畢業(yè)設計(論文)開題報告-吸盤式板材搬運工業(yè)機器人設計

1、畢業(yè)設計方案題目學院機械工程學院專業(yè)機械工程及自動化班級學生學號 學090404048指導教師一年 月日學院機械工程學院專業(yè)機械工程及自動化學生 學號設計題目一、選題背景與意義1 .國內外研究現狀采用機械手完成玻璃的裝卸、搬運與放置。工業(yè)機械手是一種模仿人體上肢部分功能， 按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，它可以代替手的繁重勞動，改善勞動條 件，提高勞動生產率和自動化水平。著廣闊的發(fā)展前途。目前國內機械于主要用于機 床加工、鑄鍛、熱 處理等方面，數量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。所以，在國內主要是逐步擴大應用范圍，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機

2、械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。考慮與計算機連用，逐步成為 整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的 上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展 趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的 變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經取得 一定成績。目前世界高端

3、工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S,量新產品達到6軸，負載2KG的產品系統(tǒng)總重已突破100KG更重要的是將機械 手、柔性制造系統(tǒng)和 柔性制造單 元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其 應用領域將會突破傳統(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā) 展。2 .目的及意義單靠人力將這些不連續(xù)的生產工序銜接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度 非常大，有時還會出現失誤及傷害。顯然，這嚴重影響制約了整個生產過程的效率和自動化程 度。機械

4、手的應用很好的解決了這一情況，它不存在重復的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。 機械手的應用具有以下意義：（1） .使用機械手對無夾具定位工件的自動柔性搬運系統(tǒng)生產流水線更加簡單（2） .占地面積不大，結構簡單易于維護（3） .具有很高的效率和產品質量穩(wěn)定性（4） .柔性較高且可靠性高，可以滿足不同種類產品生產（5） .提高了上產過程中的自動化程度并且降低了勞動強度二、設計內容本次設計中，主要研究機械手部分。機械手部分研究機械手組成與各部分作用，通過研究組 成與作 用，完成各部分的設計，使機械實現成控制要求動作。 機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 執(zhí)行機構包括手部、手腕、手臂

5、和立柱等部件，有的還增設行走機構。手部：即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機構組成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動 形式有回 轉型和平移型。回轉型手指結構簡單，制造容易應用廣泛。吸附式有氣吸式和磁吸式兩種，氣吸式中吸盤 與工件直接接觸，對硬脆易碎件的裝卸搬運和有利，例如玻璃，有效避免了物 件破損。手腕：連接手部與手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位（即姿勢）手臂：手臂是支撐被抓物件、手部 、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并 按預定要求將其搬運到指定位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件（如

6、液壓、氣壓或電機 等）相配合，以實現手臂的各種運動。立柱：立柱是支承手臂的部件，也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降（或俯仰）運動均與立柱 有密切關系。機械手的在立柱因工作需要，有時也可作橫向移動。行走機構：當工業(yè)機械手需要完成較遠距離操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪，以實現機械 手整機移動，去動滾輪則應另外增設機械傳動裝置。機座：機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝在機座上，起到支撐和連接 作用。驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行運動的動力裝置和輔助裝置。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機 械傳動?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定要求運

7、動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機械檔塊定位）系統(tǒng)組成，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機 械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令。 預期研究結果：要能通過控制系統(tǒng)來控制驅動系統(tǒng)，從而讓驅動系統(tǒng)來驅動執(zhí)行機構，執(zhí)行機構 再完成手部、手腕、手臂或立柱的要求實現動作。通過吸盤吸取玻璃后，先上升一定高度，然后 再通過機 座轉位實現搬運，當轉到要求位置時，通過腕部或其他部位配合實現一定角度的俯仰，然后下降防止工 件。三、設計方案對機械手的基本要求是能快速、準確的地裝卸和搬運件，這要求它們具有快速反

8、應、一定的承載能 力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意位置都能自動定位等特性。充分分析作業(yè) 對象（工件）的 作業(yè)技術要求，擬定合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；明確工件的結構形狀和材 料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質量參數等，從而進一步確定對機械手結構機運行控制的要求，盡量選用定型的標準件，簡化設計制造過程。 本次設計是實現玻璃裝卸搬運的機械手，是一種可以用程序實現自動裝卸搬運的設備，操作單調頻繁。因為抓取工件是玻璃，玻璃硬脆易損壞，要考慮安全可靠的抓取，而夾鉗式抓取機構在住區(qū)玻璃方面 并無優(yōu)勢，一旦夾取玻璃有可能夾碎，而在工作臺上夾取也不方便，而

9、一旦用夾鉗式抓 取就不能使單臂， 單臂不利于平衡。吸附式抓取機構中的氣吸式與磁吸式兩種類型，廣泛應用于抓取薄型工件，具有結構簡 單、重量輕、使用方便、工作可靠等特點。但磁吸式廣泛應用于吸取 磁性的材料和工件，所以最終選取氣 吸式抓取機構來完成玻璃的抓取搬運，并且安裝四個吸盤。腕部設計，當放置玻璃時，需要把玻璃安置到玻璃架上，而玻璃架是與水平方向呈一定角度的，這就 要求放置玻璃時要旋轉一定角度，一定角度的產生主要靠腕部的俯仰或腕部的回轉實現，此處選擇腕部的俯仰來實現翻轉功能，腕部采用俯仰液壓缸來實現俯仰。手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部分，其作用是支承手腕及抓取機構（包括被抓去的工件），有時其他一些

10、裝置如傳動機構或驅動機構裝置也安裝在手臂上。機身則在直接支承和帶動手臂不件，并實現手臂的回轉、升降、俯仰等運動。手臂和機身的質量較大，其運動速度和負荷也較大，因此， 他們的工作平穩(wěn)很重要，設計時力求結構合理、緊湊、重量輕。手臂設計，手臂要有伸縮的功能來保證抓取放置的正確位置，采用普通液壓的伸縮移動或利用機械結 構實現手臂的伸縮。機械結構可以用齒輪齒條的嚙合傳動來完成，此處選用液壓缸的伸縮來實現移動。機身為懸掛式時，自動線成直線布置，機械化手空中行走，順序完成抓取、轉位、卸料等功 能，這種 方案結構簡單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，有油液站不能固定，這是設計復雜程度增加，運 動質量增大。

11、機身次用立柱式，機械手側面行走，順序完成抓取、轉位和卸料等動作，自動線仍呈直線布置。這種 方案可以集中設計液壓站，易于實現電氣、油路定點連接，但占地面積達，手臂懸伸量大。機身采用機座式，自動先圍繞機座布置，順序完成抓取、搬運和卸料等功能。這種方案 具有電 液集中、占地面積小、可從地面抓取工件等優(yōu)點，配線要求高。綜上采用機身機座式，這是一種球坐標式機械手，具有立柱旋轉的功能，也能實現升降與輔助手臂進 行俯仰的功能。旋轉需要回轉液壓缸實現，升降就是靠普通液壓缸垂直方向的伸縮實現。而俯仰靠一個輔 助式的液壓缸實現，當不需要輔助手臂俯仰只需完成手臂升降時，對兩個液壓缸同時供油，這樣就能夠實 現升降，當

12、需要輔助手臂俯仰時，只對其中用來起到輔助作用的液壓缸供油，這樣就能起到輔助手臂俯仰 的功能。通過以上對機械手的設計，使其能夠由手臂伸縮和機身升降來抓取玻璃，然后通過機身旋轉 來實現玻璃的轉位搬運，當旋轉到指定位置時，在由腕部或機身輔助的輔助實現俯仰，翻轉到一定角度把 玻璃放到玻璃架上。四、參考文獻1上海發(fā)那科技機器人有限公司.FANUC智能化機床上下料系統(tǒng)介紹J.自動化，2010 ( 9):60-64.2沈小強，臧華東，李洪群.系統(tǒng)中搬運機械手的本體結構設計J.現代機械,2010(4):33-34.3陳凡，周繼，蒲如平數控車床用真空夾具系統(tǒng)設計UL液壓與氣動,2010 ( 7):41-42.4

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