三自由度氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目 三自由度氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) 系 部 機(jī)電工程系 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué)生姓名 范佳樂 學(xué)號 2110011217 指導(dǎo)教師 陸煒 職稱 工程師 畢設(shè) 地點(diǎn) 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 2014 年 3 月 8 日 1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫 1500 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 1.1 機(jī)械手的 來源 與 發(fā)展 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手 具有很廣泛的用途。它是工 作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人工的繁雜勞動(dòng)，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢 ： 近 20年來 , 氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬 , 尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合 , 使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高 , 控制方式更靈活 , 性能更加可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展 , 對氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入 , 促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn) 代控制理論的發(fā)展 , 使氣動(dòng)技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制 , 控制精度不斷提高；由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn) , 國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來看 , 近 30 多年來 , 氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀(jì) 70年代 , 液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約為 9 1, 而 30 多年后的今天 , 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家 , 該比例已達(dá)到 6 4, 甚至接近 5 5。我國的氣動(dòng)行業(yè)起步較晚 , 但發(fā)展較快。從 20世紀(jì) 80年代中期開始 , 氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá) 20%以上 , 高于中國機(jī)械 工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、 PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 , 氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 （ 1） 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠 , 可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種 , 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以 , 氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工 , 食品和 藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 （ 2） 發(fā)展前景及方向 a)重復(fù)高精度 精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度 , 它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次 , 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要 , 如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確 , 通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差 , 這個(gè)誤差是可以預(yù)測的 , 因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍 , 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展 , 以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化 。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高 , 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊 , 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 b)模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的氣動(dòng)機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù) , 而把模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)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(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。由于模塊化氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)部件采用了特殊設(shè)計(jì)的滾珠軸承 , 使它具有高剛性、高強(qiáng)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(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn)。模塊化氣動(dòng)機(jī)械手使同一機(jī)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(jī)械手的應(yīng)用范圍 , 是氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。 c)無給油化 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。 d)機(jī)電氣一體化 由“可編程序控制器 - 傳感器 - 氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面 ；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件 , 使氣動(dòng)技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制” ； 省配 線的復(fù)合集成系統(tǒng) , 不僅減少配線、配管和元件 , 而且拆裝簡單 , 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今 , 電磁閥的線圈功率越來越小 , 而 PLC的輸出功率在增大 , 由 PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制越來越離不開 PLC, 而閥技術(shù)的發(fā)展 , 又使 PLC在氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手。 參考文獻(xiàn) 1 徐龍祥 歐陽祖行 .機(jī)械設(shè)計(jì) .北京：航空工業(yè)出版社， 2005. 2 劉蘇 陳旭玲 .AutoCAD 2006 應(yīng)用教程 .北京：科學(xué)出版社， 2006. 3 西門子（中國）有限公司 .深入淺出西 門子 S7-200PLC，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003. 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法： 2.1 課題研究內(nèi)容 與實(shí)際問題 采用氣動(dòng)裝置 PLC 控制機(jī)械手，它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。主要完成的是氣動(dòng)式機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，以及用 PLC軟件進(jìn)行簡單的控制編程設(shè)計(jì)。 2.2 研究方案及方法 （ 1） 首先 機(jī)械手 各執(zhí)行機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì) ， 包括： 末端執(zhí)行器、 手臂 、 手腕 及基座的設(shè)計(jì) 。 末端執(zhí)行器：采用平型真空吸盤，直徑初定為 10 毫米，材料為硅橡膠； 手臂 預(yù) 采用 TN 型氣 缸實(shí)現(xiàn)，其伸縮長度為 100 毫米； 手腕 預(yù) 采用 MSAL 型氣缸，其伸縮長度為 50 毫米； 基座采用了 180 度旋轉(zhuǎn)氣缸，型號為 CRA1BS100-180 度，將其固定于底座上。 （ 2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)為氣壓傳動(dòng)，氣源采用空氣壓縮機(jī) 通過快換接頭進(jìn)入儲氣罐 經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作 。 （ 3）控制部分的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用 PLC 對機(jī)械手進(jìn)行