查表、相关报告、图纸4月15日-4月17日：系部期中检查4月20日-4月24日：学院期中检查5月13日：学生提交毕业设计所有相关材料5月23日-5月3
14、0日： 安排毕业答辩6月1日-6月2日：上交毕业设计相关资料参考文献1张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，19882蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术，2001, 43金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用，2001, 24王雄耀,近代气动机器人（气动机械手）的发展及应用.液压气动与密封，1999, 55严学高，孟正大.机器人原理.南京：东南大学出版社，19926机械设计师手册.北京:机械工业出版社，19867黄锡恺,郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，1981成大先.机械设计图册.北京:化学工也出版社9郑洪生.气压传动及控制.北京:机械工业出版社，198710吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，199511徐永生.气压传动.北京:机械工业出版社，1990, 55.指导教师意见及建议:签字: