機械手機構設計開題報告樣本綜述

1、本科畢業(yè)設計（論文）開題報告課 題 名 稱 自動抓取機構結構設計系 別 機械設計制造及其自動化專 業(yè) 班機制六班姓 名劉建標評分導 師（簽名）2014 年 1 月 3 日中國地質大學長城學院畢業(yè)設計（論文）開題報告撰寫要求：1開題報告的主要內容1）所選課題國內、外研究及發(fā)展狀況2）課題研究的目的和意義；3）課題研究的主要內容、難點及關鍵技術；4）研究方法及技術途徑；5）實施計劃。2主要參考文獻：不少于 3 篇。3開題報告的字數不少于 1500 字，格式按華中科技大學武昌分校 專科畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范的要求撰寫。4開題報告單獨裝訂，本附件為封面華中科技大學武昌分校學生畢業(yè)設計開題報告學生姓名

2、許佳虎學號20092811080專業(yè)班級機械制造及其自動 化 0902系別自動化指導教師孫立鵬 /王姣職稱教授 /助教課題名稱串聯型五自由度機械手的結構設計1. 目的及意義 ：1.1 工業(yè)機械手設計的意義1、熟悉機械手的應用場合及有關機械手設計的步驟；2、機械手可以提高生產過程中的自動化程度，減輕人力，便于有節(jié)奏的生產；3、結合機械手設計這方面的知識，在設計過程中學會怎樣發(fā)現問題、研究問題、 解決問題。1.2 國外的機械情況現代工業(yè)機械手起源于 20世紀 50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應 產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化 。機械手首先是從美國開始研制的。 1958

3、年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。 他的結構是： 機體上安裝回轉長臂， 端部裝有電磁鐵的工件抓放機構， 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之上又試制成一臺數控示教再現型 機械手。商名為 Unimate( 即萬能自動 ) 。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液 壓驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。 不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(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), 專門生產工業(yè) 機械手。1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫 Versatran 機械手，原意是靈活搬運。 該機械手的中央立柱可以回轉，臂

4、可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統(tǒng)也 是示教再現型。 雖然這兩種機械手出現在六十年代初， 但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基 礎。1978年美國 Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種 Unimate-Vic-arm 型工業(yè)機械手，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機械手的可靠性， 改進結構，降低成本。如Unimate 公司建立平均時間是指一臺設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年開始應用機械手， 主要用于起

5、重運輸、焊接和設備的上 下料等作業(yè)。德國 KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、 應用最多的國家。 自1969年從美國引進二種典型機械 手后，大力研究機械手的研究。據報道， 1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研 究單位多達 50多個。 1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用 42%。1979年 日本機械手的產值達 443億日元，產量為 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。

6、具有記憶功能的機械手產值約為 67億日元，比 1978年 增長50%。智能機械手約為 17億日元，為 1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產量達 56900臺。在數量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%60%的速度增長。使用機械 手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到 1990年將有 55萬機器人在工作。第二代機械手正在加緊研制。 它設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，使機械手具有感 覺機能。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手。第三代機械手（機械人） 則能獨立地完成工作過程中的任務。 它與電子計

7、算機和電 視設備保持聯系。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）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐 美各國和其他國家學術交流活動開展很多。13國內形勢 ：經過近十年的努力， 我國在工業(yè)機器人應用工程的開發(fā)方面已具有相當的實力， 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用工程，成本低，服務及時， 具備與國外公司的競爭能力，因此加強工業(yè)機器人應用工程的開發(fā)，并圍繞應用工程 的需要進行工業(yè)機器人新產

8、品的開發(fā)，使之具有一定的規(guī)?；a能力，這樣可以促進我國企業(yè)的技術進步和提高競爭力， 同時工業(yè)機器人的應用也可形成具有一定規(guī)模的 產業(yè)。如果說 20 世紀 90 年代機床創(chuàng)新的最大成就是發(fā)明并聯機床的話，那么當今工業(yè) 機器人在機床上的應用已成為發(fā)展的一大趨向。 機器人與機床相結合， 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。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線中的零件搬運，設計成由機 器人完成。當然，對工件的拋光打磨、清洗及其它臟、累活也是機器人表現的舞臺。去 年9 月在漢諾威 EMO2005展 覽會上，工業(yè)機器人的

9、應用非常搶眼，而且它應用的領域 也在擴大。然而在這次 CCMT2006展 覽會上，值得一機器人應用是當今機床發(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 轉臺擺放，或以傳送帶擺放等等。 DC-5 工作單元可以處

10、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域還有用于壓鑄單元、 車、銑中心單元、 復合機床單元、零件拋光單元上的各種機械人應用等等。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 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

11、須由機器 人來操作。由此看來，工業(yè)機器人在機床上的應用會將越來越廣。1.4 國內外機器人研究發(fā)展趨勢國外機器人領域發(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。 機械結構向模塊化、 可重構化發(fā)展。 例如關節(jié)模塊中的伺服電機、 減速機檢測系統(tǒng) 三位一體化，由關節(jié)模塊、 連桿模塊用重組方式構造機器人整機， 國外已有模塊化裝配 機器人產品問世。 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、網絡化； 器件集成度提高，

12、控制柜日漸小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易 操作性和可維修性。 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來進行環(huán)境建模及決策控制； 多傳感器融合配置技術在 產品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機 器人操作者產生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 當代遙控機器人系統(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)構成完整的監(jiān)控、

13、 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 功應用的最著名的實例。 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用的領域。2 課題設計的主要內容1、分析五個自由度的功能和作業(yè)任務，確定機械手的結構形式；2、進行機械手各關節(jié)的結構設計；3、進行機械傳動系統(tǒng)的設計；4、在 UG 中進行三維裝配圖的建模。3 研究方法與技術途徑4 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. 確定設計方案 2 天3. 機械手自由度分析 2 周4. 機械手的機械機構分析 2 周5. 工作空間分析 1 周6. 傳動方案分析設計 1 周7. 機械手的 UG模型建立 6 天5 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 . 機械設計（第八版） M. 北京：高等教育出版社， 2006.2 成大先 . 機械設計手冊（第四版） Z. 北京：化學工業(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 . 機械設計課程設計（第四版） M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版 社， 2010.5 朱龍根 . 簡明機械零件設計手冊 M