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開題報告
題 目
數(shù)控機床裝夾機械手的研制
學生姓名、學號
專業(yè)
指導教師姓名
職稱
一 研究的背景、意義、文獻綜述
機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。
機械手其實在人類科技發(fā)展史上早有先例。早在三國的時候，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬就是中國古代智能的結晶，其實木牛流馬準確的說應該是機器人，但正是這些機器人的研究才有了后來得機械手。到1954年，電子科學家德沃爾獲得了一項“可編程序機械手”的專利，這是一種向人手臂得機械手，他按程序進行工作，這種程序可以根據不同的工作要求來編制，因此，具有通用性和靈活性，由此熱衷于機器人研究的物理學家英格伯格想到如果能制造出這樣的機器人，可以像人一樣學習別人干活的樣子，那將是一件壯舉。
經過幾十年發(fā)展現(xiàn)已經出現(xiàn)了很多類型的機械手，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。
機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。
很多企業(yè)也致力于機械手的研發(fā)上，比如上海瓦科自動化設備有限公司，淇位于上海歷史悠久的工業(yè)生產基地楊浦區(qū)，是一家專業(yè)從事工業(yè)自動化設備的研發(fā)、制造、銷售為一體的高科技企業(yè)。其生產的機械手有鐵板搬運機械手，不銹鋼搬運機械手及塑料板搬運機械手。上海蘭凱機械制造有限公司也是一家專門致力于機械手的研發(fā)和制造的廠家，主要承接助力機械手，吊具，工件裝夾集生產流水線的設計和制造。另外國內還有不少廠家也進行機械手的研發(fā)與制造，例如青島鑫環(huán)機械有限公司，青島海爾機器人有限公司，富井機械人有限公司。
隨著整個制造業(yè)向著信息化，智能化，集成化，自動化的方向的發(fā)展。在加工零件的時候，我們如果能在工件的裝夾，加工，傳遞工件，包裝上都能實現(xiàn)自動化。那對整個生產率的提高是很大作用，而且可以節(jié)省很多勞動力，而將其注入到其他事情中，那我們就會有更多的精力來專注高新技術的研發(fā)上，來創(chuàng)造更多的新的成果。
本課題就是在數(shù)控機床上設計裝夾機械手，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化，能有效節(jié)約勞動力，提高生產效率。
因而，如果能在工件裝夾的環(huán)節(jié)上實現(xiàn)自動化，將會大大縮減繁雜的手工動作，提高工作效率和工作質量。
目前，我國的機械手行業(yè)已經取得了長足的進步，在很多領域已經大量用到了機械手，但是我們必須清楚，我們同一些發(fā)達國家還是有著不小的差距，盡管我們也能生產制造處機械手，但是我們的成本明顯過高，而且技術上也處于劣勢，正是如此，在機械手的運行精度，可靠性，通用性等衡量指標上面，要遠遠落后與發(fā)達國家，比如美國，日本，德國等。由于機械手行業(yè)需要扎實的理論基礎，過硬的實踐經驗和很高的科技水平，所以，我們國家要想在機械手行業(yè)取得更大的突破，就必須加大和深入對機械手的理論研究，投入更多的經費到機械手設計上來，并大力發(fā)展科技。
由于能力及時間所限，我們設計的機械手不可能能達到上述效果，但是，我們設計的機械手是從簡單，經濟，實用的角度出發(fā)，開發(fā)出一類適用與中小型企業(yè)的數(shù)控機床上的裝夾機械手。只要設計的足夠好，我們就能完全盤活中小型企業(yè)的積極性，從而提高生產效率，這樣，中小型企業(yè)也能得到發(fā)展。僅僅是大企業(yè)的發(fā)展是遠遠不夠的，機械手行業(yè)乃至制造業(yè)的發(fā)展的一個重要標志就是：產品的適應性廣，普遍性強。
二 課題研究的基本內容、重點難點及要解決的主要問題
2.1基本內容
本論文的初期準備工作：
（1）查詢，獲得機械手設計所需要的第一手資料（一些原始數(shù)據等）；
（2）熟悉CAXA,CAD,PRO/E等制圖軟件，為后期設計繪圖做準備；
（3）了解機械手的基本結構組成，查閱相關資料，為后期結構分析做鋪墊。
主要研究內容：
（1）綜合考慮各種因素，合適的選擇機械手基本組成中的一些元件；
（2）通過方案論證，確定裝夾機械手設計的最優(yōu)方案；
（3）對機械手進行機構分析，全方位考慮結構安排的合理性，可靠性，穩(wěn)定性；
（4）確定機械手的最佳安放位置；
（5）考慮機械手手爪部分的通用性，盡量實現(xiàn)不同數(shù)控機床上卻可以用同類機械手的可能性。
機械手按控制形式可分為兩類：點位控制型和連續(xù)軌跡控制型。
（1）點位控制型機械手的運動軌跡是空間兩個點之間的連接?？刂泣c數(shù)越多，性能越好。通過比較分析點位控制型基本能滿足各種要求，且結構簡單。
(2) 連續(xù)軌跡控制型機械手的運動軌跡是空間的任意連續(xù)曲線，它能在三維空間里做很復雜的動作，工作性能比較完善，但控制部分較復雜。
對于我們設計的用于數(shù)控機床上的裝夾機械手來說，由于機械手只在送料線，卸料線和數(shù)控機床上的幾個固定位置輪回旋轉，因此，我們選擇點位控制型機械手就能達到要求。
手臂的坐標形式主要有四種基本形式：直角坐標式，圓柱坐標式，球坐標式，關節(jié)坐標式。
（1）直角坐標式機械手：是一種適合于工作位置成行排列或者與傳送帶配合使用的一種機械手。它的手臂按照直角坐標中的X,Y,Z三個方向運動，其工作范圍只能是直線形式的來回運動
(2) 圓柱坐標式機械手：是應用得最多的一類機械手，主要用于搬運與測量工件。直觀性好，結構簡單，本體占用的空間較小，但動作范圍較大。
（3）球坐標式機械手：它的自由度比較多，應用也較廣，主要用于一些較困難的場所，能夠完成較復雜的動作。
（4）關節(jié)坐標式機械手：是一種適用于靠近機體操作的傳動形式。它像人手一樣有肘關節(jié)，可實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適合與在狹窄空間工作。
綜合動作范圍，復雜性和經濟性等方面考慮，圓柱坐標式機械手是我們最優(yōu)化的選擇。
2.2主要問題
1總體方案確定，其要求見效尺寸，節(jié)約成本，有實用性。
2關于擺動汽缸的選擇問題，設計的數(shù)控裝夾機械手只是在四個位置輪回旋轉。
3所夾持工件的長度和大小的確定，裝夾機械手有通用性，但通用性也是有限度的，并非什么樣大小的工件都能夾持。
三 課題研究計劃與寫作提綱
（1）設計步驟：收集設計資料——根據所給定的參數(shù)制定總體設計方案——完成總裝圖及部裝圖——完成零件圖——編寫設計說明書。
(2)20**年 2月24日----20**年 3月 10 日：
下達設計任務書，明確任務，熟悉課題，收集資料，上交外文翻譯和開題報告。
20**年 3月11 日－20**年 4 月 14 日：
制定總體方案和設計計算，繪制總裝圖草圖。
20**年4月 15日----20**年 4月 21日：
中期檢查與整改。
20**年 4 月22日----20**年 5 月26 日：
修改并完成總裝圖及部裝圖，完成有關零件圖的設計，編寫設計說明書。
20**年5月 27日----20**年6 月 2 日：
打印、裝訂、評閱、答辯資格審查。
20**年 6月 3日－20**年 6 月 14 日：
畢業(yè)答辯。
（3）寫作提綱
第1章 概 述
1.1 引言
1.2 一些軟件在機械手設計中的應用
1.3研究內容與意義
1.3.1課題的來源
1.3.2 研究的意義
1.3.3 主要研究內容
第2章 數(shù)控裝夾機械手的總體方案設計
2.1數(shù)控裝夾機械手的原理設計
2.1.1 基本設計思想
2.1.2基本設計步驟
2.1.3機械手的工作流程
2.1.4 機械手傳動原理
2.2機械手控制方案選擇
2.2.1控制形式的選擇
2.2.2手臂的坐標形式選擇
2.3機械手的總體構成
第3章 數(shù)控機床裝夾機械手的詳細設計
3.1手爪部分結構設計與選材
3.1.1手爪的裝配結構
3.1.2手爪的工作過程
3.1.3各部件的選材
3.2手臂的組成與結構分析
3.2.1 前臂的組成與結構分析
3.2.2 中臂的組成與結構設計
3.3 底座的組成與結構設計
3.4 立柱的組成與結構設計
3.4.1 上立柱的組成與結構設計
3.4.2 下立柱的組成與結構設計
3.5可調支撐的組成與結構設計
3.5.1可調支撐的結構分析與作用
3.5.2可調支撐的工作原理：
3.5.3可調支撐的選材。
第4章 設計中關鍵技術和解決方法
4.1 遇到的問題：
4.1.1 關于擺動汽缸
4.1.2所夾持工件的長度和大小的確定
4.2 解決方法
4.2.1 擺動汽缸
4.2.2 所夾持工件長度及大小的確定
第5章 結論與展望
5.1 結論
5.2 展望
致謝
參考文獻
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學生簽名： 年 月 日
指導教師批閱意見
（指導教師應對課題研究的思路、方法、對策、措施和預期成效等做出評價，并提出具體的改進意見）
指導教師簽名： 年 月 日